用于鑄造活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過控制信號(hào)來對(duì)冷室壓鑄機(jī)的鑄造室中的鑄造活塞的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的裝置，所述前進(jìn)運(yùn)動(dòng)包括腔室填充運(yùn)動(dòng)階段，其中所述腔室填充運(yùn)動(dòng)階段是從具有局部填充的鑄造室初始體積的鑄造活塞局部填充位置到具有已填充的鑄造室剩余體積的鑄造活塞完全填充位置。根據(jù)本發(fā)明，在該裝置中，將控制信號(hào)的各自相關(guān)聯(lián)的曲線提供給多個(gè)工藝參數(shù)值的不同指定集合，所述工藝參數(shù)在所述腔室填充運(yùn)動(dòng)階段影響在鑄造室中的熔融材料的運(yùn)動(dòng)，控制信號(hào)的所述曲線定義為針對(duì)特定參數(shù)值的集合而作為最合適控制信號(hào)曲線，并且該裝置設(shè)計(jì)為根據(jù)鑄造周期的起點(diǎn)處顯示的工藝參數(shù)的值，使用最合適控制信號(hào)曲線來控制鑄造活塞的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，其中至少一個(gè)鑄造室?guī)缀螀?shù)、至少一個(gè)填充量參數(shù)、至少一個(gè)鑄模參數(shù)和/或至少一個(gè)鑄造室溫度或熔融材料溫度參數(shù)屬于所述多個(gè)工藝參數(shù)。本發(fā)明還涉及該裝置在冷室壓鑄工藝中的用途。
【專利說明】用于鑄造活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過致動(dòng)信號(hào)來對(duì)冷室壓鑄機(jī)的鑄造室中的鑄造活塞的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的裝置。本發(fā)明具體地涉及在某時(shí)間段(在本案中稱為腔室填充運(yùn)動(dòng)階段)中對(duì)鑄造活塞的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的控制，該腔室填充運(yùn)動(dòng)階段是從具有局部填充的鑄造室初始體積的鑄造活塞局部填充位置到具有已填充的鑄造室剩余體積的鑄造活塞完全填充位置。

【背景技術(shù)】
[0002]如已知的那樣，在冷室壓鑄機(jī)中，待鑄造的熔融材料(例如大致包含鋁和/或鎂和/或鋅的熔融金屬合金)被引入到水平構(gòu)造的鑄造室中，并隨后通過由液壓驅(qū)動(dòng)或某種其他方式驅(qū)動(dòng)的鑄造活塞輸送到鑄模中。這種操作循環(huán)地執(zhí)行，以用于相同產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，其中在每個(gè)鑄造周期將熔融材料壓入鑄模一次。具有圓形橫截面的圓筒型鑄造室?guī)缀鯇ｉT用于此目的。在大氣壓、正壓力下或負(fù)壓下，均可以通過各種方式來執(zhí)行熔融材料到鑄造室中的引入，例如通過澆包并經(jīng)由鑄造室的填充開口來進(jìn)行填充，或者通過在鑄造室產(chǎn)生負(fù)壓的方式通過抽吸進(jìn)氣來進(jìn)行充填。引入到鑄造室中的熔融材料的量取決于各自的鑄模體積，即待鑄造部件的體積，由此，依據(jù)不同的鑄件而在鑄造室中采用不同的填充水平，在引入熔融材料之后，只要鑄造活塞仍然位于鑄造室入口后方的鑄造室圓筒后側(cè)上的背向鑄模的初始位置中，那么位于上方的一定體積的空氣就會(huì)保留在水平構(gòu)造的鑄造室圓筒中。在本案中，術(shù)語“空氣的體積”通常還包括填充有不同氣體或抽真空的鑄造室的上方局部體積的情況。
[0003]在鑄造活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的第一階段中，鑄造活塞從其初始位置(如上所述，對(duì)鑄造室進(jìn)行局部填充)向完全填充位置(由于鑄造活塞的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)而持續(xù)減少的鑄造室體積恰好由填充熔融材料來完全填充)而向前運(yùn)動(dòng)。這之后是注入操作(本案不對(duì)其做進(jìn)一步關(guān)注)，由此如所知的那樣，熔融材料經(jīng)由鑄造室圓筒的前側(cè)上的鑄造室出口和毗連的流道排出鑄造室而進(jìn)入鑄模。在初始的腔室填充運(yùn)動(dòng)階段中，如果活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)展不利，則存在不期望的空氣/氣體夾雜物進(jìn)入熔融材料的問題。這種熔融材料中的空氣/氣體夾雜物可能導(dǎo)致增加的孔隙率，并從而導(dǎo)致鑄件質(zhì)量不符合要求(取決于對(duì)鑄件的使用或進(jìn)一步加工)。
[0004]具體地說，如圖1和2所示，兩種效應(yīng)是形成這種情況的原因，分別以三部件圖來說明，其中鑄造活塞2在水平構(gòu)造的鑄造室圓筒I中持續(xù)前進(jìn)，如最上面的部件圖像所分別示出的那樣，鑄造室I初始地局部填充有熔融材料3，并且鑄造活塞2位于鑄造室入口 4后面的鑄造室I的背向鑄 t旲的后側(cè)Ia上。圖1不出了在鑄造室I中由鑄造活塞2向?υ (即在鑄造室I的面向鑄模的前端Ib的方向上)壓送的熔融材料3的波破碎5 (即，破碎波)的產(chǎn)生。圖2示出了對(duì)來自鑄造活塞2的波的提前短暫分離效應(yīng)，和/或在鑄造室I的面向鑄模的前端Ic上的提前反射波效應(yīng)，即，通過這種活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的不利控制，熔融材料6的波開始向前緩慢移動(dòng)而遠(yuǎn)離活塞2。如果這個(gè)波6直接到達(dá)鑄造室頂部或者經(jīng)反射后到達(dá)鑄造室頂部，那么如圖2中較低的部件圖所示，波6從位于前方的鑄造室出口 8至鑄造活塞2處切斷了空氣/氣體7的體積。針對(duì)波破碎的情況，如圖1中最下面部件圖中的小氣泡9所示意性象征的那樣，這兩種效應(yīng)導(dǎo)致了增加的空氣/氣體夾雜物。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在提供開始時(shí)所提及的那種使鑄造活塞的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)得以控制的裝置，以解決技術(shù)問題，具體來說是在腔室填充運(yùn)動(dòng)階段中，通過這種方式能夠使熔融材料中空氣/氣體夾雜物的量降低或最小化，這典型地帶來成品鑄件中降低的孔隙率。
[0006]本發(fā)明通過提供具有權(quán)利要求1所述的特征的控制裝置來解決這個(gè)問題。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的控制裝置中，將致動(dòng)信號(hào)的各自相關(guān)聯(lián)的波形(signaverlauf)提供給多個(gè)工藝參數(shù)值的不同的指定集合，所述工藝參數(shù)在本案中也簡(jiǎn)稱為參數(shù)，并在腔室填充運(yùn)動(dòng)階段會(huì)影響鑄造室中的熔融材料的運(yùn)動(dòng)，并由所述裝置用于在所述腔室填充運(yùn)動(dòng)階段中控制所述鑄造活塞從初始局部填充位置(具有經(jīng)局部填充的鑄造室的起始體積)向充分填充位置(具有經(jīng)填充的鑄造室的剩余體積)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。所提供的致動(dòng)信號(hào)波形在本案中是定義為如下這種波形:即，在每種情況下，所述波形中的一項(xiàng)最適合于某指定的參數(shù)值集合。這里，“最合適”應(yīng)當(dāng)理解為表示分配給指定參數(shù)值集合的致動(dòng)信號(hào)波形使得:在由所述指定參數(shù)值集合所描述的當(dāng)前情況中，活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的那個(gè)波形要比所考慮的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的其他所有波形都能更好地減少或避免不期望有的效應(yīng)(即，波破碎和空氣體積的切斷)。除了該初級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以外，“最合適”的定義當(dāng)然還可以通過考慮與鑄造過程相關(guān)的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來得到，諸如針對(duì)鑄造周期的最小可能時(shí)間要求，以及由此針對(duì)所述活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的最小可能時(shí)間要求。這個(gè)最合適致動(dòng)信號(hào)波形的選擇允許空氣/氣體被引入到熔融材料中，并且與傳統(tǒng)的鑄造工藝控制手段相比，針對(duì)每個(gè)鑄造周期，無需明顯地減慢鑄造周期就能相應(yīng)地使得鑄件的孔隙率保持得盡可能低。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的控制裝置相應(yīng)地設(shè)計(jì)成根據(jù)與鑄造周期起點(diǎn)有關(guān)的工藝參數(shù)的值來使用所述最合適致動(dòng)信號(hào)波形。為此目的，可以優(yōu)選地設(shè)置:預(yù)先(即，在鑄造過程或鑄造周期的運(yùn)行時(shí)間之前)確定出針對(duì)所考慮的各種指定參數(shù)值集合的可能的最合適致動(dòng)信號(hào)波形，并且將其存儲(chǔ)在控制裝置中。然后，控制裝置為每個(gè)鑄造周期選擇最適合于當(dāng)前參數(shù)值集合的致動(dòng)信號(hào)波形，用以在腔填充運(yùn)動(dòng)階段中控制鑄造活塞的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。先于活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的各種波形(即，相關(guān)致動(dòng)信號(hào)的不同波形)的這種確定操作可以經(jīng)驗(yàn)性地執(zhí)行在實(shí)際對(duì)象上，或者優(yōu)選地，系統(tǒng)性且確定性地基于具有合適計(jì)算模型的相應(yīng)計(jì)算機(jī)仿真來執(zhí)行。后者能夠通過相關(guān)工藝參數(shù)的不同值來執(zhí)行相對(duì)大量的“試驗(yàn)”。如果在鑄造過程的運(yùn)行時(shí)間之前執(zhí)行仿真，那么計(jì)算時(shí)間不局限于鑄造周期的典型時(shí)長(zhǎng)，這允許使用相對(duì)密集計(jì)算模型，所述相對(duì)密集計(jì)算模型比較好地描述了在活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)期間鑄造室中熔融材料的流動(dòng)條件。仿真模型系統(tǒng)還可以具體地是具有閉環(huán)控制器的特定仿真閉環(huán)控制系統(tǒng)，其試圖通過相應(yīng)的控制器干預(yù)來糾正與期望的熔融材料流動(dòng)特性在計(jì)算上所建立的偏差。通過這種方式，如當(dāng)前使用參數(shù)值集合所描述的、針對(duì)各自起始情況的最合適致動(dòng)信號(hào)波形可以極為準(zhǔn)確地通過模型輔助閉環(huán)控制仿真來確定。備選地，可以在鑄造過程的運(yùn)行時(shí)間來提供對(duì)所設(shè)置的致動(dòng)信號(hào)波形的直接確定。
[0009]在腔室填充運(yùn)動(dòng)階段中影響鑄造室中的熔融材料運(yùn)動(dòng)的多個(gè)工藝參數(shù)包括至少一個(gè)關(guān)于鑄造室?guī)缀涡螤畹膮?shù)、至少一個(gè)關(guān)于鑄造室中熔融材料填充量的參數(shù)、至少一個(gè)關(guān)于鑄模的參數(shù)，和/或所述至少一個(gè)關(guān)于鑄造室溫度和/或熔融材料溫度的參數(shù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過考慮這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，已經(jīng)可以獲得活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)可用的致動(dòng)信號(hào)波形，這在最大程度上避免了關(guān)于波破碎或提前波分離/波反射的不利效應(yīng)。依據(jù)不同應(yīng)用，可以考慮一個(gè)或多個(gè)其他參數(shù)。這里，每個(gè)參數(shù)應(yīng)當(dāng)理解為是指:依據(jù)不同應(yīng)用，可以包括當(dāng)前值和/或由一個(gè)或多個(gè)先前鑄造周期所產(chǎn)生的值，和/或這些值的組合所確定的值，其中在每種情況下，可以通過測(cè)量?jī)x器或計(jì)算來得到這些值。
[0010]在本發(fā)明的改進(jìn)中，多個(gè)工藝參數(shù)更具體地包括至少一個(gè)鑄造室長(zhǎng)度參數(shù)、至少一個(gè)鑄造室高度參數(shù)、至少一個(gè)鑄造室填充度參數(shù)、至少一個(gè)熔融材料溫度參數(shù)、至少一個(gè)鑄造室溫度參數(shù)和/或至少一個(gè)熔融材料粘度參數(shù)，并且根據(jù)不同應(yīng)用，還任選地包括一個(gè)或多個(gè)其他參數(shù)。幾何參數(shù)描述了鑄造室中熔融材料運(yùn)動(dòng)的空間邊界條件，而溫度/粘度參數(shù)描述了熔融材料的流動(dòng)行為、也可能是任何外層問題，諸如已知的鑄造室內(nèi)壁上的熔融材料的皮膚硬化。
[0011]在本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)中，所提供的致動(dòng)信號(hào)波形分組為具有不同數(shù)目的波形連續(xù)階段的多個(gè)類型，其中每個(gè)階段表示在鑄造活塞處的熔融材料在高度上的關(guān)聯(lián)性升高。這里發(fā)現(xiàn)，例如依據(jù)熔融材料填充量以及相應(yīng)的鑄造室填充度，單級(jí)或多級(jí)致動(dòng)信號(hào)波形是可取的，其中每個(gè)階段包括最初更迅速地使活塞處的熔融材料填充水平升高到指定程度，然后使其保持基本恒定或至多更緩慢地變化。以不同數(shù)目的階段對(duì)離散的波形集合中的所有可能的致動(dòng)信號(hào)波形的分組針對(duì)用于存儲(chǔ)預(yù)先確定的最合適致動(dòng)信號(hào)波形的存儲(chǔ)空間需求、針對(duì)用于選擇各個(gè)最合適致動(dòng)信號(hào)波形的快速訪問存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、以及針對(duì)相應(yīng)階段式推進(jìn)鑄造活塞的速度都具有優(yōu)勢(shì)。
[0012]在本發(fā)明對(duì)該方面的又一改進(jìn)中，波形的每個(gè)階段定義為其指定了初始加速式鑄造活塞運(yùn)動(dòng)，其跟隨有具有速度波形的鑄造活塞運(yùn)動(dòng)，所述速度波形根據(jù)針對(duì)鑄造活塞處的熔融材料高度而預(yù)先確定的波形來確定。通常，針對(duì)鑄造活塞處的熔融材料高度而預(yù)先確定的波形包括:在通過初始加速式活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)而相對(duì)快速地將熔融材料高度升高至更高水平之后，熔融材料高度隨后基本上維持在這個(gè)新水平，或者至多進(jìn)一步顯著地更緩慢升高。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于鑄造活塞處的熔融材料高度的時(shí)間的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)與指定波形的這種聯(lián)系，能為活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)帶來極好的最合適致動(dòng)信號(hào)波形。而且，通過借助傳感器連續(xù)地建立鑄造活塞處的熔融材料高度，還提供了在活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的操作中以控制方式來干預(yù)的備選可能性。
[0013]在本發(fā)明的改進(jìn)中，在鑄造活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行時(shí)間之前或期間，所提供的致動(dòng)信號(hào)波形由模型輔助閉環(huán)控制仿真系統(tǒng)得到，且具有上述指出的針對(duì)此方面的優(yōu)點(diǎn)。提前確定的做法允許使用更大的計(jì)算機(jī)能力以及相應(yīng)更準(zhǔn)確的計(jì)算模型。另一種在運(yùn)行時(shí)刻的直接確定允許仍在各個(gè)鑄造周期中予以考慮的任何當(dāng)前的干擾影響。
[0014]在本發(fā)明對(duì)該方面的又一改進(jìn)中，模型輔助仿真閉環(huán)控制系統(tǒng)集成在控制裝置中。由此，它位于該控制裝置所使用的位置，即，典型地位于關(guān)聯(lián)鑄造機(jī)的位置上，這具體地針對(duì)如下情況是有利的:即，提供直接在鑄造過程的運(yùn)行時(shí)刻的最合適致動(dòng)信號(hào)波形的確定，或意圖使鑄造機(jī)用戶能夠通過針對(duì)特定鑄造機(jī)系統(tǒng)的模型輔助閉環(huán)控制仿真來預(yù)先確定最合適致動(dòng)信號(hào)波形本身。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了便于更好的理解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例以及上文所闡述的常規(guī)示例均在附圖中示出，其中:
[0016]圖1示出了的冷室壓鑄機(jī)的鑄造室在傳統(tǒng)控制式鑄造活塞的三種連續(xù)前進(jìn)位置中的示意性縱向剖視圖，其中發(fā)生了波破碎；
[0017]圖2示出了對(duì)應(yīng)于圖1的鑄造活塞的傳統(tǒng)前進(jìn)控制情況的示意性縱向剖視圖，其中發(fā)生了提前波分離和/或波反射；
[0018]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的框圖；
[0019]圖4示出了實(shí)現(xiàn)圖3的控制裝置的致動(dòng)信號(hào)型存儲(chǔ)器的優(yōu)選方式的框圖；和
[0020]圖5示出了冷室壓鑄機(jī)的鑄造室在通過根據(jù)本發(fā)明的控制裝置而向前移動(dòng)的鑄造活塞的連續(xù)前進(jìn)位置中的示意性縱剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將參考相應(yīng)附圖來對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例做出詳細(xì)說明。
[0022]圖3以框圖形式示出的控制裝置用于控制傳統(tǒng)構(gòu)造類型的冷室壓鑄機(jī)的鑄造單元的鑄造活塞的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。這種傳統(tǒng)鑄造單元包括具有圓形橫截面的典型圓筒形鑄造室，其通過圓筒的水平縱向軸線構(gòu)造在壓鑄機(jī)中。鑄造室和鑄造活塞可以具體地是諸如上面相對(duì)于圖1和2所闡述的構(gòu)造類型。在此類型構(gòu)造下，位于上方的填充開口 4(即，鑄造室入口 )位于鑄造室Ia的后側(cè)，例如熔融材料3可經(jīng)由該填充開口 4通過澆包而以指定計(jì)量的量填充到鑄造室I中。以同樣的方式，本發(fā)明還適用于其他構(gòu)造類型的鑄造單元，其中通過負(fù)壓將熔融材料吸入鑄造室中，或者通過正壓壓送到鑄造室中。在其前側(cè)Ib上，鑄造室I在其上方區(qū)域設(shè)置鑄造室出口 8。在注入操作中，熔融材料3經(jīng)由腔室出口 8和毗連的流道、通過鑄造活塞2的向前運(yùn)動(dòng)被壓送到鑄模中，從而在其中形成鑄件。在這種情況下，上述腔室填充運(yùn)動(dòng)構(gòu)成該活塞運(yùn)動(dòng)的第一階段，直到如下時(shí)間點(diǎn)為止:由于鑄造活塞2向前運(yùn)動(dòng)而持續(xù)減少的鑄造室I的剩余體積恰好基本上對(duì)應(yīng)于填入的熔融材料3的體積，這一時(shí)間點(diǎn)即，經(jīng)由鑄造室出口 8、流道和為此設(shè)置在鑄模中的排氣開口，用熔融材料3將鑄造室的剩余體積完全地填充并且將先前附加地包含在鑄造室I中的空氣/氣體的體積幾乎完全從鑄造室I排除。如上所述，本發(fā)明具體地包括:針對(duì)此初始腔填充運(yùn)動(dòng)階段中的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)控制裝置的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。正如本身已知的冷室壓鑄機(jī)中的鑄造活塞控制那樣，控制裝置另外還可以任何所需的合適方式來實(shí)現(xiàn)。
[0023]如圖3所示，控制裝置具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10，其中存儲(chǔ)有多個(gè)可能的致動(dòng)信號(hào)波形(signaverlauf)?？刂蒲b置針對(duì)各個(gè)鑄造周期而使用這些致動(dòng)信號(hào)波形中的一個(gè)波形，并由此對(duì)活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，具體地說是在所述腔室填充運(yùn)動(dòng)階段中對(duì)活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該鑄造周期在圖3中標(biāo)記為由選定的致動(dòng)信號(hào)S所控制的實(shí)際處理11。
[0024]控制裝置根據(jù)指定的標(biāo)準(zhǔn)將致動(dòng)信號(hào)S選作針對(duì)分別將至的鑄造周期的最合適的致動(dòng)信號(hào)。為此目的，其中執(zhí)行相應(yīng)的選擇邏輯12。通過控制裝置的輸入級(jí)13，選擇邏輯12為各自的鑄造周期饋給描述了即將到來的鑄造周期的初始條件的m個(gè)可指定的工藝參數(shù)P1,...，Pffl的值的集合，只要這些值與在腔室填充運(yùn)動(dòng)階段中實(shí)現(xiàn)活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)所期望的波形(已檢測(cè)為是可取的)相關(guān)。具體地說，在此階段中，活塞前進(jìn)的這種期望的優(yōu)化控制包括至少在很大程度上避免上述不利效應(yīng)，即，在鑄造室中導(dǎo)致熔融材料中有增加的空氣/氣體夾雜物的熔融材料流動(dòng)動(dòng)力學(xué)，特別是諸如圖1和2所示的在活塞側(cè)上的波破碎和對(duì)空氣/氣體體積的提前波分離或阻斷的效應(yīng)。
[0025]分別認(rèn)為相關(guān)的工藝參數(shù)Pi (i = 1，...，m)以適于各自應(yīng)用的形式來定義，并且包括至少一個(gè)鑄造室?guī)缀螀?shù)、至少一個(gè)填充量參數(shù)、至少一個(gè)鑄模參數(shù)和/或至少一個(gè)鑄造室溫度或熔融材料溫度參數(shù)。典型的鑄造室?guī)缀螀?shù)例如是鑄造室長(zhǎng)度和鑄造室高度。關(guān)于至少一個(gè)填充量參數(shù)，其描述了熔融材料最初以何種比例來填充鑄造室體積。實(shí)際上，這例如可以是初始填充高度，作為初始填充高度與最大可能填充高度(即，鑄造室直徑)之比的填充度，或者是所得到的引入到鑄造室中的熔融材料的重量或體積。關(guān)于至少一個(gè)鑄模參數(shù)，鑄模的影響可具體地描述為其最小或最大的模具排氣時(shí)間，由此定義了鑄造室中的空氣/氣體置換操作應(yīng)當(dāng)或可以持續(xù)多久而視為作為最小或視為最大。溫度和/或粘度參數(shù)描述了熔融材料的流動(dòng)行為以及可能的外層效應(yīng)，諸如鑄造室內(nèi)壁上或熔融材料內(nèi)部的熔化材料的皮膚硬化或部分凝固。
[0026]根據(jù)要求，每個(gè)這種參數(shù)均可以包括當(dāng)前值和/或源于一個(gè)或多個(gè)先前鑄造周期的值，和/或這種當(dāng)前值和/或先前值的組合。各個(gè)參數(shù)值可以是測(cè)量值和/或計(jì)算值或估計(jì)值。因此，例如，至少一個(gè)填充量參數(shù)可以是針對(duì)當(dāng)前填充度的估計(jì)值，和/或針對(duì)過去鑄造周期的填充度的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量或計(jì)算的實(shí)際值。因此，只要是與本文關(guān)注的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)相關(guān)，那么可以在針對(duì)當(dāng)前初始狀態(tài)的各個(gè)鑄造周期的運(yùn)行時(shí)刻，根據(jù)機(jī)器的當(dāng)前狀態(tài)及其歷史記錄，充分精確地描述為m維的參數(shù)空間，并且作為輸入信息經(jīng)由輸入級(jí)13饋送到選擇邏輯12中。
[0027]針對(duì)就不同的啟動(dòng)情況而提供最合適的致動(dòng)信號(hào)波形，如在圖3的示例性實(shí)施例中存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器10中的致動(dòng)信號(hào)波形，存在幾種可能性，這將在下面做更詳細(xì)地論述。
[0028]原則上，為了在鑄造過程的運(yùn)行時(shí)間之前或期間控制活塞運(yùn)動(dòng)，有兩種可提供待用于當(dāng)前鑄造周期的致動(dòng)信號(hào)的備選方案可供考慮。在下文中，首先闡述在運(yùn)行時(shí)間之前提供致動(dòng)信號(hào)的執(zhí)行方案。在實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的一優(yōu)選方法中，通過在過程運(yùn)行時(shí)刻之前的模型輔助計(jì)算機(jī)仿真來獲取最合適的致動(dòng)信號(hào)波形，如存儲(chǔ)在致動(dòng)信號(hào)存儲(chǔ)器10中的那樣。該計(jì)算機(jī)仿真包括模型控制電路，該模型控制電路包括針對(duì)預(yù)控制確定的簡(jiǎn)單計(jì)算模型、針對(duì)實(shí)際處理的高精度計(jì)算模型以及模型控制器。盡管可將僅基于簡(jiǎn)單計(jì)算模型而無控制器的最純粹形式的預(yù)控制考慮為針對(duì)這種模式控制電路的備選方案，然而控制器的添加使得其能夠?qū)崿F(xiàn)更高的精度或更好地模擬實(shí)際過程，并且可將相對(duì)簡(jiǎn)單的模型用于預(yù)控制。模型控制器補(bǔ)充了預(yù)控制所供應(yīng)的控制信號(hào)，從而形成針對(duì)高精度計(jì)算模型的致動(dòng)信號(hào)，這依據(jù)為此使用的一個(gè)或多個(gè)過程變量的設(shè)定波形(由預(yù)控制所供應(yīng))與實(shí)際波形(由高精度計(jì)算模型所供應(yīng))之間的偏差。針對(duì)所考慮的、由所述工藝參數(shù)表示的各種初始條件而得到的最合適致動(dòng)信號(hào)(如從該模型輔助閉環(huán)控制仿真中獲得的)然后如上所述地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器10，并且在鑄造過程中的運(yùn)行時(shí)刻可由控制裝置獲取。
[0029]如上所述，最合適致動(dòng)信號(hào)波形應(yīng)理解為指代如下這樣的致動(dòng)信號(hào)波形:即通過此致動(dòng)信號(hào)波形，由此在腔室填充運(yùn)動(dòng)中所控制的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)引起了根據(jù)指定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為可取的鑄造操作，具體地說是在鑄造室中引起了熔融材料流動(dòng)的行為，其中完全避免了、或者至少極大地避免了上述由于提前波分離和/或波反射波所造成的波破碎和空氣/氣體切斷的效應(yīng)，而另一方面，意在盡可能快速地執(zhí)行的鑄造周期以及相應(yīng)的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。用于說明鑄造室中熔融材料的流動(dòng)動(dòng)力學(xué)的合適改性淺水方程可考慮作為針對(duì)預(yù)控制設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單模型的基礎(chǔ)，其中考慮了鑄造室前端處的流體反射，而且在良好近似情況下還考慮了鑄造室典型的圓形橫截面。鑄造室頂部還可以包括在預(yù)控制設(shè)計(jì)中，作為針對(duì)熔融材料運(yùn)動(dòng)的高度限制，同樣地，如果需要的話，鑄造室的填充開口位置也可以包括在預(yù)控制設(shè)計(jì)中，從而確定地避免在鑄造活塞運(yùn)動(dòng)的起始處的熔融材料的任何溢出。
[0030]在本文所考慮的變型中，由于仿真在過程運(yùn)行時(shí)間之前執(zhí)行，因此仿真計(jì)算不受實(shí)際鑄造周期的直接時(shí)間限制。這允許使用相對(duì)精確的計(jì)算模型，由此可顯著地增加針對(duì)實(shí)際處理而提前確定的最合適的致動(dòng)信號(hào)波形的質(zhì)量。
[0031]因此，該仿真允許在運(yùn)行時(shí)刻之前、通過使用模型控制電路來確定極為準(zhǔn)確的、最合適的致動(dòng)信號(hào)波形，然后，所述波形可在單純的開環(huán)控制過程中用于實(shí)際處理。實(shí)際處理中的真正閉環(huán)控制在原則上也是可行的，但對(duì)于這里考慮的包括鑄造活塞的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的該過程來說，實(shí)際中通常將其排除，例如，在只因?yàn)闉榇怂璧目刂谱兞康膶?shí)際值的獲得和返回不夠快或太復(fù)雜的情況下。這尤其適用于較小型機(jī)器，該較小型機(jī)器所具有鑄造周期時(shí)間太短，以致于按當(dāng)今視角來看，針對(duì)待建立并使用在控制系統(tǒng)中的所需測(cè)量值來說并非切實(shí)可行的。
[0032]一種備選的可能性在鑄造過程的運(yùn)行時(shí)刻提供了相應(yīng)的模型輔助閉環(huán)控制仿真，其中由仿真得到的致動(dòng)信號(hào)然后直接用于控制實(shí)際處理中的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，這免除了對(duì)致動(dòng)信號(hào)存儲(chǔ)器的需要。為了使仿真在運(yùn)行時(shí)刻發(fā)生，必須適當(dāng)?shù)剡x擇針對(duì)預(yù)控制的簡(jiǎn)單模型和可復(fù)制實(shí)際處理的高精度計(jì)算模型，從而使仿真計(jì)算能足夠快速地進(jìn)行。與運(yùn)行時(shí)刻之前的仿真相比，這意味著使用更大的計(jì)算能力和/或使用更簡(jiǎn)單的計(jì)算模型，或者干脆是更簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制模型。
[0033]如上所述，圖3中的示例性實(shí)施例涉及實(shí)施例的變型，其中針對(duì)所考慮的可行且相對(duì)大量的工藝參數(shù)P1,…，Pm的集合，例如通過所述的模型輔助閉環(huán)控制仿真已經(jīng)提前確定了多個(gè)(H個(gè))最合適的致動(dòng)信號(hào)，然后將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器10中。如同從上述對(duì)工藝參數(shù)P1,…，Pm的說明中可以清楚的那樣，即使針對(duì)在許多連續(xù)的鑄造周期中生產(chǎn)指定的相同鑄件的情況，也能在相應(yīng)的m維參數(shù)空間中存在這種工藝參數(shù)的集合，這是因?yàn)楦鶕?jù)不同的工藝，至少這些工藝參數(shù)中的某些可以在不同的鑄造周期中有所變化?；谙鄳?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，選擇邏輯12可針對(duì)每個(gè)鑄造周期而確定數(shù)目為P的選擇坐標(biāo)K1,...，Kp，針對(duì)該坐標(biāo)的組合，在相應(yīng)仿真操作中預(yù)先獨(dú)立地生成相關(guān)聯(lián)的最合適致動(dòng)信號(hào)。如圖3所示，致動(dòng)信號(hào)存儲(chǔ)器10則包括針對(duì)多個(gè)(η個(gè))最合適致動(dòng)信號(hào)波形的P維選擇坐標(biāo)空間，其中數(shù)目P小于或等于數(shù)目m。在這種情況下，可以有利地將盡可能多的參數(shù)P1,…，射到盡可能最少的選擇坐標(biāo)K1,...，Kp上，以便使可行的致動(dòng)信號(hào)波形的數(shù)目η盡可能小，這是出于存儲(chǔ)需要和/或上述計(jì)算工作量的原因。
[0034]在這一點(diǎn)上應(yīng)當(dāng)指出，具體地說，在通過使用相對(duì)高精度的計(jì)算模型和高計(jì)算能力的仿真工具在鑄造過程的運(yùn)行時(shí)刻之前來執(zhí)行仿真的情況下，可以考慮到與腔室填充運(yùn)動(dòng)階段中的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際處理相關(guān)的幾乎所有必要參數(shù)，尤其甚至是在諸如粘度變化和局部凝固的粘性和熱效應(yīng)中的幾乎所有必要參數(shù)。如果需要的話，在這里可以使用三維速度場(chǎng)來描述鑄造室中的熔融材料流動(dòng)動(dòng)力學(xué)，該熔融材料流動(dòng)動(dòng)力學(xué)幾乎完全考慮了鑄造室的圓形橫截面和垂直流動(dòng)。
[0035]本發(fā)明人進(jìn)行的調(diào)查表明，尤其是通過可導(dǎo)致鑄造室活塞側(cè)上的熔融材料的填充高度階段式上升的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)波形，可以減少或避免活塞側(cè)上的波破碎和對(duì)空氣/氣體體積的切斷的上述不利效應(yīng)。這些結(jié)果能夠?qū)⑦x擇坐標(biāo)K1,...，Kp的P維空間中的所確定的多個(gè)(η個(gè))最合適致動(dòng)信號(hào)分組成具有不同數(shù)目的此類激勵(lì)階段的致動(dòng)信號(hào)波形(在本案中也稱為致動(dòng)信號(hào)軌跡類型)的組。這簡(jiǎn)化了將要存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器10中的致動(dòng)信號(hào)波形數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，并提高或加快了通過選擇邏輯12基于輸入?yún)?shù)P1,…，各自的最合適致動(dòng)信號(hào)波形的選擇。
[0036]為此目的，在最合適致動(dòng)信號(hào)波形(其軌跡類型是最合適的)的預(yù)確定中建立每組工藝參數(shù)P1,…，Pm，，即:根據(jù)此類激勵(lì)階段的數(shù)目，應(yīng)當(dāng)在這種情況下對(duì)活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)所期望的最佳可能的結(jié)果。相應(yīng)地，參見圖4，這種信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器10中。然后，在鑄造過程中，選擇邏輯12基于饋送的工藝參數(shù)輸入信息來確定，其中根據(jù)其致動(dòng)信號(hào)波形的階段類型，活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)當(dāng)在當(dāng)前鑄造周期中發(fā)生。
[0037]每個(gè)所述激勵(lì)階段表示活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)中的對(duì)應(yīng)部分,其中活塞最初相對(duì)較快地向前移動(dòng)，從而將活塞處的熔融材料充填高度從先前水平升高至指定的更高水平。此后，針對(duì)活塞前進(jìn)而指定速度波形(其是根據(jù)提前于鑄造活塞處的熔融材料高度而確定的波形來確定的)，該提前確定的波形典型地包括將活塞處的熔融材料填充高度保持為基本恒定，或者至多是隨時(shí)間而相對(duì)緩慢地升高。待使用的階段數(shù)目會(huì)變化，例如取決于填充度。在腔室中的初始熔融材料填充水平較低的情況下，要選擇比較高填充度的情況具有更多階段的活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
[0038]圖5示出了具有兩階段激勵(lì)的示例。圖5的示例是基于已在圖1和2及其上述描述中進(jìn)行說明的鑄造室I和鑄造活塞2來進(jìn)行描述的，這里將其作為參考。在圖5的示例中，首先，在活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)開始之前，假設(shè)鑄造室I中的熔融材料3為高度Htl，參見最上面的部件圖。從那里開始，活塞2最初以加速方式向前移動(dòng)，從而產(chǎn)生液態(tài)熔融材料3的波激勵(lì)的第一階段3a，由此使得在活塞2處的熔融材料填充高度從初始高度Htl升高至合適的指定更大高度氏。接下來，活塞2以減小的加速度或者以基本恒定的速度向前移動(dòng)，通過這種方式，使得活塞2處的熔融材料充填高度基本上保持在第一階段3a的高度水平H1，其中可從圖5中的上數(shù)第二和第三部件圖看出，相應(yīng)的波激勵(lì)以向前的方向傳播。
[0039]在某指定時(shí)間段之后，通過對(duì)活塞前進(jìn)的相應(yīng)控制，針對(duì)腔室I中的熔融材料3的波激勵(lì)而產(chǎn)生第二階段3b。為此目的，活塞2相應(yīng)地最初以更大的加速度移動(dòng)，直到活塞2處的熔融材料填充水平已達(dá)到新的指定的更高水平H2。在所示的選擇兩階段致動(dòng)信號(hào)波形的示例中，此新高度H2對(duì)應(yīng)于腔室的總高度，即，鑄造室I的直徑D，參見圖5的中間部件圖。隨后，活塞2然后再次以較低的加速度或者基本恒定的速度向前移動(dòng)，通過這種方式，活塞2處的熔融材料3基本上維持在新高度水平H2，其中第二波激勵(lì)階段3b以向前的方向傳播，參見圖5中倒數(shù)第三部件圖。
[0040] 在最后的激勵(lì)階段中，在圖5的第二階段的示例中，腔室I中的仍保持在熔融材料3與活塞那側(cè)的腔室頂部之間的空氣/氣體體積最終從活塞側(cè)沿著鑄造室端部(即，鑄造室出口 8)的方向進(jìn)行位移。通過各個(gè)激勵(lì)階段的合適配合，如例如可通過鑄造過程運(yùn)行時(shí)間之前的所述模型輔助閉環(huán)控制仿真所確定的那樣，就能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的激發(fā)波階段(圖5的兩個(gè)階段3a和3b所示的示例)在鑄造室端部的相遇或聚集，并且以這種方式，如圖5的倒數(shù)第二和最下面的部件圖所示的那樣，引起了空氣/氣體體積從鑄造室I中的幾乎完全的位移。這里，相關(guān)聯(lián)的最合適致動(dòng)信號(hào)波形可以完全的系統(tǒng)化方式來事先確定，這是因?yàn)榭梢酝ㄟ^計(jì)算來確定各個(gè)波激勵(lì)階段依賴于其各自在鑄造室中的高度而以何種速度行進(jìn)。
[0041]可導(dǎo)致熔融材料3中增加的空氣/氣體夾雜物的主要影響因素是實(shí)際中出現(xiàn)的計(jì)量誤差，例如引入腔室I中的熔融材料3體積的誤差為±5%。為了將此因素考慮在內(nèi)，活塞側(cè)上的熔融材料高度的階段性升高以如下方式發(fā)生:即，即使在最大的指定計(jì)量誤差下，在除最終階段以外的所有階段中活塞側(cè)上的熔融材料高度均安全地維持低于鑄造室頂部。最終階段對(duì)于計(jì)量誤差相對(duì)不敏感。這是因?yàn)椋箶?shù)第二階段的高度誤差完全在于:該倒數(shù)第二階段高度越是接近鑄造室的頂部，待由控制所指定的活塞速度就越不重要。因此，對(duì)分段進(jìn)行選擇，使得:在一方面，即使在最大的過度計(jì)量情況下，當(dāng)?shù)箶?shù)第二階段時(shí)活塞側(cè)上的熔融材料高度也能夠與鑄造室頂部保持可指定的最小距離，而另一方面，即使在最大的欠計(jì)量情況下，與鑄造室頂部的距離也能夠不超過可指定的最大距離，從而僅由最終波激勵(lì)階段來實(shí)現(xiàn)所期望的空氣/氣體從活塞側(cè)的完全位移。通過活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的這種階段性控制，因此可以系統(tǒng)性地將鑄造室圓筒的腔體頂部包括在各個(gè)最合適致動(dòng)信號(hào)波形的確定處理中，與此同時(shí)，針對(duì)計(jì)量誤差可確保充分的魯棒性。
[0042]不言而喻，除了如圖5所示的兩階段控制以外，還可設(shè)置單階段控制或多于兩階段的控制，這取決于與工藝參數(shù)P1,…，Pm(被視為與影響相關(guān))相關(guān)的初始值。除了所提到的夾雜物的計(jì)量誤差以外，熔融材料的粘度特性和鑄造室內(nèi)的熱效應(yīng)(例如局部固化，其中熔融材料中的固化成分會(huì)影響波的傳播)也可以系統(tǒng)性地包括在針對(duì)活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的各個(gè)最合適致動(dòng)信號(hào)波形的確定處理中。
[0043]在通過模型輔助閉環(huán)控制仿真系統(tǒng)來確定最合適致動(dòng)信號(hào)波形的所述示例中，該模型計(jì)算機(jī)輔助仿真閉環(huán)控制系統(tǒng)可集成在通常位于鑄造機(jī)的使用位置處的控制裝置中。根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的一部分可以集成在壓鑄機(jī)的中央計(jì)算控制中。備選地，模型輔助閉環(huán)控制仿真系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明控制裝置的外部，然后，例如上述通過存儲(chǔ)在控制裝置的致動(dòng)信號(hào)存儲(chǔ)器中的方式，將由該模型輔助閉環(huán)控制仿真系統(tǒng)供給的最合適致動(dòng)信號(hào)波形饋送到或提供至控制裝置中。
【權(quán)利要求】
1.一種通過致動(dòng)信號(hào)來對(duì)冷室壓鑄機(jī)的鑄造室(I)中的鑄造活塞(2)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的裝置，所述前進(jìn)運(yùn)動(dòng)包括腔室填充運(yùn)動(dòng)階段，所述腔室填充運(yùn)動(dòng)階段是從具有局部填充的鑄造室初始體積的鑄造活塞局部填充位置到具有已填充的鑄造室剩余體積的鑄造活塞完全填充位置， 其特征在于， 在所述裝置中，將所述致動(dòng)信號(hào)的各自相關(guān)聯(lián)的波形提供給多個(gè)工藝參數(shù)值的不同指定集合，所述工藝參數(shù)在所述腔室填充運(yùn)動(dòng)階段影響鑄造室中的熔融材料的運(yùn)動(dòng)，所述波形定義為針對(duì)特定參數(shù)值的集合的最合適致動(dòng)信號(hào)波形， 并且，所述裝置設(shè)計(jì)為根據(jù)與在所述腔室填充運(yùn)動(dòng)階段用于控制鑄造活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的鑄造周期的起點(diǎn)有關(guān)的所述工藝參數(shù)的值來使用所述最合適致動(dòng)信號(hào)波形，所述多個(gè)工藝參數(shù)包括至少一個(gè)鑄造室?guī)缀螀?shù)、至少一個(gè)填充量參數(shù)、至少一個(gè)鑄模參數(shù)和/或至少一個(gè)鑄造室溫度或熔融材料溫度參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征還在于，所述多個(gè)工藝參數(shù)包括至少一個(gè)鑄造室長(zhǎng)度參數(shù)、至少一個(gè)鑄造室高度參數(shù)、至少一個(gè)鑄造室填充度參數(shù)、至少一個(gè)熔融材料溫度參數(shù)、至少一個(gè)鑄造室溫度參數(shù)和/或至少一個(gè)熔融材料粘度參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征還在于，所提供的所述致動(dòng)信號(hào)波形分組為具有不同數(shù)目的波形連續(xù)階段的多個(gè)類型，其中每個(gè)階段表示在所述鑄造活塞處的熔融材料在高度上的關(guān)聯(lián)性升高。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征還在于，所述波形的每個(gè)階段指定了初始加速式鑄造活塞運(yùn)動(dòng)，之后是具有速度波形的鑄造活塞運(yùn)動(dòng)，所述速度波形針對(duì)應(yīng)于針對(duì)所述鑄造活塞處的熔融材料高度而預(yù)先確定的波形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征還在于，在所述鑄造活塞前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行時(shí)間之前或期間，通過模型輔助閉環(huán)控制仿真系統(tǒng)來獲得所提供的所述致動(dòng)信號(hào)波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征還在于，所述裝置包括模型輔助仿真閉環(huán)控制電路系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B22D17/10GK104080560SQ201380005705
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月16日
【發(fā)明者】諾伯特·艾哈德, 彼得·毛雷爾 申請(qǐng)人:奧斯卡弗里茨兩合公司