一种用于铝基活塞铸造的模具快速冷却系统和方法与流程

[0001]
本发明涉及铝基活塞铸造领域，尤其涉及一种用于铝基活塞铸造的模具快速冷却系统和方法。


背景技术：

[0002]
铝基活塞一般指铝合金活塞或铝基复合材料活塞，这样的活塞目前一般采用分体式的模具铸造，常见的包括有顶模、芯模和边模具。模具在浇注后，一般为自然冷却，其冷却时间较长，生产效率较低。现有技术中有在模具中设置冷却水道以加快冷却速度，然而对应于铝基活塞的不同部位的模具，希望根据该部分的特点，实现不同的冷却速度，以达到顺序凝固等目的。现有的解决方案是针对特定的铝基活塞，在其模具进行特定的冷却水道设计，然而这种解决手段需要一模一设计，缺乏灵活性，同时有时特定的冷却水道加工难度比较大，成本也很高。


技术实现要素：

[0003]
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是针对铝基活塞的铸造模具，在快速冷却模具的同时实现对各分体模具可控可变的冷却速度。
[0004]
为实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种用于铝基活塞铸造的模具快速冷却系统，包括顶模、边模和芯模，且上述顶模、边模和芯模中分别设置有顶模冷却水道、芯模冷却水道和边模冷却水道；
[0005]
上述顶模冷却水道与顶模冷却系统相连，上述顶模冷却系统包括与冷却池相连的顶模进水管路和顶模回水管路，上述顶模进水管路上设置有顶模混水箱，上述顶模回水管路上设置有通向上述顶模混水箱的顶模旁通单向电磁阀和顶模旁通管路，在上述顶模回水管路上设置有顶模回水测温计，在上述顶模混水箱的顶模混水箱出口单向电磁阀后设置有顶模进水测温计；
[0006]
上述芯模冷却水道与芯模冷却系统相连，上述芯模冷却系统包括与冷却池相连的芯模进水管路和芯模回水管路，上述芯模进水管路上设置有芯模混水箱，上述芯模回水管路上设置有通向上述芯模混水箱的芯模旁通单向电磁阀和芯模旁通管路，在上述芯模回水管路上设置有芯模回水测温计，在上述芯模混水箱的芯模混水箱出口单向电磁阀后设置有芯模进水测温计；
[0007]
上述边模冷却水道与边模冷却系统相连，上述边模冷却系统包括与冷却池相连的边模进水管路和边模回水管路，上述边模进水管路上设置有边模混水箱，上述边模回水管路上设置有通向上述边模混水箱的边模旁通单向电磁阀和边模旁通管路，在上述边模回水管路上设置有边模回水测温计，在上述边模混水箱的边模混水箱出口单向电磁阀后设置有边模进水测温计。
[0008]
进一步地，上述铝基活塞包括铝合金活塞或铝基复合材料活塞。
[0009]
进一步地，还包括控制系统，且上述控制系统被设置为可接收上述顶模回水测温
计实时检测的顶模回水温度t1、上述顶模进水测温计实时检测顶模进水温度t2、上述芯模回水测温计实时检测的芯模回水温度t3、上述芯模进水测温计实时检测的芯模回水温度t4、上述边模回水测温计实时检测的边模回水温度t5、上述边模进水测温计实时检测的边模进水温度t6，可控制上述顶模旁通单向电磁阀的开度o1、上述顶模混水箱出口单向电磁阀的开度o2、上述芯模旁通单向电磁阀的开度o3、上述芯模混水箱出口单向电磁阀的开度o4、上述边模旁通单向电磁阀的开度o5、上述顶模混水箱出口单向电磁阀的开度o6。
[0010]
进一步地，上述控制系统内预设有顶模目标冷却曲线t
d
＝f(t)，其中t
d
为顶模目标温度，t为时间；上述控制系统还包括顶模pid控制器，且上述顶模pid控制器被设置为以顶模回水温度t1与顶模目标温度t
d
之差为输入调整上述顶模旁通单向电磁阀的开度o1。
[0011]
进一步地，上述控制系统内预设有芯模目标冷却曲线t
x
＝g(t)，其中t
x
为芯模目标温度，t为时间；上述控制系统还包括芯模pid控制器，且上述芯模pid控制器被设置为以芯模回水温度t3与顶模目标温度t
x
之差为输入调整上述芯模旁通单向电磁阀的开度o3。
[0012]
进一步地，上述控制系统内预设有边模目标冷却曲线t
b
＝h(t)，其中t
b
为边模目标温度，t为时间；上述控制系统还包括边模pid控制器，且上述边模pid控制器被设置为以边模回水温度t5与边模目标温度t
x
之差为输入调整上述边模旁通单向电磁阀的开度o5。
[0013]
本发明在第二方面提供了一种用于铝基活塞铸造的模具快速冷却方法，通过上述任一上述模具快速冷却系统实现，包括如下步骤：
[0014]
(1)在顶模、边模和芯模中分别设置顶模冷却水道、芯模冷却水道和边模冷却水道；
[0015]
(2)将上述顶模冷却水道与顶模冷却系统相连，上述顶模冷却系统包括与冷却池相连的顶模进水管路和顶模回水管路，在上述顶模进水管路上设置顶模混水箱，在上述顶模回水管路上设置通向上述顶模混水箱的顶模旁通单向电磁阀和顶模旁通管路，在上述顶模回水管路上设置顶模回水测温计，在上述顶模混水箱的顶模混水箱出口单向电磁阀后设置顶模进水测温计；
[0016]
(3)将上述芯模冷却水道与芯模冷却系统相连，上述芯模冷却系统包括与冷却池相连的芯模进水管路和芯模回水管路，在上述芯模进水管路上设置芯模混水箱，在上述芯模回水管路上设置通向上述芯模混水箱的芯模旁通单向电磁阀和芯模旁通管路，在上述芯模回水管路上设置有芯模回水测温计，在上述芯模混水箱的芯模混水箱出口单向电磁阀后设置芯模进水测温计；
[0017]
(4)将上述边模冷却水道与边模冷却系统相连，上述边模冷却系统包括与冷却池相连的边模进水管路和边模回水管路，在上述边模进水管路上设置边模混水箱，在上述边模回水管路上设置通向上述边模混水箱的边模旁通单向电磁阀和边模旁通管路，在上述边模回水管路上设置边模回水测温计，在上述边模混水箱的边模混水箱出口单向电磁阀后设置边模进水测温计；
[0018]
(5)设置控制系统，上述控制系统被设置为可接收上述顶模回水测温计实时检测的顶模回水温度t1、上述顶模进水测温计实时检测顶模进水温度t2、上述芯模回水测温计实时检测的芯模回水温度t3、上述芯模进水测温计实时检测的芯模回水温度t4、上述边模回水测温计实时检测的边模回水温度t5、上述边模进水测温计实时检测的边模进水温度t6，可控制上述顶模旁通单向电磁阀的开度o1、上述顶模混水箱出口单向电磁阀的开度o2、上述芯模
旁通单向电磁阀的开度o3、上述芯模混水箱出口单向电磁阀的开度o4、上述边模旁通单向电磁阀的开度o5、上述顶模混水箱出口单向电磁阀的开度o6；
[0019]
(6)上述控制系统通过分别控制上述顶模旁通单向电磁阀的开度o1、上述芯模旁通单向电磁阀的开度o3和上述芯模旁通单向电磁阀的开度o5，调整通入上述顶模、芯模和边模的冷却水温度对模具进行冷却。
[0020]
进一步地，在上述控制系统内预设顶模目标冷却曲线t
d
＝f(t)，其中t
d
为顶模目标温度，t为时间；上述控制系统还包括顶模pid控制器，且上述顶模pid控制器以顶模回水温度t1与顶模目标温度t
d
之差为输入调整且上述顶模旁通单向电磁阀的开度o1，使得顶模的实际降温曲线拟合目标冷却曲线t
d
＝f(t)。
[0021]
进一步地，在上述控制系统内预设芯模目标冷却曲线t
x
＝g(t)，其中t
x
为芯模目标温度，t为时间；上述控制系统还包括芯模pid控制器，且上述芯模pid控制器以芯模回水温度t3与芯模目标温度t
x
之差为输入调整上述芯模旁通单向电磁阀的开度o3，使得芯模的实际降温曲线拟合目标冷却曲线t
x
＝g(t)。
[0022]
进一步地，在上述控制系统内预设边模目标冷却曲线t
b
＝h(t)，其中t
b
为顶模目标温度，t为时间；上述控制系统还包括边模pid控制器，且上述边模pid控制器以边模回水温度t5与边模目标温度t
x
之差为输入调整上述边模旁通单向电磁阀的开度o5，使得边模的实际降温曲线拟合目标冷却曲线t
b
＝h(t)。
[0023]
进一步地，通过上述控制系统使得上述顶模、芯模和边模降至脱模温度的时间基本相同。
[0024]
本发明利用了各分体模具的回水作为热源和各分体模具的温度表征信号，通过回水旁通阀的开度，控制进入混水箱中回水的流量，从而可控制条件进水的温度，同时将回水温度作为反馈信号传递给控制系统，控制系统通过pid控制器，自动调节旁通水阀的开度，实现了各分体模具的可控降温，且可以灵活制定降温方案，只需对不同的降温方案在软件上重新进行pid参数整定即可，而不需要在硬件上重新设计制作冷却水道，极大地节省了难度、时间和成本。
[0025]
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
[0026]
图1是本发明的一个较佳实施例中顶模的冷却系统；
[0027]
图2是本发明的一个较佳实施例中芯模的冷却系统；
[0028]
图3是本发明的一个较佳实施例中边模的冷却系统；
[0029]
图4是本发明的一个较佳实施例中顶模的目标冷却降温曲线和实际冷却降温曲线的对比图；
[0030]
图5是本发明的一个较佳实施例中芯模的目标冷却降温曲线和实际冷却降温曲线的对比图；
[0031]
图6是本发明的一个较佳实施例中边模的目标冷却降温曲线和实际冷却降温曲线的对比图；
[0032]
附图标记如下：
[0033]
100-顶模、101-顶模冷却水道、102-顶模回水管路、103-顶模进水管路、104-顶模回水测温计、105-顶模进水测温计、107-顶模混水箱出口单向电磁阀、108-顶模混水箱、109-顶模旁通单向电磁阀、110-顶模冷却系统、111-顶模旁通管路；
[0034]
200-芯模、201-芯模冷却水道、202-芯模回水管路、203-芯模进水管路、204-芯模回水测温计、205-芯模进水测温计、207-芯模混水箱出口单向电磁阀、208-芯模混水箱、209-芯模旁通单向电磁阀、210-芯模冷却系统、211-芯模旁通管路。
[0035]
300-边模、301-边模冷却水道、302-边模回水管路、303-边模进水管路、304-边模回水测温计、305-边模进水测温计、307-边模混水箱出口单向电磁阀、308-边模混水箱、309-边模旁通单向电磁阀、310-边模冷却系统、311-边模旁通管路。
具体实施方式
[0036]
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0037]
如图1所示，根据本发明的顶模100上设置有顶模冷却水道101，其中的冷却水来自顶模冷却系统110，顶模冷却系统110包括来自冷却池的顶模进水管路103和顶模回水管路102，顶模进水管路103上设置有顶模混水箱108，顶模回水管路102上设置有通向顶模混水箱108的顶模旁通管路111和顶模旁通单向电磁阀109，在顶模回水管路102上设置顶模回水测温计104，在顶模混水箱108后设置有顶模混水箱出口单向电磁阀107，在顶模混水箱出口单向电磁阀107后还设置有顶模进水测温计105。
[0038]
由于顶模回水管路102中的回水是对顶模100进行过换热降温的冷却水，因此相对于顶模进水管路103中的进水而言带有热量，是热水，同时测得的顶模回水的温度t1也和顶模100的当前温度有近似线性的对应关系，可以作为顶模100的当前温度的表征。
[0039]
如图2所示，根据本发明的芯模200上设置有芯模冷却水道201，其中的冷却水来自芯模冷却系统210，芯模冷却系统210包括来自冷却池的芯模进水管路203和芯模回水管路202，芯模进水管路203上设置有芯模混水箱208，芯模回水管路202上设置有通向芯模混水箱208的芯模旁通管路211和芯模旁通单向电磁阀209，在芯模回水管路202上设置芯模回水测温计204，在芯模混水箱208后设置有芯模混水箱出口单向电磁阀207，在芯模混水箱出口单向电磁阀207后还设置有芯模进水测温计205。
[0040]
由于芯模回水管路202中的回水是对芯模200进行过换热降温的冷却水，因此相对于芯模进水管路203中的进水而言带有热量，是热水，同时测得的芯模回水的温度t2也和芯模200的当前温度有近似线性的对应关系，可以作为芯模200的当前温度的表征。
[0041]
如图3所示，根据本发明的边模300上设置有边模冷却水道301，其中的冷却水来自边模冷却系统310，边模冷却系统310包括来自冷却池的边模进水管路303和边模回水管路302，边模进水管路303上设置有边模混水箱308，边模回水管路302上设置有通向边模混水箱308的边模旁通管路311和边模旁通单向电磁阀309，在边模回水管路302上设置边模回水测温计304，在混水箱308后设置有边模混水箱出口单向电磁阀307，在边模混水箱出口单向电磁阀307后还设置有边模进水测温计305。
[0042]
由于边模回水管路302中的回水是对边模300进行过换热降温的冷却水，因此相对
于边模进水管路303中的进水而言带有热量，是热水，同时测得的边模回水的温度t3也和边模300的当前温度有近似线性的对应关系，可以作为边模300的当前温度的表征。
[0043]
根据本发明的模具快速冷却系统还包括控制系统，控制系统可通过有线或无线数据链路接收顶模回水测温计104实时检测的顶模回水温度t1、顶模进水测温计105实时检测顶模进水温度t2、芯模回水测温计204实时检测的芯模回水温度t3、芯模进水测温计205实时检测的芯模回水温度t4、边模回水测温计304实时检测的边模回水温度t5、边模进水测温计305实时检测的边模进水温度t6，可控制顶模旁通单向电磁阀109的开度o1、顶模混水箱出口单向电磁阀107的开度o2、芯模旁通单向电磁阀209的开度o3、芯模混水箱出口单向电磁阀207的开度o4、边模旁通单向电磁阀309的开度o5、边模混水箱出口单向电磁阀307的开度o6。
[0044]
在控制系统内根据需要预设有期望的顶模目标冷却曲线t
d
＝f(t)，其中，t
d
为顶模目标温度，t为时间；控制系统还包括顶模pid控制器，顶模pid控制器被设置为以顶模回水温度t1与顶模目标温度t
d
之差为输入调整顶模旁通单向电磁阀的开度o1，使得实际降温曲线尽量拟合目标冷却曲线，如图4所示。其中，顶模pid控制器已预先完成参数整定。
[0045]
在控制系统内还预设有芯模目标冷却曲线t
x
＝g(t)，其中，t
x
为芯模目标温度，t为时间；控制系统还包括芯模pid控制器，芯模pid控制器被设置为以芯模回水温度t3与芯模目标温度t
x
之差为输入调整芯模旁通单向电磁阀的开度o3，使得实际降温曲线拟合目标冷却曲线，如图5所示。其中，芯模pid控制器已预先完成参数整定。
[0046]
在控制系统内还预设有边模目标冷却曲线t
b
＝h(t)，其中，t
b
为顶模目标温度，t为时间；控制系统还包括边模pid控制器，边模pid控制器以边模回水温度t5与边模目标温度t
x
之差为输入调整边模旁通单向电磁阀的开度o5，使得实际降温曲线拟合目标冷却曲线，如图6所示。其中，边模pid控制器已预先完成参数整定。
[0047]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。