Z antologii pana Chen Binga
Oryginalnie opublikowane w Special Casting and Nonferrous Alloys
1, kontrola temperatury
1) Temperatura formy
Temperatura materiału formierskiego wpływa bezpośrednio na lepkość i zdolność wypełniania materiału formierskiego, co wymaga dokładnej kontroli i szybkiej reakcji przy zmianie ustawienia temperatury. Obecnie zaawansowane prasy do wosku w innych krajach są wyposażone w podzielone zbiorniki do przechowywania pasty woskowej o kontrolowanej temperaturze, ale także czujnik temperatury jest wkładany bezpośrednio do materiału formy, aby dokładnie kontrolować temperaturę materiału formy w dowolnym stanie od cieczy do wklejenia i można je dowolnie regulować, aby dostosować się do wymagań tłoczenia różnych form woskowych. Po zmianie ustawienia temperatury system reaguje z szybkością 0,5°C co 3 minuty przy zakresie wahań temperatury wynoszącym zaledwie 0,3°C [1].
2) Temperatura prasowania
Większość pras do wosku nie przywiązuje dużej uwagi do kontrolowania temperatury formy prasy, ale zwykle kontroluje temperaturę płyty dociskowej, a tym samym formy, poprzez zwiększanie/zmniejszanie przepływu wody chłodzącej przez płytę dociskową za pomocą zaworu ręcznego podobnego do zaworu kran z wodą. Ponieważ przewodzenie ciepła między płytą dociskową a prasą nie jest niezawodne, a grubość ścianki prasy ma również duży wpływ na temperaturę wnęki. Dlatego też metoda ta nie pozwala dokładnie kontrolować temperatury wnęki formy prasującej. Można rozważyć następujące metody poprawy kontroli temperatury w formie prasującej:
Zmierz temperaturę płyty za pomocą termopar i zdecyduj o otwarciu lub zamknięciu zaworu rury wody chłodzącej w zależności od temperatury płyty. Zapewnia to znacznie lepszą kontrolę temperatury płyty. Howmet TMP (USA) oferuje panele sterujące z systemem sterowania ogrzewaniem/chłodzeniem, który opiera się na grzejniku elektrycznym do ogrzewania i chillerze do chłodzenia [1].0 Oczywiście szybkie przełączanie z ogrzewania na chłodzenie może powodować wahania powierzchni płyty dociskowej temperaturę, zwłaszcza jeśli na płycie znajduje się tylko jedna termopara.
Lepszym sposobem kontrolowania temperatury płyty dociskowej jest użycie termostatu do kontrolowania temperatury wody chłodzącej i utrzymywania jej na stałym poziomie. W ten sposób temperatura płyty dociskowej jest utrzymywana w wymaganym zakresie. Jeśli każdy regulator temperatury ma wiele portów wejściowych i wyjściowych, możliwe jest jednoczesne kontrolowanie temperatury kilku płyt dociskowych. Niestety jednak żadna z tych metod nie pozwala uniknąć wpływu efektu wymiany ciepła pomiędzy płytą dociskową a prasą, przez co kontrola temperatury prasy w dalszym ciągu nie jest zbyt wiarygodna. Najlepszym sposobem kontrolowania temperatury wnęki prasy jest kontrolowanie jej oddzielnie od płyty dociskowej. Termopary instaluje się jak najbliżej powierzchni wnęki w korpusie prasy, a termostat bezpośrednio kontroluje temperaturę wody chłodzącej, dzięki czemu można dokładnie utrzymać temperaturę wnęki w wymaganym zakresie. W rzeczywistości metoda ta jest od dawna szeroko stosowana we wtryskarkach tworzyw sztucznych. Powodem, dla którego nie został jeszcze spopularyzowany w odlewaniu precyzyjnym, jest głównie problem kosztów. Zaleca się obniżenie kosztów poprzez wywiercenie otworów lub szczelin w istniejącej formie prasowej, utworzenie dróg wodnych i zainstalowanie grzejników elektrycznych. Ten sam rodzaj drogi wodnej można zastosować z tyłu formy prasującej dla różnych geometrii wnęki i potrzebny jest tylko jeden regulator temperatury. Oczywiście jeszcze ważniejsze jest, aby góra, dół, a nawet boki prasy były izolowane, tak aby wahania temperatury w prasie i otaczającym środowisku nie miały wpływu na prasę.
2, Kontrola ciśnienia i przepływu
Spośród wielu parametrów procesu, które należy kontrolować w procesie formowania, najważniejsza, poza temperaturą, jest kontrola ciśnienia i przepływu. Chociaż przepływu materiału formierskiego nie można oddzielić od napędu ciśnieniowego, ciśnienie i przepływ są ze sobą ściśle powiązane. Jednakże stan płynięcia materiału formy jest związany nie tylko z ciśnieniem, ale także z jego lepkością i oporem podczas procesu wtryskiwania. Są to zatem dwie zupełnie różne koncepcje, które w różny sposób wpływają na jakość form woskowych. Trzeba je oddzielnie kontrolować. Zwykle ciśnienie jest kontrolowane za pomocą zaworów hydraulicznych, podczas gdy przepływ jest kontrolowany głównie przez zawory sterujące przepływem. Jeśli chodzi o kontrolę ciśnienia i przepływu, zagraniczne kraje są często podzielone na kilka następujących klas urządzeń ciśnieniowych do wosku [2]:
1)Tylko kontrola ciśnienia
Obwód hydrauliczny ma tylko zawór regulacji ciśnienia i nie ma zaworu regulacji przepływu. Podczas korzystania z prasy tego typu każda niewielka zmiana materiału formy i temperatury otoczenia (w tym temperatury pokojowej, temperatury płynu hydraulicznego lub temperatury cylindra z woskiem itp.) spowoduje zmianę natężenia przepływu materiału formy, co w obrót wpłynie na jakość formy woskowej. Ponadto przy wysokich ciśnieniach nie można osiągnąć małych przepływów; wysokich przepływów nie da się osiągnąć przy niskim ciśnieniu. Jeśli wymagane jest niskie natężenie przepływu, aby uniknąć zawijania się powietrza, a do uzyskania dobrej jakości powierzchni wymagane jest wysokie ciśnienie, wymagania te nie mogą zostać spełnione. Obecnie tego typu sprzęt w Stanach Zjednoczonych i Europie jest rzadko używany.
2) Jednoczesna kontrola ciśnienia i przepływu, ale bez kompensacji ciśnienia
W porównaniu do poprzedniego, do obwodu hydraulicznego dodano zawór kontroli przepływu. Zaletą jest to, że przy wysokim ciśnieniu można uzyskać niskie natężenie przepływu. Jednak ze względu na brak kompensacji ciśnienia, przy niskim ciśnieniu nie można osiągnąć wysokich przepływów. Ponadto zmiany ciśnienia i temperatury mają wpływ na natężenie przepływu, co z kolei wpływa na jakość formy woskowej.
3) Jednoczesna kontrola ciśnienia i przepływu oraz kompensacja ciśnienia
Jest to układ sterowania wyposażony w główne modele zagranicznych pras woskowych. Zawór sterujący przepływem w instalacji pełni funkcję pomocniczego zwiększania (zmniejszania) prędkości. Kiedy opór przepływu lub temperatura zmienią się nieznacznie, kompensator ciśnienia w zaworze sterującym może automatycznie zwiększać lub zmniejszać ciśnienie i regulować wielkość zaworu sterującego przepływem, aby precyzyjnie regulować natężenie przepływu materiału formy. Dlatego w zadanym zakresie ciśnienia, niezależnie od zmiany temperatury i oporów przepływu, można kontrolować natężenie przepływu formy. Co więcej, natężenie przepływu można regulować dowolnie, bez ograniczeń ciśnieniowych. Umożliwia to napełnianie formy przy niskim natężeniu przepływu na początku procesu napełniania formy, aby uniknąć turbulencji i odgazowania, a następnie zwiększenie natężenia przepływu w celu uzyskania gładkiej, pełnej formy woskowej bez segregacji na zimno na powierzchni.
4) Oddzielna kontrola ciśnienia i przepływu w obu kierunkach oraz dwustopniowa kontrola ciśnienia
Tak zwane sterowanie dwoma izolowanymi trybami (DIMC) oznacza, że dwa parametry procesu, ciśnienie i przepływ, są kontrolowane całkowicie niezależnie od siebie. Tak zwana dwustopniowa kontrola ciśnienia oznacza, że ciśnienie napełniania i ciśnienie zagęszczania są oddzielane i kontrolowane oddzielnie (Rys. 3-1) [3]. Zwykle oczekuje się, że przy założeniu braku rozprysków i rozprysków ciśnienie napełniania powinno być odpowiednio duże, aby skrócić czas napełniania, tak aby materiał formy w trakcie napełniania stwardniał w jak najmniejszym stopniu, zapewniając pełne wypełnienie i uzyskanie wyraźnego konturu wypolerowanej formy woskowej. Nacisk zagęszczania należy odpowiednio zmniejszyć, tak aby powierzchnia formy woskowej nie ulegała skurczowi i niewielkim odkształceniom, a rozmiar był stabilny, a jednocześnie sprawiał, że latająca krawędź i zadziory były mniejsze. Warto podkreślić, że w przypadku wypełnienia od 95% do 99% objętości jamy zagęszczającej, a nie całkowitego wypełnienia w 100%, należy natychmiast zmniejszyć ciśnienie (rys. 3-2). Ma to na celu uniknięcie uderzenia (impulsu ciśnienia) materiału matrycy wypełniającego wnękę, co może spowodować uszkodzenie rdzenia i zwiększenie zadziorów ciernych formy woskowej, a także pomóc powietrzu pozostałemu w wnęce uciec i uniknąć powietrza bąbelki w formie woskowej. Typowym przedstawicielem tego typu układu sterowania jest opracowany i opatentowany przez firmę Howmet-TMP system AFC (Accelerated Flow Control).
3.Sterowanie komputerowe procesem wtrysku
Ogólny cykl procesu wtryskiwania jest krótki, zwykle trwa od jednej do kilku minut, ale wymaga kontrolowania wielu parametrów procesu, w tym co najmniej ciśnienia, natężenia przepływu, temperatury, czasu i innych elementów. W tak krótkim czasie trudno polegać na sztucznym sterowaniu precyzyjnym, przy szybkim rozwoju techniki komputerowej powinny powstać komputerowe systemy sterowania!
Sterowanie programem komputerowym
Amerykańska firma MPI opracowała sterowaną mikrokomputerem automatyczną maszynę do tłoczenia wosku w 1992 roku podczas 40. dorocznego spotkania ICI i 8. dorocznego spotkania światowego debiutu w odlewaniu precyzyjnym (ryc. 3-3) [4]. Maszyna wyposażona jest w komputerowy system sterowania, który umożliwia wstępne ustawienie wszystkich parametrów procesu odlewania ciśnieniowego. Na ekranie komputera operator może również łatwo uzyskać dostęp i wywołać istniejące programy w komputerze. Bez obsługi ręcznej maszyna działa automatycznie zgodnie z programem. Jeżeli podczas pracy wystąpią jakiekolwiek nieprawidłowości, komputer automatycznie zaalarmuje operatora i poprosi go o terminowe rozwiązanie problemu. W systemie można zapisać do 500 zestawów form wszystkich parametrów procesu wtrysku, dzięki czemu operator może łatwo dostosować parametry procesu podczas montażu każdego zestawu form. Jednakże ten system sterowania realizuje głównie sterowanie prasą woskową według wcześniej ustawionego programu [4].
Skomputeryzowane sterowanie w czasie rzeczywistym
W połowie lat 90-tych firma Howmet-TMP opracowała unikalny system sterowania serwo CFAFC (CompuFlow Accelerated Flow Control), łącząc opatentowaną technologię AFC z technologią sterowania komputerowego. System wykorzystuje precyzyjny czujnik ciśnienia i liniowy dzielnik ciśnienia do wykrywania ciśnienia wyzwalającego generowanego w momencie napełniania kompaktora, a następnie szybko przekazuje sygnał z powrotem do układu serwo, który natychmiast przełącza się na obniżenie ciśnienia rozpocząć fazę zagęszczania, realizując w ten sposób całkowicie dwustopniową kontrolę ciśnienia. Ciśnienie i natężenie przepływu można regulować indywidualnie etapami z dobrą powtarzalnością. Rysunek 3-4 przedstawia ubijak do wosku z systemem sterowania CFAFC firmy Howmet-TMP [1].
W 1999 roku na dorocznym spotkaniu technicznym JACT w Japonii MPI przedstawiło pomyślny rozwój prasy do wosku z systemem sterowania ADS (Automatic Die Setup) [5]. System ADS nie tylko przechowuje wszystkie parametry procesu wtrysku tysięcy form, które użytkownik może w każdej chwili sprawdzić i przywołać, ale także posiada bardziej precyzyjną i czułą kontrolę temperatury (dokładność temperatury ±0,25°C) oraz możliwość określenia w czasie rzeczywistym objętości materiału formy wchodzącej do gniazda, a następnie regulacji natężenia przepływu materiału wtryskowego w zależności od tej objętości. System ADS nie tylko przechowuje wszystkie parametry procesu formowania, aby użytkownik mógł je w każdej chwili sprawdzić i przywołać, ale także zapewnia bardziej dokładną i czułą kontrolę temperatury (dokładność temperatury kontrolnej ±0,25°C), a także możliwość określić w czasie rzeczywistym objętość masy formierskiej wchodzącej do wnęki, a następnie regulować natężenie przepływu masy formierskiej w zależności od tej objętości, dzięki czemu operator może poznać nie tylko objętość masy formierskiej potrzebnej do wytworzenia wosku formy, ale także przewidzieć objętość materiału wchodzącego do wnęki przed powstaniem defektów, aby w odpowiednim czasie dostosować natężenie przepływu, aby uniknąć defektów w tym momencie. System sterowania ADS firmy MPI oferuje również dwa różne tryby ciśnienia: napełnianie i zagęszczanie. Gdy materiał formierski wtryskiwany do wnęki osiągnie 95% do 98% objętości wnęki, system automatycznie przełącza się na niższe ciśnienie zagęszczania [5]. Na rysunkach 3-5 i 3-6 przedstawiono odpowiednio półautomatyczne i w pełni automatyczne prasy do wosku MPI wyposażone w system sterowania ADS.
Obecnie większość paneli sterowania wyposażonych w zaawansowane zagraniczne prasy do wosku wyposażona jest w dotykowe monitory LCD, które są przyjazne dla użytkownika i łatwe w obsłudze, a także bardzo wygodne jest debugowanie parametrów procesu podczas wymiany form. Rys. 3-7 i Rys. 3-8 przedstawiają ekran wyświetlacza odpowiednio panelu sterowania MPI i Howmet-TMP.
4. Status quo i luka w domowej prasie do wosku
Obecnie w domowej maszynie do wosku, oprócz dokładności obróbki części, komponentów elektrycznych i hydraulicznych, jakości, żywotności i obsługi posprzedażnej, jest wiele rzeczy do poprawy, wyłącznie na poziomie rozwoju technologicznego, jako kluczowa część system sterowania maszyną do wosku, sprzęt gospodarstwa domowego jest wciąż na stosunkowo niskim etapie rozwoju, głównie w przepływie formy jest całkowicie poddawany ciśnieniu, to znaczy przepływ i proces napełniania są w rzeczywistości. Innymi słowy, przepływ i Procesu napełniania form nie można kontrolować i można go pozostawić wyłącznie naturze. Tego typu sprzęt ledwo jest w stanie zaspokoić potrzeby małych i prostych form woskowych o małych wymaganiach, ale nie wystarczy do tłoczenia dużych i skomplikowanych form woskowych lub form woskowych z rdzeniami ceramicznymi. Nic więc dziwnego, że w ostatnich latach wiele przedsiębiorstw wojskowych w Chinach wydało mnóstwo pieniędzy na import woskowego sprzętu ciśnieniowego z zagranicy. W dobie globalizacji gospodarczej i przystąpienia Chin do WTO, chińskie przedsiębiorstwa odlewnicze cywilne i komercyjne również stają przed trudnym zadaniem szybkiej poprawy klasy i jakości produktu, ślepego rozszerzania skali i zwiększania produkcji tamtej epoki. stopniowo stają się przeszłością. I niezależnie od ambicji wejścia na rynek międzynarodowy, aby sprostać status quo, krajowa maszyna do wosku nie jest jeszcze zadowalająca. Przykładowo, w przypadku niektórych form woskowych przy dużej różnicy grubości ścianek trudno jest uzyskać idealny efekt; stabilność wymiarów form woskowych (zwłaszcza wymiarów związanych z powierzchniami podziału) jest słaba; rdzeń jest łatwy do złamania w procesie tłoczenia wosku....... Z praktycznego punktu widzenia kluczem do poprawy poziomu domowych pras do wosku nie jest realizacja pełnej automatyzacji lub sterowania komputerowego. Zamiast tego powinniśmy skoncentrować nasze wysiłki na doskonaleniu i ulepszaniu systemu sterowania, który jest centralnym ośrodkiem prasy woskowej. Odnosząc się do zagranicznych doświadczeń rozwojowych, pierwszym krokiem powinno być poprawienie precyzji regulacji temperatury. Następnie przepływ i ciśnienie dwóch parametrów procesu oddzielnie, dwukierunkowa niezależna kontrola, na tej podstawie realizuje napełnianie, bardziej efektywną kontrolę procesu przepływu i dalej realizuje dwustopniową kontrolę ciśnienia. Aby zaspokoić potrzeby chińskiego przemysłu odlewów precyzyjnych, poprawić jakość produktu i stabilną jakość. Tylko po to, aby dobrze położyć ten fundament, sterowanie komputerowe i automatyzacja mają istotne znaczenie i wartość. W tym celu całkowicie konieczne jest poważne przestudiowanie zagranicznych zaawansowanych doświadczeń i technologii. Jednocześnie warto wspomnieć, że istnieje wiele podobieństw pomiędzy maszyną do tłoczenia wosku a wtryskarką stosowaną w przemyśle tworzyw sztucznych. Przemysł tworzyw sztucznych jest znacznie większy niż przemysł odlewów precyzyjnych. Rozwój wtryskarek jest oczywiście znacznie szybszy niż wtryskarek do tłoczenia wosku, z czego również można wyciągnąć wiele przydatnych doświadczeń. Niektórzy zagraniczni odpowiednicy przyznali również, że wiele nowych pomysłów i przemyśleń projektowych w procesie opracowywania maszyny do tłoczenia wosku również wywodzi się z najwcześniejszych urządzeń do formowania wtryskowego [3].
