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            擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)裝置的研制與實(shí)驗(yàn)

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            2024年1月4日發(fā)(作者:六年級(jí)科學(xué)教案)

            擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)裝置的研制與實(shí)驗(yàn)

            第7期 2013年7月 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 Machinery Design&Manufacture 123 擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)裝置的研制與實(shí)驗(yàn) 宋雷 .一,邵 明 ,游東東 510640;2.廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院,廣東廣州510442) (1.華南理工大學(xué)國(guó)家金屬材料近凈成形工程技術(shù)研究中心,廣東廣州摘要:壓射機(jī)構(gòu)是擠壓鑄造設(shè)備的關(guān)鍵組成部分之一,實(shí)現(xiàn)對(duì)壓射機(jī)構(gòu)的溫度檢測(cè)是控制壓射機(jī)構(gòu)的溫度的前提。由 于壓射機(jī)構(gòu)工況惡劣,目前,國(guó)內(nèi)外研制生產(chǎn)的擠壓鑄造設(shè)備還很少裝備有壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)裝置,因此研制適合擠壓 鑄造壓射機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的溫度檢測(cè)裝置是十分必要的。根據(jù)擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),采用熱電偶為溫度采集傳感器,通過(guò) 在壓室和沖頭檢測(cè)位置開(kāi)孔并采用螺紋聯(lián)接的方式固定熱電偶的方式研制成功擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)裝置,并通 過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了溫度檢測(cè)裝置。 關(guān)鍵詞:溫度檢測(cè):壓射機(jī)構(gòu);擠壓鑄造 中圖分類(lèi)號(hào):THI6;TG233 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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 擠壓鑄造技術(shù)所得到的鑄件與其他鑄造工藝產(chǎn)品相比具有 內(nèi)部組織致密、表面質(zhì)量高、晶粒尺寸細(xì)小均勻、力學(xué)性能優(yōu)異等 造壓射機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的溫度檢測(cè)裝置是十分必要的。 2擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)的溫度檢測(cè)裝置的 71.市U 2.1溫度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目前工程中主要采用溫度傳感器主要有熱電偶、熱電阻、紅 外線溫度傳感器這三種:紅外溫度傳感器的精度與被測(cè)物體輻射 率以及測(cè)量的環(huán)境有很大關(guān)系,紅外測(cè)量方案并不適合在擠壓鑄 優(yōu)點(diǎn),是關(guān)鍵零部件成形技術(shù)的發(fā)展方向舊。隨著汽車(chē)輕量化技 術(shù)的不斷深入,擠壓鑄造工藝得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。擠壓鑄 造典型工藝步驟包括4個(gè)步驟: (1)金屬熔液澆注到壓室中;(2)模具閉合,動(dòng)模在曲柄連桿 的作用下與定模合攏,并保持足夠的合模力;在沖頭的作用下,金  屬熔液完成充型;(3)鑄件在沖頭施加的高壓下凝固;(4)模具打 造現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展精確程度較高的測(cè)量。鉑熱電阻是工業(yè)環(huán)境下經(jīng)常采用的溫度測(cè)量傳感器,其性 開(kāi),鑄件取出,沖頭回退到初始位置。 測(cè)量精度較高,但是其主要用在溫度低于300 ̄C以下的 壓射機(jī)構(gòu)是擠壓鑄造設(shè)備中關(guān)鍵組成部分之一 ,對(duì)壓射機(jī) 能溫度,C,無(wú)法滿(mǎn) 構(gòu)進(jìn)行溫度檢測(cè)是對(duì)壓射機(jī)構(gòu)進(jìn)行溫度控制,調(diào)節(jié)金屬熔液澆注 情形,而擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)局部的瞬時(shí)溫度接近500 ̄使用最為 溫度的前提,也是研究壓射機(jī)構(gòu)熱變形的不可缺少的手段。由于 足擠壓鑄造工藝要求 。熱電偶是目前工業(yè)環(huán)境下,壓射機(jī)構(gòu)工況惡劣,內(nèi)部幾何空間狹小,為壓射機(jī)構(gòu)的溫度檢測(cè) 廣泛的一種溫度傳感器,其測(cè)量精度高,適用范圍廣,性能穩(wěn)定, 裝置的研制帶了很大的困難。目前,國(guó)內(nèi)外研制生產(chǎn)的擠壓鑄造 安裝簡(jiǎn)便。K型熱電偶可以長(zhǎng)期測(cè)量1000 ̄C以?xún)?nèi)的溫度范圍,滿(mǎn) 設(shè)備還很少裝備有壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)裝置,因此研制適合擠壓鑄 足擠壓鑄造工藝的要求,因此選用 型熱電偶作為溫度測(cè)量傳 來(lái)稿日期:2012—09一l】 基金項(xiàng)目:廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(2009A090100026);NSFC一廣東聯(lián)合基金項(xiàng)目(U1034001) 作者簡(jiǎn)介:宋雷,(1979一),男,山東濰坊人,博士研究生,講師,主要研究方向:金屬成形設(shè)備的研究 

            124 感器。 宋雷等:擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)裝置的研制與實(shí)驗(yàn) 第7期 擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)主要由壓室、沖頭和推桿組成,其中壓室 和沖頭是壓射機(jī)構(gòu)的核心部分,也是溫度檢測(cè)的對(duì)象。金屬熔液 澆注在壓室后,在沖頭的作用下從壓室進(jìn)入模腔,完成充型和凝 固。壓室和沖頭的配合間隙很小,留給布置熱電偶的空間十分有 限,因此機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在此溫度檢測(cè)裝置的研制中是十分關(guān)鍵 1.沖頭2.熱電偶3.推桿4.槽 圖3沖頭信號(hào)線布置示意圖 Fig.3 Schematic Diagram of Thermocouple Signal Line 的。為了不影響壓室與沖頭的配合關(guān)系,采用在檢測(cè)位置打孔的 2_2數(shù)據(jù)采集及系統(tǒng)集成 方式安裝熱電偶,熱電偶與孑L之間采用螺紋聯(lián)接。壓室溫度檢測(cè) 熱電偶采集到的數(shù)據(jù)要經(jīng)常數(shù)據(jù)采集裝置和相關(guān)軟件的處 孔位置布置方式,如圖1所示。 1-熱電偶安裝孔2.壓室壁 圖1壓室剖面圖 Fig.1 Sectional Plan of Shot Sleeve 從壓室外壁開(kāi)孔,熱電偶通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝在孔中。在本方 案的設(shè)計(jì)中,沿軸線方向布置了4行熱電偶安裝孑L,為了兼顧對(duì) 壓室圓周方向溫度場(chǎng)分布的研究,每行開(kāi)設(shè)有4個(gè)熱電偶安裝 孔。沖頭溫度檢測(cè)孔位置布置方式,如圖2所示。沖頭頂部直接與 金屬熔液接觸,溫度分布大致沿軸線自上而下降低,為了更好檢 測(cè)沖頭不同部位溫度的變化規(guī)律,沖頭上開(kāi)設(shè)的4個(gè)熱電偶安裝 孑L的深度不一致。沖頭上安裝的熱電偶信號(hào)線的布置也是研制該 溫度檢測(cè)系統(tǒng)中必須解決的一個(gè)問(wèn)題。在擠壓鑄造工藝過(guò)程中, 沖頭在壓室內(nèi)上下運(yùn)動(dòng),熱電偶的信號(hào)線如果不能妥善固定的 話(huà),極易引起熱電偶信號(hào)線折斷,大大降低檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性。在 壓射機(jī)構(gòu)中,沖頭是通過(guò)螺紋固定在推桿上的,因此在設(shè)計(jì)中采 用在推桿上開(kāi)槽的方式,將熱電偶的信號(hào)線固定在槽中是一種可 行的方案。沖頭信號(hào)線布置示意圖,如圖3所示。熱電偶的信號(hào)線 通過(guò)粘結(jié)劑固定在推桿的槽中,從壓室底端引出。 2 1.熱電偶安裝孔2.沖頭 圖2沖頭剖面圖 Fig.2 Section Plan of Plunger Tip 理才能在電腦上顯示出來(lái)。在本溫度檢測(cè)裝置當(dāng)中選用National Instruments的16通道數(shù)采集卡ENET一9213,數(shù)據(jù)處理軟件為 LabVIEW SignalExpress。壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)系統(tǒng)圖,如圖4所示。 壓射機(jī)構(gòu)的溫度控制裝置可以使用該溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)到數(shù)據(jù) 對(duì)壓射機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行控制,還可以利用該檢測(cè)裝置開(kāi)展壓射機(jī) 構(gòu)溫度分布規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。 3壓射機(jī)構(gòu)的溫度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究 3.1壓射機(jī)構(gòu)的溫度檢測(cè)實(shí)驗(yàn) 壓射機(jī)構(gòu)的溫度分布影響沖頭能否在壓室中順暢動(dòng)作的關(guān) 鍵因素,利用研制的溫度檢測(cè)裝置對(duì)壓射機(jī)構(gòu)的溫度分布進(jìn)行研 究,既可以了解壓射機(jī)構(gòu)溫度分布的基本規(guī)律,也可以驗(yàn)證溫度 檢測(cè)裝置的可靠性。根據(jù)壓射機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)研究中分為3 個(gè)子實(shí)驗(yàn):(1)沖頭單獨(dú)加熱;(2)壓室單獨(dú)加熱;(3)沖頭和壓室 一起加熱。在擠壓鑄造工藝工程中進(jìn)行溫度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)無(wú)法獨(dú)立研 究壓室和沖頭的溫度分布規(guī)律,因此在實(shí)驗(yàn)研究中采用煤氣噴火 槍作為熱源。安裝在沖頭的4個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)采集卡的A0一 A3信號(hào)端口,如圖2所示;安裝在壓室的熱電偶對(duì)應(yīng)采集卡的 A4一A1 1信號(hào)端口,如圖1所示。子實(shí)驗(yàn)1中,煤氣噴火槍從頭部 1.壓室2壓室熱電偶3.沖頭4.沖頭熱電偶5.推桿 6.熱電偶信號(hào)線7.9213數(shù)據(jù)采集模塊8.USB數(shù)據(jù)線9.電腦 圖4壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)系統(tǒng)圖 Fig.4 Diagram of Temperature Measuring System 對(duì)沖頭進(jìn)行加熱,實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段,第一階段煤氣流量大 約為最大的流量的2/3,在第一階段加熱大約12min之后,開(kāi)始第 二階段,將煤氣流量調(diào)到最大,加熱到大約17min后停止加熱,沖 頭在空氣中自然冷卻,沖頭中熱電偶測(cè)得的溫度變化曲線,如圖 5(a)所示。子實(shí)驗(yàn)2中,煤氣噴火槍從壓室后部加熱大約25min, 然后壓室在空氣中自然冷卻,壓室的溫度變化曲線,如圖5(b)所 示。子實(shí)驗(yàn)3中,沖頭放置在距離壓室頭部約lOOmm處,煤氣噴 火槍從壓室頭部進(jìn)行加熱,加熱大約41min之后在空氣中自然冷 

            No.7 一∞ { July.201 3 卻,沖頭和壓室的溫度變化曲線,如圖5(c)所示。 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 一 日J皇 口 u一昌囂 暑旦 姍 通過(guò)以上實(shí)驗(yàn),可以認(rèn)為擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中 沿著軸線方向的溫度分布存在著梯度,壓室沿圓周方向的溫度梯 珈姍猢 拋拋 125 啪 舳∞加加 3_2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 從圖5(a)中可以發(fā)現(xiàn),在子實(shí)驗(yàn)1的第一階段中,加熱初 度相對(duì)于軸線方向的溫度梯度可以忽略不計(jì)。壓射機(jī)構(gòu)工作一定 而這個(gè)穩(wěn)定 期,沖頭4個(gè)位置的溫度都在上升,大約8min后沖頭各個(gè)位置的 時(shí)間后各個(gè)部位的溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),壓射速度,工作周期時(shí)間長(zhǎng)度、 溫度達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),當(dāng)加大煤氣流量后,溫度隨之繼續(xù) 溫度的數(shù)值與金屬熔液澆注溫度,上升。在這過(guò)程中,沖頭中與加熱火焰最近位置,即A0通道對(duì)應(yīng) 壓射機(jī)構(gòu)保溫條件等工藝參數(shù)有關(guān)。沖頭與壓室之間存在溫差, 的熱電偶處,溫度始終是最高的。圖5(b)中,壓室在加熱20min 沖頭沿著軸線方向的溫度分布梯度較為顯著。通過(guò)壓室和沖頭溫 后溫度達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。位于同一行中的兩個(gè)位置的溫度差別 度分布情況可以判斷,在擠壓鑄造工藝過(guò)程在不同部位的熱變形 不大。圖5(c)中,加熱大約35min后壓射機(jī)構(gòu)溫度進(jìn)入穩(wěn)定狀 并不均勻。 態(tài)。沖頭和壓室不同高度位置的溫度沿軸線仍然存在梯度,沖頭 頂部與火焰直接接觸的部位溫度最高,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),溫度約 為280 ̄C。 2o0 1o0 O 0 5o0 1O0o l500 2Ooo 25oo time(s) (a)子實(shí)驗(yàn)1溫度變化曲線 (b)子實(shí)驗(yàn)2溫度變化曲線 time(S) (e)子實(shí)驗(yàn)3溫度變化曲線 圖5擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)溫度變化曲線圖 Fig.5 Graph of Temperature Change of Injection Facility 4結(jié)論 根據(jù)擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),采用熱電偶為溫度采集傳 感器,通過(guò)在壓室和沖頭檢測(cè)位置開(kāi)孑L并采用螺紋聯(lián)接的方式固 定熱電偶的方式研制成功擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)裝置。該溫 度檢測(cè)裝置可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)壓射機(jī)構(gòu)溫度變化情況,可以與壓射 機(jī)構(gòu)溫度控制裝置配合使用,實(shí)現(xiàn)對(duì)壓射機(jī)構(gòu)的溫度控制,還可 以用來(lái)開(kāi)展壓射機(jī)構(gòu)溫度分布規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。利用研制成功的 溫度檢測(cè)裝置,采用煤氣噴火槍進(jìn)行模擬加熱的方式對(duì)壓射機(jī)構(gòu) 的溫度變化規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)壓射機(jī)構(gòu)在工作 過(guò)程中沿著軸線方向的溫度分布存在著梯度,工作一定時(shí)間后各 個(gè)部位的溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),沖頭與壓室的溫度存 在一定差異。通過(guò)實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的壓射機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)裝置可 以實(shí)時(shí)的檢測(cè)壓射機(jī)構(gòu)溫度分布情況。 參考文獻(xiàn) [1]宋雷,邵明,游東東.?dāng)D壓鑄造設(shè)備的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J]_鑄造, 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]上海交通大學(xué)鍛壓教研室.液態(tài)模鍛[M]北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1981. (Forging Teaching&Researching Section of University of Shanghai. LiquidForginglM』.Beiing:NationalDefenceIndustryPress,1981.) [4]羅守靖,陳炳光,齊丕驤.液態(tài)模鍛與擠壓鑄造技術(shù)【M].北京:化學(xué)工 業(yè)出版社,2007. (Luo Shou-jing,Chen Bing-guang,Qi Pi-xiang.Technology of Liquid ForgingandSqueezeCasting[M].BeijingchemicalIndustryPress,2007.) [5]齊丕驤.?dāng)D壓鑄造[M].北京:國(guó)防工業(yè)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]段春爭(zhēng),李園園,李國(guó)和,等.高速切削溫度場(chǎng)測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀[Jj. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,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,翟艷磊.基于熱電偶的多通道測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代計(jì) 算機(jī),2010(3):152—154. (HeXiang-yu,ZhaiYan-lei.Designandimplementati0nofamuhichanne| temperature measuring system based on themrocouple[J].Modem Comp— uter,2010(3):152—154.) 

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