挤压铸造压射机构温度检测装置的研制与实验

2024年1月4日发(作者：六年级科学教案)

第７期　２０１３年７月　机械设计与制造　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　１２３　挤压铸造压射机构温度检测装置的研制与实验　宋雷　．一，邵　明　，游东东　５１０６４０；２．广州科技贸易职业学院，广东广州５１０４４２）　（１．华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心，广东广州摘要：压射机构是挤压铸造设备的关键组成部分之一，实现对压射机构的温度检测是控制压射机构的温度的前提。由　于压射机构工况恶劣，目前，国内外研制生产的挤压铸造设备还很少装备有压射机构温度检测装置，因此研制适合挤压　铸造压射机构特点的温度检测装置是十分必要的。根据挤压铸造压射机构的特点，采用热电偶为温度采集传感器，通过　在压室和冲头检测位置开孔并采用螺纹联接的方式固定热电偶的方式研制成功挤压铸造压射机构温度检测装置，并通　过实验验证了温度检测装置。　关键词：温度检测：压射机构；挤压铸造　中图分类号：ＴＨＩ６；ＴＧ２３３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—３９９７（２０１３）０７—０１２３—０３　Ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｑｕｅｅｚｅ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＳＯＮＧ　Ｌｅｉ　．－，ＳＨＡＯ　Ｍｉｎｇ　，ＹＯＵ　Ｄｏｎｇ—ｄｏｎｇ　（１．Ｓｔａｔｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｎｅｔ　Ｆｏｒｍｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｂｕｓｉｎｅｓｓ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０４４２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｋｅｙ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｐｒｅｍｉｓｅ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｓｅｄｏ￣ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｒｏｌ＂ｅｌｙ　ｉｎｓｔｌａｌｅｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｆａｃｉｌｉｔｙ．Ｈｅｎｃｅ　ｉｔ＇　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ｆｉｔ　ｔｏ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅｆｅａｔｕｒｅ　ｏｆｉｎｊｅｃｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔｙ，ｉｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｓ　ａ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ　ｓ　ｔａｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ，ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｈｏｌｅ　ａｔ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄｆｉｘｉｎｇ　ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ　ｗｉｔｈ　ｓｃｒｅｗ　ｔｈｒｅａｄ，ａｎｄ　ｇｉｖｉｎｇ　ｔｈｅ　．ｅｘｐｅｒｉｅｎｔｍｌａ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆｔｅｍｐｅｒｔｕｒａｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｉｓ　ｄｅｖｉｃｅ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－－Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ；Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ；Ｓｑｕｅｅｚｅ　Ｃａｓｔｉｎｇ　１引言　挤压铸造技术所得到的铸件与其他铸造工艺产品相比具有　内部组织致密、表面质量高、晶粒尺寸细小均匀、力学性能优异等　造压射机构特点的温度检测装置是十分必要的。　２挤压铸造压射机构的温度检测装置的　７１．市Ｕ　２．１温度检测装置的结构设计　目前工程中主要采用温度传感器主要有热电偶、热电阻、红　外线温度传感器这三种：红外温度传感器的精度与被测物体辐射　率以及测量的环境有很大关系，红外测量方案并不适合在挤压铸　优点，是关键零部件成形技术的发展方向旧。随着汽车轻量化技　术的不断深入，挤压铸造工艺得到了广泛的发展和应用。挤压铸　造典型工艺步骤包括４个步骤：　（１）金属熔液浇注到压室中；（２）模具闭合，动模在曲柄连杆　的作用下与定模合拢，并保持足够的合模力；在冲头的作用下，金　　属熔液完成充型；（３）铸件在冲头施加的高压下凝固；（４）模具打　造现场开展精确程度较高的测量。铂热电阻是工业环境下经常采用的温度测量传感器，其性　开，铸件取出，冲头回退到初始位置。　测量精度较高，但是其主要用在温度低于３００￣Ｃ以下的　压射机构是挤压铸造设备中关键组成部分之一　，对压射机　能温度，Ｃ，无法满　构进行温度检测是对压射机构进行温度控制，调节金属熔液浇注　情形，而挤压铸造压射机构局部的瞬时温度接近５００￣使用最为　温度的前提，也是研究压射机构热变形的不可缺少的手段。由于　足挤压铸造工艺要求　。热电偶是目前工业环境下，压射机构工况恶劣，内部几何空间狭小，为压射机构的温度检测　广泛的一种温度传感器，其测量精度高，适用范围广，性能稳定，　装置的研制带了很大的困难。目前，国内外研制生产的挤压铸造　安装简便。Ｋ型热电偶可以长期测量１０００￣Ｃ以内的温度范围，满　设备还很少装备有压射机构温度检测装置，因此研制适合挤压铸　足挤压铸造工艺的要求，因此选用　型热电偶作为温度测量传　来稿日期：２０１２—０９一ｌ】　基金项目：广东省教育部产学研重大专项项目（２００９Ａ０９０１０００２６）；ＮＳＦＣ一广东联合基金项目（Ｕ１０３４００１）　作者简介：宋雷，（１９７９一），男，山东潍坊人，博士研究生，讲师，主要研究方向：金属成形设备的研究　

１２４　感器。　宋雷等：挤压铸造压射机构温度检测装置的研制与实验　第７期　挤压铸造压射机构主要由压室、冲头和推杆组成，其中压室　和冲头是压射机构的核心部分，也是温度检测的对象。金属熔液　浇注在压室后，在冲头的作用下从压室进入模腔，完成充型和凝　固。压室和冲头的配合间隙很小，留给布置热电偶的空间十分有　限，因此机械结构的设计在此温度检测装置的研制中是十分关键　１．冲头２．热电偶３．推杆４．槽　图３冲头信号线布置示意图　Ｆｉｇ．３　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　Ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｌｉｎｅ　的。为了不影响压室与冲头的配合关系，采用在检测位置打孔的　２＿２数据采集及系统集成　方式安装热电偶，热电偶与孑Ｌ之间采用螺纹联接。压室温度检测　热电偶采集到的数据要经常数据采集装置和相关软件的处　孔位置布置方式，如图１所示。　１－热电偶安装孔２．压室壁　图１压室剖面图　Ｆｉｇ．１　Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｐｌａｎ　ｏｆ　Ｓｈｏｔ　Ｓｌｅｅｖｅ　从压室外壁开孔，热电偶通过螺纹联接安装在孔中。在本方　案的设计中，沿轴线方向布置了４行热电偶安装孑Ｌ，为了兼顾对　压室圆周方向温度场分布的研究，每行开设有４个热电偶安装　孔。冲头温度检测孔位置布置方式，如图２所示。冲头顶部直接与　金属熔液接触，温度分布大致沿轴线自上而下降低，为了更好检　测冲头不同部位温度的变化规律，冲头上开设的４个热电偶安装　孑Ｌ的深度不一致。冲头上安装的热电偶信号线的布置也是研制该　温度检测系统中必须解决的一个问题。在挤压铸造工艺过程中，　冲头在压室内上下运动，热电偶的信号线如果不能妥善固定的　话，极易引起热电偶信号线折断，大大降低检测系统的可靠性。在　压射机构中，冲头是通过螺纹固定在推杆上的，因此在设计中采　用在推杆上开槽的方式，将热电偶的信号线固定在槽中是一种可　行的方案。冲头信号线布置示意图，如图３所示。热电偶的信号线　通过粘结剂固定在推杆的槽中，从压室底端引出。　２　１．热电偶安装孔２．冲头　图２冲头剖面图　Ｆｉｇ．２　Ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｐｌａｎ　ｏｆ　Ｐｌｕｎｇｅｒ　Ｔｉｐ　理才能在电脑上显示出来。在本温度检测装置当中选用Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ的１６通道数采集卡ＥＮＥＴ一９２１３，数据处理软件为　ＬａｂＶＩＥＷ　ＳｉｇｎａｌＥｘｐｒｅｓｓ。压射机构温度检测系统图，如图４所示。　压射机构的温度控制装置可以使用该温度检测装置检测到数据　对压射机构的温度进行控制，还可以利用该检测装置开展压射机　构温度分布规律的实验研究。　３压射机构的温度检测实验研究　３．１压射机构的温度检测实验　压射机构的温度分布影响冲头能否在压室中顺畅动作的关　键因素，利用研制的温度检测装置对压射机构的温度分布进行研　究，既可以了解压射机构温度分布的基本规律，也可以验证温度　检测装置的可靠性。根据压射机构的特点，在实验研究中分为３　个子实验：（１）冲头单独加热；（２）压室单独加热；（３）冲头和压室　一起加热。在挤压铸造工艺工程中进行温度检测实验无法独立研　究压室和冲头的温度分布规律，因此在实验研究中采用煤气喷火　枪作为热源。安装在冲头的４个热电偶对应数据采集卡的Ａ０一　Ａ３信号端口，如图２所示；安装在压室的热电偶对应采集卡的　Ａ４一Ａ１　１信号端口，如图１所示。子实验１中，煤气喷火枪从头部　１．压室２压室热电偶３．冲头４．冲头热电偶５．推杆　６．热电偶信号线７．９２１３数据采集模块８．ＵＳＢ数据线９．电脑　图４压射机构温度检测系统图　Ｆｉｇ．４　Ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　对冲头进行加热，实验分为两个阶段，第一阶段煤气流量大　约为最大的流量的２／３，在第一阶段加热大约１２ｍｉｎ之后，开始第　二阶段，将煤气流量调到最大，加热到大约１７ｍｉｎ后停止加热，冲　头在空气中自然冷却，冲头中热电偶测得的温度变化曲线，如图　５（ａ）所示。子实验２中，煤气喷火枪从压室后部加热大约２５ｍｉｎ，　然后压室在空气中自然冷却，压室的温度变化曲线，如图５（ｂ）所　示。子实验３中，冲头放置在距离压室头部约ｌＯＯｍｍ处，煤气喷　火枪从压室头部进行加热，加热大约４１ｍｉｎ之后在空气中自然冷　

Ｎｏ．７　一∞　｛　Ｊｕｌｙ．２０１　３　却，冲头和压室的温度变化曲线，如图５（ｃ）所示。　机械设计与制造　一　日Ｊ皇　口　ｕ一昌嚣　暑旦　姗　通过以上实验，可以认为挤压铸造压射机构在工作过程中　沿着轴线方向的温度分布存在着梯度，压室沿圆周方向的温度梯　珈姗猢　抛抛　１２５　啪　舳∞加加　３＿２实验结果分析　从图５（ａ）中可以发现，在子实验１的第一阶段中，加热初　度相对于轴线方向的温度梯度可以忽略不计。压射机构工作一定　而这个稳定　期，冲头４个位置的温度都在上升，大约８ｍｉｎ后冲头各个位置的　时间后各个部位的温度会达到一个相对稳定的状态，压射速度，工作周期时间长度、　温度达到一个相对稳定状态，当加大煤气流量后，温度随之继续　温度的数值与金属熔液浇注温度，上升。在这过程中，冲头中与加热火焰最近位置，即Ａ０通道对应　压射机构保温条件等工艺参数有关。冲头与压室之间存在温差，　的热电偶处，温度始终是最高的。图５（ｂ）中，压室在加热２０ｍｉｎ　冲头沿着轴线方向的温度分布梯度较为显著。通过压室和冲头温　后温度达到相对稳定状态。位于同一行中的两个位置的温度差别　度分布情况可以判断，在挤压铸造工艺过程在不同部位的热变形　不大。图５（ｃ）中，加热大约３５ｍｉｎ后压射机构温度进入稳定状　并不均匀。　态。冲头和压室不同高度位置的温度沿轴线仍然存在梯度，冲头　顶部与火焰直接接触的部位温度最高，达到稳定状态时，温度约　为２８０￣Ｃ。　２ｏ０　１ｏ０　Ｏ　０　５ｏ０　１Ｏ０ｏ　ｌ５００　２Ｏｏｏ　２５ｏｏ　ｔｉｍｅ（ｓ）　（ａ）子实验１温度变化曲线　（ｂ）子实验２温度变化曲线　ｔｉｍｅ（Ｓ）　（ｅ）子实验３温度变化曲线　图５挤压铸造压射机构温度变化曲线图　Ｆｉｇ．５　Ｇｒａｐｈ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ　４结论　根据挤压铸造压射机构的特点，采用热电偶为温度采集传　感器，通过在压室和冲头检测位置开孑Ｌ并采用螺纹联接的方式固　定热电偶的方式研制成功挤压铸造压射机构温度检测装置。该温　度检测装置可以实时的检测压射机构温度变化情况，可以与压射　机构温度控制装置配合使用，实现对压射机构的温度控制，还可　以用来开展压射机构温度分布规律的实验研究。利用研制成功的　温度检测装置，采用煤气喷火枪进行模拟加热的方式对压射机构　的温度变化规律进行了实验研究。通过实验发现压射机构在工作　过程中沿着轴线方向的温度分布存在着梯度，工作一定时间后各　个部位的温度会达到一个相对稳定的状态，冲头与压室的温度存　在一定差异。通过实验也验证了设计的压射机构温度检测装置可　以实时的检测压射机构温度分布情况。　参考文献　［１］宋雷，邵明，游东东．挤压铸造设备的研究进展与发展趋势［Ｊ］＿铸造，　２０１０（１０）：１０３９一ｌＯ４３　（Ｓｏｎｇ　Ｌｅｉ，Ｓｈａｏ　Ｍｉｎｇ，Ｙｏｕ　Ｄｏｎｇ—ｄｏｎｇ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ　ｃａｓｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ＆ｔｒｅｎｄ［Ｊ］．Ｆｏｕｎｄｒｙ，２０１０（１０）：１０３９－１０４３．）　［２］ＧｈｏｍａｓｈｃｉＭＲ，ＶｉｋｈｒｏｖＡ．Ｓｑｕｅｅｚｅｃａｓｔｉｎ￣ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗ［Ｊ］．ＪｏｆＭａｔｅｒＰｒｏｃ　Ｔｅｃｈ，２０００（１０１）：１２９．　［３］上海交通大学锻压教研室．液态模锻［Ｍ］北京：国防工业出版社，１９８１．　（Ｆｏｒｇｉｎｇ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ．　ＬｉｑｕｉｄＦｏｒｇｉｎｇｌＭ』．Ｂｅｉｉｎｇ：ＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｃｅＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，１９８１．）　［４］罗守靖，陈炳光，齐丕骧．液态模锻与挤压铸造技术【Ｍ］．北京：化学工　业出版社，２００７．　（Ｌｕｏ　Ｓｈｏｕ－ｊｉｎｇ，Ｃｈｅｎ　Ｂｉｎｇ－ｇｕａｎｇ，Ｑｉ　Ｐｉ－ｘｉａｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　ＦｏｒｇｉｎｇａｎｄＳｑｕｅｅｚｅＣａｓｔｉｎｇ［Ｍ］．ＢｅｉｊｉｎｇｃｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，２００７．）　［５］齐丕骧．挤压铸造［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９８４．　（Ｑｉ　Ｐｉ－ｘｉａｎｇ￣Ｓｑｕｅｅｚｅ　Ｃａｓｔｉｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉｉｎｆｆ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｆｅｎｃｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒ—　ｅｓｓ，１９８４．）　［６］Ｑｉ　Ｓｈｉ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　ｅｄ　Ａｎｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｆａｔｉｇｕｅ　ｉｎ　Ｓｈｏｔ　Ｓｌｅｅｖｅ［Ｄ］．Ｔｈｅ　Ｏｈｉｏ　Ｓｔａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２．　［７］段春争，李园园，李国和，等．高速切削温度场测量技术研究现状［Ｊｊ．　机械设计与制造，２００８（４）：２１２—２１４．　（Ｄｕａｎ　Ｃｈｕｎ－ｚｈｅｎｇ，Ｌｉ　Ｙｕａｎ－ｙｕａｎ，Ｌｉ　Ｇｕｏ—ｈｅ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｄｕｒｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　［ＪＪ＿ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２００８；（４）：２１２—２１４．）　［８］何祥宇，翟艳磊．基于热电偶的多通道测温系统设计与实现［Ｊ］．现代计　算机，２０１０（３）：１５２—１５４．　（ＨｅＸｉａｎｇ－ｙｕ，ＺｈａｉＹａｎ－ｌｅｉ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉ０ｎｏｆａｍｕｈｉｃｈａｎｎｅ｜　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅｍｒｏｃｏｕｐｌｅ［Ｊ］．Ｍｏｄｅｍ　Ｃｏｍｐ—　ｕｔｅｒ，２０１０（３）：１５２—１５４．）