Từ tuyển tập của ông Chen Bing
Được xuất bản lần đầu trong Hợp kim đúc và kim loại màu đặc biệt
1, Kiểm soát nhiệt độ
1) Nhiệt độ khuôn
Nhiệt độ của vật liệu đúc ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt và khả năng làm đầy của vật liệu đúc, đòi hỏi phải kiểm soát chính xác và tốc độ phản ứng nhanh khi thay đổi cài đặt nhiệt độ. Hiện nay, các máy ép sáp tiên tiến ở nước ngoài đều được trang bị thùng chứa sáp dán được kiểm soát nhiệt độ có vách ngăn, đồng thời cảm biến nhiệt độ được đưa trực tiếp vào vật liệu khuôn để kiểm soát chính xác nhiệt độ của vật liệu khuôn ở mọi trạng thái từ chất lỏng. để dán, và có thể được điều chỉnh theo ý muốn để thích ứng với yêu cầu ép các khuôn sáp khác nhau. Khi cài đặt nhiệt độ được thay đổi, hệ thống sẽ phản hồi ở tốc độ 0,5°C cứ sau 3 phút với phạm vi dao động nhiệt độ chỉ 0,3°C [1].
2) Nhiệt độ ép
Hầu hết các máy ép sáp không chú ý nhiều đến việc kiểm soát nhiệt độ của khuôn ép mà thường kiểm soát nhiệt độ của trục lăn và khuôn bằng cách tăng/giảm dòng nước làm mát qua trục lăn bằng cách sử dụng van thủ công tương tự như máy ép sáp. Vòi nước. Do sự dẫn nhiệt giữa trục lăn và máy ép không đáng tin cậy nên độ dày của thành máy ép cũng có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ của khoang. Vì vậy, phương pháp này không kiểm soát chính xác nhiệt độ khoang khuôn ép. Các phương pháp sau đây có thể được xem xét để cải thiện việc kiểm soát nhiệt độ trong khuôn ép:
Đo nhiệt độ tấm ép bằng cặp nhiệt điện và quyết định mở hoặc đóng van ống nước làm mát theo nhiệt độ tấm ép. Điều này dẫn đến việc kiểm soát nhiệt độ trục lăn tốt hơn nhiều. Howmet TMP (Mỹ) cung cấp bảng điều khiển với hệ thống điều khiển sưởi/làm mát dựa vào lò sưởi điện để sưởi ấm và máy làm lạnh để làm mát [1].0 Tất nhiên, việc chuyển đổi nhanh chóng từ sưởi ấm sang làm mát có thể gây ra biến động trên bề mặt trục lăn nhiệt độ, đặc biệt nếu chỉ có một cặp nhiệt điện trong trục lăn.
Cách tốt hơn để kiểm soát nhiệt độ trục lăn là sử dụng bộ điều chỉnh nhiệt để kiểm soát nhiệt độ nước làm mát và giữ nhiệt độ này không đổi. Do đó, nhiệt độ trục lăn được giữ trong phạm vi yêu cầu. Nếu mỗi bộ điều khiển nhiệt độ có nhiều cổng đầu vào và đầu ra thì có thể điều khiển nhiệt độ của nhiều trục lăn cùng một lúc. Tuy nhiên, thật không may, cả hai phương pháp này đều không tránh được ảnh hưởng của hiệu ứng trao đổi nhiệt giữa trục lăn và máy ép, do đó việc kiểm soát nhiệt độ máy ép vẫn không đáng tin cậy lắm. Cách tốt nhất để kiểm soát nhiệt độ của khoang ép là điều khiển nó tách biệt khỏi trục lăn. Cặp nhiệt điện được lắp đặt càng gần bề mặt khoang trong thân máy ép và bộ điều chỉnh nhiệt trực tiếp điều khiển nhiệt độ của nước làm mát để nhiệt độ khoang có thể được duy trì chính xác trong phạm vi yêu cầu. Trên thực tế, phương pháp này từ lâu đã được sử dụng rộng rãi trong các máy ép phun nhựa. Lý do nó chưa được phổ biến trong đúc chính xác chủ yếu là do vấn đề chi phí. Nên giảm chi phí bằng cách khoan lỗ hoặc khe trên khuôn ép hiện có, thiết lập đường dẫn nước và lắp đặt lò sưởi điện. Có thể sử dụng cùng một kiểu đường dẫn nước ở mặt sau của khuôn ép cho các hình dạng khoang khác nhau và chỉ cần một bộ điều khiển nhiệt độ. Rõ ràng, điều quan trọng hơn nữa là mặt trên, mặt dưới và thậm chí cả các mặt của máy ép phải được cách nhiệt để sự thay đổi nhiệt độ trong máy ép và môi trường xung quanh không ảnh hưởng đến máy ép.
2, Kiểm soát áp suất và lưu lượng
Trong số nhiều thông số quy trình cần được kiểm soát trong quá trình đúc, việc kiểm soát áp suất và lưu lượng là quan trọng nhất, ngoại trừ nhiệt độ. Mặc dù dòng vật liệu đúc không thể tách rời khỏi bộ truyền động áp suất nhưng áp suất và dòng chảy có liên quan chặt chẽ với nhau. Tuy nhiên, trạng thái dòng chảy của vật liệu khuôn không chỉ liên quan đến áp suất mà còn liên quan đến độ nhớt và lực cản của nó trong quá trình phun. Vì vậy, chúng là hai khái niệm hoàn toàn khác nhau, có ảnh hưởng khác nhau đến chất lượng của khuôn sáp. Chúng cần được kiểm soát riêng biệt. Thông thường áp suất được điều khiển bằng van thủy lực, trong khi dòng chảy chủ yếu được điều khiển bằng van điều khiển dòng chảy. Xung quanh việc kiểm soát áp suất và dòng chảy, nước ngoài thường chia thành một số loại thiết bị áp suất sáp sau đây [2]:
1) Chỉ kiểm soát áp suất
Mạch thủy lực chỉ có van điều khiển áp suất và không có van điều khiển lưu lượng. Khi sử dụng loại máy ép này, bất kỳ thay đổi nhỏ nào về vật liệu khuôn và nhiệt độ môi trường (bao gồm nhiệt độ phòng, nhiệt độ chất lỏng thủy lực hoặc nhiệt độ xi lanh sáp, v.v.) sẽ dẫn đến thay đổi tốc độ dòng chảy của vật liệu khuôn, trong đó lần lượt sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của khuôn sáp. Ngoài ra, không thể đạt được tốc độ dòng chảy thấp ở áp suất cao; tốc độ dòng chảy cao không thể đạt được ở áp suất thấp. Nếu cần tốc độ dòng chảy thấp để tránh cuộn khí và cần áp suất cao để có được chất lượng bề mặt tốt thì các yêu cầu này không thể được đáp ứng. Hiện nay, loại thiết bị này ở Mỹ và Châu Âu ít được sử dụng.
2) Kiểm soát áp suất và lưu lượng cùng một lúc, nhưng không bù áp suất
So với trước đây, một van điều khiển lưu lượng được thêm vào mạch thủy lực. Ưu điểm là tốc độ dòng chảy thấp có thể đạt được khi áp suất cao. Tuy nhiên, do thiếu khả năng bù áp nên không thể đạt được tốc độ dòng chảy cao ở áp suất thấp. Hơn nữa, sự thay đổi áp suất và nhiệt độ có ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng của khuôn sáp.
3) Kiểm soát đồng thời áp suất và lưu lượng, cộng với bù áp suất
Đây là hệ thống điều khiển được trang bị trên các dòng máy ép sáp phổ thông của nước ngoài. Van điều khiển lưu lượng trong hệ thống có chức năng phụ trợ tăng (giảm tốc độ). Khi điện trở dòng chảy hoặc nhiệt độ thay đổi một chút, bộ bù áp suất trong van điều khiển có thể tự động tăng hoặc giảm áp suất và điều chỉnh kích thước của van điều khiển dòng chảy để điều chỉnh chính xác tốc độ dòng chảy của vật liệu khuôn. Do đó, trong phạm vi áp suất đặt trước, bất kể nhiệt độ và điện trở dòng chảy thay đổi như thế nào, tốc độ dòng chảy của khuôn đều có thể được kiểm soát. Hơn nữa, tốc độ dòng chảy có thể được điều chỉnh tùy ý mà không bị hạn chế về áp suất. Điều này cho phép đổ đầy khuôn ở tốc độ dòng chảy thấp khi bắt đầu quá trình đổ đầy khuôn để tránh nhiễu loạn và thoát khí, sau đó tăng tốc độ dòng chảy để có được khuôn sáp mịn, đầy đủ và không có sự phân tách lạnh trên bề mặt.
4) Kiểm soát riêng áp suất và dòng chảy theo cả hai hướng, cộng với kiểm soát áp suất hai giai đoạn
Cái gọi là Điều khiển chế độ cách ly kép (DIMC) có nghĩa là hai thông số quy trình, áp suất và lưu lượng, được điều khiển hoàn toàn độc lập với nhau. Cái gọi là kiểm soát áp suất hai giai đoạn có nghĩa là áp suất làm đầy và áp suất nén được tách biệt và kiểm soát riêng biệt (Hình 3-1) [3]. Người ta thường hy vọng rằng với tiền đề là không tạo ra hiện tượng phun và bắn tung tóe, áp suất đổ đầy phải lớn thích hợp để rút ngắn thời gian đổ đầy, để vật liệu khuôn đông cứng ít nhất có thể trong quá trình đổ đầy, đảm bảo rằng việc đổ đầy và có được đường viền rõ ràng của khuôn sáp được đánh bóng. Áp suất nén phải được giảm một cách thích hợp để đảm bảo bề mặt của khuôn sáp không bị co ngót và biến dạng nhỏ, kích thước ổn định, đồng thời làm cho mép bay và gờ ít hơn. Cần nhấn mạnh rằng khi 95% đến 99% thể tích khoang nén được lấp đầy, thay vì lấp đầy hoàn toàn 100%, thì áp suất phải được giảm xuống ngay lập tức (Hình 3-2). Mục đích của việc này là để tránh tác động (xung áp suất) của vật liệu khuôn làm đầy khoang có thể làm hỏng lõi và làm tăng gờ nhám của khuôn sáp, đồng thời giúp không khí còn lại trong khoang thoát ra ngoài và tránh không khí. bong bóng trong khuôn sáp. AFC (Accelerated Flow Control) do Howmet-TMP phát triển và cấp bằng sáng chế là đại diện tiêu biểu cho loại hệ thống điều khiển này.
3．Điều khiển quá trình phun bằng máy tính
Chu trình chung của quá trình phun là ngắn, thường từ một đến vài phút, nhưng cần kiểm soát nhiều thông số của quá trình, bao gồm ít nhất là áp suất, tốc độ dòng chảy, nhiệt độ, thời gian và các mục khác. Trong một khoảng thời gian ngắn như vậy khó có thể dựa vào điều khiển chính xác nhân tạo, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, hệ thống điều khiển máy tính sẽ ra đời!
Điều khiển chương trình máy tính
Công ty MPI của Mỹ đã phát triển máy ép sáp tự động điều khiển bằng máy vi tính vào năm 1992 tại cuộc họp thường niên ICI lần thứ 40 và cuộc họp thường niên lần thứ 8 về lần ra mắt đúc chính xác thế giới (Hình 3-3) [4]. Máy được trang bị hệ thống điều khiển bằng máy tính có khả năng cài đặt trước tất cả các thông số của quá trình đúc khuôn. Trên màn hình máy tính, người vận hành cũng có thể dễ dàng truy cập và gọi các chương trình hiện có trong máy tính. Không cần thao tác thủ công, máy sẽ tự động chạy theo chương trình. Nếu có bất kỳ sự bất thường nào xảy ra trong quá trình hoạt động, máy tính sẽ tự động cảnh báo cho người vận hành và nhắc nhở họ khắc phục sự cố kịp thời. Hệ thống có thể lưu trữ tới 500 bộ khuôn với tất cả các thông số quy trình ép phun, giúp người vận hành có thể dễ dàng điều chỉnh các thông số quy trình khi lắp đặt từng bộ khuôn. Tuy nhiên, hệ thống điều khiển này chủ yếu thực hiện việc điều khiển máy ép sáp theo chương trình cài sẵn [4].
Điều khiển thời gian thực bằng máy tính
Vào giữa những năm 1990, Howmet-TMP đã phát triển hệ thống điều khiển servo CFAFC (CompuFlow Accelerated Flow Control) độc đáo bằng cách kết hợp công nghệ AFC đã được cấp bằng sáng chế của mình với công nghệ điều khiển máy tính. Hệ thống sử dụng cảm biến áp suất có độ chính xác cao và bộ chia áp suất tuyến tính để cảm nhận áp suất kích hoạt được tạo ra tại thời điểm đổ đầy máy đầm, sau đó nhanh chóng đưa tín hiệu trở lại hệ thống servo, ngay lập tức chuyển sang giảm áp suất. để bắt đầu giai đoạn nén, từ đó thực hiện hoàn toàn việc kiểm soát áp suất hai giai đoạn. Áp suất và tốc độ dòng chảy có thể được kiểm soát riêng lẻ theo từng giai đoạn với khả năng tái tạo tốt. Hình 3-4 minh họa máy nén sáp với hệ thống điều khiển CFAFC của Howmet-TMP [1].
Năm 1999, tại Hội nghị kỹ thuật thường niên JACT ở Nhật Bản, MPI đã giới thiệu sự phát triển thành công của công ty máy ép sáp với hệ thống điều khiển ADS (Automatic Die Setup) [5]. Hệ thống ADS không chỉ lưu trữ tất cả các thông số quá trình phun của hàng nghìn khuôn mà người dùng có thể truy vấn và gọi lại bất kỳ lúc nào mà còn có khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác và nhạy hơn (độ chính xác nhiệt độ là ± 0,25°C) và khả năng xác định theo thời gian thực thể tích của vật liệu khuôn đi vào khoang rồi điều chỉnh tốc độ dòng vật liệu phun theo thể tích này. Hệ thống ADS không chỉ lưu trữ tất cả các thông số quá trình đúc để người dùng kiểm tra và gọi lại bất cứ lúc nào mà còn cung cấp khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác và nhạy hơn (kiểm soát độ chính xác nhiệt độ là ± 0,25 ° C), cũng như khả năng xác định theo thời gian thực thể tích của vật liệu đúc đi vào khoang, sau đó điều chỉnh tốc độ dòng chảy của vật liệu đúc theo thể tích này, giúp người vận hành không chỉ có thể biết thể tích vật liệu đúc cần thiết để tạo ra sáp khuôn mà còn dự đoán thể tích vật liệu đi vào khoang trước khi tạo ra khuyết tật để điều chỉnh tốc độ dòng chảy kịp thời tránh khuyết tật tại thời điểm này. Hệ thống điều khiển ADS của MPI cũng cung cấp hai chế độ áp suất khác nhau là làm đầy và nén chặt. Khi vật liệu đúc được bơm vào khoang đạt 95% đến 98% thể tích khoang, hệ thống sẽ tự động chuyển sang áp suất nén thấp hơn [5]. Hình 3-5 và 3-6 lần lượt thể hiện máy ép sáp MPI bán tự động và hoàn toàn tự động được trang bị hệ thống điều khiển ADS.
Hiện nay, hầu hết các bảng điều khiển được trang bị máy ép sáp tiên tiến của nước ngoài đều được trang bị màn hình LCD cảm ứng, thân thiện với người dùng, dễ vận hành và rất thuận tiện trong việc gỡ lỗi các thông số quy trình khi thay khuôn. Hình 3-7 và Hình 3-8 lần lượt hiển thị màn hình hiển thị của bảng điều khiển MPI và Howmet-TMP.
4．Thực trạng và khoảng trống của máy ép sáp trong nước
Hiện nay, máy sáp trong nước ngoài độ chính xác của các bộ phận xử lý, các thành phần điện và thủy lực về chất lượng, tuổi thọ và dịch vụ hậu mãi, còn có rất nhiều điều cần được cải thiện, riêng về trình độ phát triển công nghệ, là một phần quan trọng của Hệ thống điều khiển máy sáp, thiết bị trong nước vẫn đang ở giai đoạn phát triển tương đối thấp, chủ yếu ở dòng chảy khuôn hoàn toàn chịu áp lực, nghĩa là dòng chảy và quá trình đổ đầy thực sự là Nói cách khác, dòng chảy và Quá trình làm đầy khuôn không thể được kiểm soát và chỉ có thể để tự nhiên. Loại thiết bị này hầu như không thể đáp ứng nhu cầu của khuôn sáp nhỏ và đơn giản với yêu cầu thấp, nhưng nó không đủ để ép khuôn sáp lớn và phức tạp hoặc khuôn sáp có lõi gốm. Không có gì ngạc nhiên khi trong những năm gần đây, nhiều doanh nghiệp quân sự ở Trung Quốc đã chi rất nhiều tiền để nhập khẩu thiết bị áp lực sáp từ nước ngoài. Trong quá trình toàn cầu hóa kinh tế và việc Trung Quốc gia nhập WTO ngày nay, các doanh nghiệp đúc dân dụng và thương mại của Trung Quốc cũng phải đối mặt với nhiệm vụ khó khăn là nhanh chóng nâng cao đẳng cấp và chất lượng sản phẩm, mở rộng quy mô một cách mù quáng và tăng cường sản xuất của thời đại. dần trở thành chuyện quá khứ. Và dù tham vọng thâm nhập thị trường quốc tế ra sao, để đáp ứng được hiện trạng, máy sáp trong nước vẫn chưa đạt yêu cầu. Ví dụ, khó đạt được hiệu quả lý tưởng đối với một số khuôn sáp có độ dày thành chênh lệch lớn; độ ổn định của kích thước khuôn sáp (đặc biệt là các kích thước liên quan đến bề mặt chia cắt) kém; lõi dễ bị gãy trong quá trình ép sáp ....... Từ góc độ thực tế, chìa khóa để nâng cao trình độ của máy ép sáp trong nước không nằm ở việc thực hiện tự động hóa hoàn toàn hoặc điều khiển bằng máy tính. Thay vào đó, chúng ta nên tập trung nỗ lực hoàn thiện và cải tiến hệ thống điều khiển vốn là trung tâm thần kinh của máy ép sáp. Tham khảo kinh nghiệm phát triển của nước ngoài, bước đầu tiên là nâng cao độ chính xác của việc kiểm soát nhiệt độ. Sau đó, lưu lượng và áp suất của hai tham số quy trình riêng biệt, điều khiển độc lập hai chiều, trên cơ sở này, nhận ra việc làm đầy, kiểm soát quá trình dòng chảy hiệu quả hơn và tiếp tục thực hiện kiểm soát áp suất hai giai đoạn. Để đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm và chất lượng ổn định của ngành đúc chính xác của Trung Quốc. Chỉ để đặt nền tảng tốt này, việc điều khiển và tự động hóa máy tính có ý nghĩa và giá trị đáng kể. Để đạt được mục tiêu này, việc nghiên cứu nghiêm túc kinh nghiệm và công nghệ tiên tiến của nước ngoài là hoàn toàn cần thiết. Đồng thời, điều đáng nói là có nhiều điểm tương đồng giữa máy ép sáp và máy ép phun được sử dụng trong ngành nhựa. Ngành nhựa lớn hơn nhiều so với ngành đúc chính xác. Sự phát triển của máy ép phun đương nhiên nhanh hơn nhiều so với máy ép sáp, từ đó cũng có thể rút ra nhiều kinh nghiệm hữu ích. Một số đối tác nước ngoài cũng thừa nhận rằng nhiều ý tưởng và suy nghĩ thiết kế mới trong quá trình phát triển máy ép sáp cũng bắt nguồn từ thiết bị ép phun sớm nhất [3].
