压铸模具温度控制的整体设计

摘要

　　近年来,工业的各个领域,包括汽车、造船、电机、仪表和航空技术的迅速发展,使我国的制造技术、制造工艺和制造装备水平都得到了很大的发展,压力铸造技术的水平也随之得到了大幅度的提高。在模具中,压铸模具是占比很大的一类。在压力铸造的过程中,压铸模具的工作条件是比较苛刻的,模具的湿度控制是影响模具的使用寿命、内在质量和压铸零件成型的一个很重要的因素,能否将模具的温度控制在所需的合理范围内关系到整个压力铸造过程的成败。在经济而高效地生产出高质量压铸件的过程中,模具的温度控制是必不可少的重要条件。

　　压铸模具的温度控制通常包括预热和冷却两个方面,本论文针对目前压铸模具在冷却时存在的缺点,如速度慢、耗能大等,研究了基于冷却水循环的压铸模具多路温度智能控制方法,采用模糊算法实现冷却过程中模具溢度的精密控制。

　　论文首先介绍了压力铸造对模具温度控制的要求,接着根据控制要求设计了压铸模具温度控制的整体方案,最后论文对该方案进行仿真并分析输出结果。论文针对简单的二维模糊控制和传统PID控制方法在模具温度控制中存在的缺陷,对模糊控制器进行改进设计。为了使模具湿度控制系统性能不断地得到改善,获得更好的更精确的控制效果并适应不断变化的情况,保证控制达到预期要求,加入模糊参数调整器,使每个时段的温度都能够保持在合理范围内,从而实现模具温度的精确控制。经过实际数据仿真实验,表明基于模糊算法的压铸模具湿度控制方法完全可行,而且具有较高的控制精度。

　　关键词:模糊算法;压铸模具;温度控制;模糊参数调整器

Abstract

　　In recent years, the areas of industry including automobile, shipbuilding, electrical machine, instrumentation and aviation technology are developing rapidly，which makes our country's manufacturing technology, manufacturing process and manufacturing equipment level get great developments. At the same time, the level of pressure casting technology also has been greatly improved. Die-casting mould is accounted for a big category of mould. The working condition of die-casting mould is relatively harsh. Temperature control technology of die casting mould is affecting the mold service life, inner quality and parts of molding as an important factor. Whether the temperature can be successfully controlled within the required range relates to the success or failure of the whole production process. The temperature control of the mold is essential for efficient and economical production of high quality die casting.

　　Usually die casting mold temperature control includes two aspects of heating and cooling. The die-casting mould multichannel intelligent temperature control method is studied by cooling water circulation, which uses fuzzy control to realize, aiming at solving the shortcomings of slow speed and big energy consumption during the cooling process of current die-casting mould.

　　Die temperature control requirements for pressure casting are introduced in the first. Then the overall plan for die temperature control is designed according to the control demand of pressure casting. At last, simulate and analyze the output. The fuzzy controller design is improved for defects exiting in the mould temperature control by a simple two-dimensional fuzzy control and traditional PID control method. For more accurate and better control effect, a fuzzy parameter adjuster is added, which can adapt to changing circumstances and enable temperature to keep within a reasonable range in each period of time, realizing the precise control of mold temperature. Simulation results show that die-casting mold temperature control based on fuzzy control method is completely feasible which has higher control precision.

　　Key words: Fuzzy algorithm;Die-casting mould ; Temperature control ; Fuzzy parameter adjuster

　　目前,基本上还使用传统的PID控制方式来对温度进行控制。由于PID算法简单、可靠性高而被广泛应用。但是当被控对象的特性发生改变的时候,比例、积分和微分系数也必须随之变化,否则就难以保证其控制精度,而改进的PID调节器温度控制不够稳定,超调量也较大。模糊控制是建立在人工经验基础之上的,它通过采用模糊数学对模糊现象进行分析和判决从而得到精确的控制量,实现对被控对象的控制。模糊控制并不要求掌握控制对象精确的数学模型,且具有高度的非线性,相比于传统的PID控制,其控制效果要好很多。另外模糊控制具有设计简单、响应速度快、抗外界干扰能力强、鲁椿性好等特点,在很大程度上弥补了传统PID控制的局限性。本设计采用的模糊控制器,根据不同的方和技巧实现参数自整定,输出控制量调节冷却水阀口的开启时间长短,从而实现更精确的压铸模具温度控制。

　　我国压铸模具行业发展很迅速,总产量涨速明显,已经成为名副其实的压铸大国。现在国产压铸模具的总产量仅仅少于美国,在世界上排名已经达到第二位。

　　我国的压铸模具行业成长很快,压铸模具的生产量和数量仅仅少于冲模和塑料模,在我国各种类模具的总生产量中已经占据了百分之八左右。我国压铸模具行业能够取得如此卓越的成就主要归因于我国广阔的市场及相对低廉的劳动力与资源优势。我国的压铸产业凭借着得天独厚的自然条件和明显的性价比优势在国际压铸件贸易占据着广阔的市场。根据目前的形势来看,我国压铸产业未来的发展前景是十分可观的。

　　虽然目前我国的压铸模具总产量比较高,但是其国际知名度排位仍然是比较靠后的;虽然压铸模具的生产量日益増多,但是大多数只是用于供给国内的需求。

　　由于压铸技术的限制制约着压铸模具的质量使其难以得到突破,与此同时国内的一些需求量较大的企业也在逐步地将业务扩展到国外的压链模具企业,这种现象导致了严重的贸易逆差,使得国内压铸企业举步维艰。

　　国际上,压铸模具市场的竞争日益激烈,在这种大环境下,无论是产值还是国内需求都存在衰退迹象,其中以日本的衰退程度最为明显。日本的压铸模具行业目前力求试图不断地降低生产成本:将技术含量不是很高的压铸模具生产工作逐渐地转向人工成本较低的国家进行,只在国内生产技术含量比较高的产品。日本这种加快向国外转移生产的对策虽然可以降低生产成本,但与此同时也导致了日本国内压铸模具的使用量大幅度减少。相较于日本转移生产的策略,德国模具企业则试图通过提高机械加工与放电加工的效率与精度从而实现缩短手工加工的时间,以此达到提高效率降低成本的目的。

　　国际市场与国内市场的需求往往存在着很大的不同,也就是说在国内销售情况良好的压铸产品并不代表其在国外的销售情况也很好。根据相关行业的专家分析所述,存在三个因素阻碍着国内的压铸模具销往国外:第一个因素是原材料的不足;第二个因素是技术不够先进;第三个因素是模具行业的相关配套体系不够完备。以上三点是阻碍国内压铸模具行业发展的关键问题,只有解决了这些问题,我国的压铸模具行业才能突破瓶颈从而大幅度提高其在国际市场上的占有率。

　　压铸与模具是密不可分的,它们既存在联系也有区别。压铸与模具的完美结合诞生了皮铸模具这个行业,也就是说,压铸、模具和压铸模具是兰个不同的行业。压铸与模具行业的关系主要种形式存在;第一种形式是压传与模具可以同时进行生产,即模具都是由自己生产的,一般不会让别的企业来制造模具:第二种形式是专口的模具生产,不制造皮铸件;第三种形式是做压铸,不会去生产模具。伴随行业界限的日益模糊以及行业逐步交叉发展,压铸、模具和压铸模具这三个行业之间的联系也越来越紧密,它们之间的交流学习致使三个行业逐步融合在一起,国内的拒铸模具产业也将在一体化的过程中迎来更多、更大的发展机遇和空间。

压铸模具温度控制的整体设计：

模糊推理系统编辑图

隶属函数编辑图

模糊规则编辑图

模糊规则编辑窗

输出量曲面观测图

S-function输入框

PID 仿真结果

模糊控制仿真效果

目录

　　第1章 绪论
　　　　1.1 引言
　　　　1.2 压铸模具产业现状
　　　　　　1.2.1 国内压铸模具行业现状
　　　　　　1.2.2 国际压铸模具行业现状
　　　　　　1.2.3 制约我国压铸模具行业发展的因素
　　　　1.3 模具温度对铸造过程影响的研究现状
　　　　　　1.3.1 国内压铸模具温度研究状况
　　　　　　1.3.2 国外压铸模具温度研究状况
　　　　1.4 压铸模具温度控制研究的目的和意义
　　　　1.5 论文的主要工作
　　第2章 压力铸造与模具温度控制概述
　　　　2.1 压铸模具概述
　　　　　　2.1.1 压力铸造
　　　　　　2.1.2 压铸模具的结构
　　　　2.2 压力铸造对模具温度控制要求
　　　　2.3 模具温度控制的作用
　　　　2.4 压铸模具温度控制方法
　　　　2.5 本章小结
　　第3章 模糊控制方法与PID控制方法比较
　　　　3.1 模糊逻辑
　　　　3.2 模糊控制
　　　　3.3 模糊语言
　　　　3.4 模糊集合与隶属函数
　　　　3.5 论域
　　　　3.6 量化因子及比例因子
　　　　3.7 PID控制器
　　　　3.8 本章小结
　　第4章 模具温度控制系统的设计
　　　　4.1 总体设计方案
　　　　4.2 压铸模具温度控制系统的组成和特点
　　　　　　4.2.1 冷却通道的设置
　　　　　　4.2.2 热电偶的选择
　　　　4.3 模糊控制器的设计
　　　　　　4.3.1 模糊控制器的基本组成
　　　　　　4.3.2 输入量输出量论域的设计
　　　　　　4.3.3 系统误差和误差变化率的量化
　　　　　　4.3.4 确定语言变量的语言值
　　　　　　4.3.5 隶属函数的确定
　　　　　　4.3.6 模糊控制规则的建立
　　　　　　4.3.7 模糊推理方法的选择
　　　　　　4.3.8 反模糊化方法的确定
　　　　4.4 模糊控制器的改进设计
　　　　　　4.4.1 参数对控制性能的影响及调整规则
　　　　　　4.4.2 加入模糊参数调整器的模糊控制器
　　　　　　4.4.3 模糊参数调整器的输入变量和输出变量的确定
　　　　　　4.4.4 输入、输出量的论域、语言值及其隶属函数的确定
　　　　　　4.4.5 控制规则及其蕴含的模糊关系
　　　　　　4.4.6 参数调整步骤总结
　　　　4.5 本章小结
　　第5章 仿真实验及结果分析
　　　　5.1 各种控制算法的仿真对比
　　　　　　5.1.1 传统PID算法仿真图形的建立
　　　　　　5.1.2 加入模糊参数调整器的模糊控制器
　　　　　　5.1.3 加入模糊参数调整器的仿真图形的建立
　　　　　　5.1.4 仿真结果对比
　　　　5.2 实验验证
　　　　　　5.2.1 压铸模具温度控制柜
　　　　　　5.2.2 触摸屏手动控制画面
　　　　　　5.2.3 压铸模温控制的触摸屏监视画面
　　　　　　5.2.4 历史温度数据画面
　　结论
　　参考文献
　　攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
　　致谢

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