一、溫度控制
（1）模料溫度
模料溫度直接影響模料粘稠度和充型能力，要求控制準確，改變溫度設(shè)定時，響應(yīng)速度要快。目前，國外先進的壓蠟機除配備有分區(qū)控溫的膏狀蠟儲蠟罐外，還將溫度傳感器直接插入模料，以便將模料溫度精確控制在從液態(tài)-膏狀的任一狀態(tài)，并可隨意調(diào)整，以適應(yīng)壓制不同蠟?zāi)５囊�。一旦改變溫度設(shè)定，系統(tǒng)將以每3分鐘0.5℃的速率作出響應(yīng)，而溫度波動范圍僅0.3℃。
（2）壓型溫度
大多數(shù)壓蠟設(shè)備不太重視控制壓型溫度，通常只是通過使用類似水龍頭的手動閥門，增大／減小通入壓板的冷卻水流量來控制壓板溫度，進而控制壓型溫度。由于壓板和壓型之間的熱傳導(dǎo)并不可靠，另外壓型壁的厚度對型腔的溫度也有很大影響。所以這種方法并不能精確控制壓型型腔溫度�？梢钥紤]采用以下方法改善壓型內(nèi)的溫度控制：
用熱電偶測量壓板溫度，根據(jù)壓板溫度高低決定開大或關(guān)小冷卻水管閥門。這樣使壓板溫度控制大為改善。美國Howmet TMP提供帶有加熱/冷卻控制系統(tǒng)的控制面板，靠電熱器加熱，制冷機冷卻。當然，當加熱-冷卻快速切換時，可能引起壓板表面溫度波動，尤其是當壓板內(nèi)僅有一支熱電偶時。
控制壓型溫度的更好的辦法是使用溫度控制器來控制冷卻水溫，并保持恒定。壓板溫度也因此保持在要求的范圍。如果每一臺控溫器有多個輸入、輸出接口，就可以同時控制多個壓板的溫度。然而遺憾地是，上述二種方法都未能避免壓板和壓型之間熱交換效果的影響，因而對壓型溫度的控制仍然不十分可靠。控制壓型型腔溫度的最好的辦法是將它和壓板完全隔開單獨控制。熱電偶安裝在壓型型體中盡可能靠近型腔表面的位置，控溫器直接控制冷卻水的溫度因此，型腔溫度可以準確地保持在要求的范圍。其實，這種方法早已廣泛用于塑料注塑機。在精鑄中尚未普及的原因主要是成本問題。建議通過以下途徑降低費用：在現(xiàn)有的壓型上鉆孔或開槽，設(shè)置水道和安裝電熱器。相同樣式的水道可用于不同幾何形狀型腔的壓型背面，而溫度控制器只要一臺即可。顯然，更重要的是壓型的上、下甚至側(cè)面都應(yīng)有隔熱板，使壓板和周圍環(huán)境溫度變化不致影響到壓型。
二、壓力和流動的控制
制模過程需要控制的諸多工藝參數(shù)中，除溫度外，以壓力和流動的控制最為重要。盡管模料流動離不開壓力的驅(qū)動，壓力和流動二者密切相關(guān)。但模料的流動狀態(tài)又不僅與壓力有關(guān)，還與其粘稠度和壓注過程中所受阻力有關(guān)。所以，它們又是完全不同的二個概念，對蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量有著各自不同的影響和作用。需要分別單獨加以控制。通常壓力是通過液壓閥控制的，而流動則主要靠流動控制閥來控制。圍繞壓力和流動的控制，國外常將壓蠟設(shè)備劃分為以下幾個檔次：
1）只控制壓力
液壓回路中只有壓力控制閥而沒有流動控制閥。使用這類壓蠟機時，模料和環(huán)境溫度（包括室溫、液壓油溫度或蠟缸溫度等）的任何微小變化都將導(dǎo)致模料流動速度改變，進而影響蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量。此外，壓力高時無法獲得低的流速；壓力低時無法獲得高的流速。如果既要求低流速以避免卷氣，又要求高的壓力以獲得好的表面質(zhì)量時，就無法滿足要求。目前，這類設(shè)備在美、歐各國已很少使用了。
2）壓力和流動同時控制，但沒有壓力補償
與前者相比，液壓回路中增加了流動控制閥。其優(yōu)點是，壓力高時可以獲得低的流速。但由于沒有壓力補償，故壓力低時無法獲得高的流速。而且壓力和溫度變化也都會對流速產(chǎn)生影響，進而影響蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量。
3）同時控制壓力、流動，再加壓力補償
這是目前國外壓蠟機主流機型配備的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)的流動控制閥具有輔助加（減）速功能。流動阻力或溫度稍有變化，控制閥內(nèi)的壓力補償器可以自動增減壓力，并調(diào)節(jié)流動控制閥口大小，精確調(diào)控模料流速。因此，在預(yù)先設(shè)定的壓力范圍內(nèi)，無論溫度、流動阻力如何改變，模料流速均能得到控制。而且流動速度可任意調(diào)節(jié)而不受壓力制約。這樣就可實現(xiàn)在充型過程初期令模料以較低的流速充型，避免紊流和卷氣，隨后提高流速以獲得表面沒有冷隔的光潔而完滿的蠟?zāi)！?/p>
4）壓力與流動雙向單獨控制，再加上二段壓力控制
所謂雙向單獨控制DIMC（Dual Isolated Modes Control），就是指壓力與流動這二個工藝參數(shù)完全獨立地進行控制，互相沒有任何約束。所謂二段式壓力控制，就是將充型壓力和壓實壓力分開，分別加以控制（圖1）。通常希望在不產(chǎn)生噴射、飛濺的前提下，充型壓力適當大些，以縮短充型時間，使模料在充型過程中盡量少凝固，保證充型充滿，獲得輪廓清晰的光潔蠟?zāi)！６鴫簩崏毫t應(yīng)適當減小，這樣，既能保證蠟?zāi)１砻鏌o縮陷和變形小，尺寸穩(wěn)定，同時又使飛邊、毛刺少。值得強調(diào)指出的是，當95%~99%壓型型腔體積被充滿，而不是100％完全充滿，就應(yīng)立即換擋降壓（圖2）。這樣做的目的，一是為了避免模料充滿型腔的瞬間產(chǎn)生撞擊作用（壓力脈沖）損壞型芯和增加蠟?zāi)５娘w邊毛刺，二是有利于殘留在型腔中的空氣逃逸，避免蠟?zāi)Ｖ芯砣霘馀�。美國Howmet-TMP公司率先開發(fā)成功并獲得專利權(quán)的AFC（Accelerated Flow Control）便是這種類型控制系統(tǒng)的典型代表
圖1 二段式壓力控制
圖2 從充型壓力提前轉(zhuǎn)換到壓實壓力
三、壓注過程計算機控制
壓注過程一般周期短，通常在一至數(shù)分鐘，然而需要控制的工藝參數(shù)很多，至少包括壓力、流速、溫度、時間等項。在如此短的時間內(nèi)單靠人工很難精確控制，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。
計算機程序控制
美國MPI公司研制的微機控制自動壓蠟機1992年在ICI第40屆年會暨第8屆世界精鑄年會上首次亮相（圖3）。該機安裝有能對所有壓注工藝參數(shù)預(yù)先進行設(shè)定的計算機控制系統(tǒng)。在計算機屏幕上，操作者還可以方便地訪問并調(diào)用計算機中現(xiàn)存的程序。無需人工操作，設(shè)備即按程序自動運行。當運行過程中一旦出現(xiàn)異�，F(xiàn)象，計算機將自動報警，提示操作者及時排除故障。系統(tǒng)可存儲多達500套模具的全部壓注工藝參數(shù)資料，使操作者安裝每一套壓型時都能便捷地調(diào)整各項工藝參數(shù)。但這種控制系統(tǒng)主要是按照預(yù)先設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)對壓蠟機的控制。
圖3 MPI程序控制壓蠟機
圖4 帶有CFAFC控制系統(tǒng)的壓蠟機
計算機實時控制
上世紀90年代中期，Howmet-TMP公司將其AFC專利技術(shù)與計算機控制技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)成功獨具特色的CFAFC（CompuFlow Accelerated Flow Control）伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一個高精度的壓力傳感器和一個線性分壓器，通過感受壓型充滿瞬間產(chǎn)生的觸發(fā)壓力，快速將信號反饋給伺服系統(tǒng)而立即換擋降壓開始壓實階段，完滿地實現(xiàn)了二段式壓力控制�？梢苑蛛A段單獨控制壓力和流速，而且再現(xiàn)性良好。圖4所示為Howmet-TMP公司生產(chǎn)的帶有CFAFC控制系統(tǒng)的壓蠟機。
1999年在日本JACT技術(shù)年會上，MPI介紹了該公司開發(fā)成功的安裝有ADS（Automatic DieSetup）控制系統(tǒng)的壓蠟機。ADS系統(tǒng)不但存儲有多達數(shù)千套模具的全部壓注工藝參數(shù)資料，可供用戶隨時查詢和調(diào)用，而且溫度調(diào)控也更為精確靈敏（控制溫度精度達±0.25℃），同時還具有實時確定模料進入壓型型腔的體積的能力，再根據(jù)此體積來調(diào)控壓注模料的流速，使操作者不僅有可能知道制作蠟?zāi)Ｋ枘Ａ系捏w積，而且還能夠預(yù)測產(chǎn)生缺陷之前進入型腔的模料體積，以便在此刻及時調(diào)整流速避免缺陷產(chǎn)生。MPI的ADS控制系統(tǒng)也提供了二種不同的壓力模式，即充型和壓實壓力。一旦注入型腔的模料達到型腔體積的95%~98%，系統(tǒng)就自動切換到較低的壓實壓力。圖5和圖6分別為裝備有ADS控制系統(tǒng)的半自動和全自動MPI壓蠟機。
目前，國外先進的壓蠟機所配備的控制面板大多采用觸屏式液晶顯示器，人機界面友好，操作簡單明了,更換模具時，調(diào)試工藝參數(shù)非常方便快捷。圖7和圖8分別為MPI和Howmet-TMP控制面板顯示器屏幕。
圖5 計算機實時控制MPI55型半自動壓蠟機
圖6 MPI45-12型自動壓蠟機
圖7 MPI壓蠟機控制系統(tǒng)界面
圖8 TMP壓蠟機控制系統(tǒng)界面
四、國產(chǎn)壓蠟機現(xiàn)狀和差距
目前，國產(chǎn)壓蠟機除零部件加工精度，電氣和液壓元器件的質(zhì)量、壽命以及售后服務(wù)等方面，都有許多需要改進之處外，單就技術(shù)發(fā)展的層面看，作為壓蠟機關(guān)鍵部分的控制系統(tǒng)，國產(chǎn)設(shè)備還處在比較低的發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在模料流動完全受制于壓力，也就是說，流動和充型過程實際上無法控制，只能聽其自然。此類設(shè)備壓制小型簡單或要求不高的蠟?zāi)＿�能勉強滿足需要，但要壓制大型復(fù)雜或帶有陶瓷型芯的蠟?zāi)�，勢必感到力不從心。難怪近年來我國不少軍工企業(yè)，不惜花費重金從國外進口壓蠟設(shè)備。在經(jīng)濟全球化和我國加入WTO的今天，我國民用和商業(yè)精鑄企業(yè)也面臨迅速提高產(chǎn)品檔次和質(zhì)量的艱巨任務(wù)，盲目擴大規(guī)模和增加產(chǎn)量的時代必然逐漸成為過去。且不論打入國際市場的雄心壯志，就拿滿足現(xiàn)狀來說，國產(chǎn)壓蠟機也尚不盡如人意。例如某些壁厚相差較大的蠟?zāi)�，難以達到理想效果；蠟?zāi)３叽纾ㄓ绕渑c分型面相關(guān)的尺寸）穩(wěn)定性差；型芯在壓蠟過程中容易斷裂……。從實際出發(fā)，當前提高國產(chǎn)壓蠟機水平的關(guān)鍵并不在實現(xiàn)全自動或計算機控制。而應(yīng)將精力集中在完善和提高壓蠟機的神經(jīng)中樞——控制系統(tǒng)。參照國外發(fā)展經(jīng)驗，首先應(yīng)將溫度控制精度提高一步。再將流動和壓力這二個工藝參數(shù)分開，雙向獨立控制，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對充型、流動過程更有效的控制，并進一步實現(xiàn)二段壓力控制。以此來滿足我國精鑄工業(yè)提高產(chǎn)品檔次和穩(wěn)定質(zhì)量的需求。只有把這個基礎(chǔ)打好，計算機控制和自動化才具有實質(zhì)性的意義和價值。為此，認真學(xué)習(xí)國外先進經(jīng)驗和技術(shù)是完全必要的。同時，值得一提的是，壓蠟機與塑料工業(yè)所用的注塑機有許多相似之處。而塑料工業(yè)則是比精密鑄造大得多的行業(yè)。注塑機的發(fā)展自然比壓蠟機快得多，從中也可以汲取許多有益的經(jīng)驗。國外一些同行也坦言，他們發(fā)展壓蠟機的過程中許多新的設(shè)計思想和思路最早也源于注塑設(shè)備。
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本文標題：制模工藝參數(shù)及計算機控制
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