Система регулирования температуры литейной формы Советский патент 1988 года по МПК B22D46/00 B22D15/00 

до Од О

00

а

Изобретение относится к литейному :производству, в частности к литью под I давлением

Целью изобретения является повы- шение качества отливок и увеличение производительности,

I На фиг. 1 изображена схема системы регулирования температуры литейной формы; на фиг. 2 - схема первого числительного блока; на фиго 3 - схема второго вычислительного блокад на фиг. 4 - схема блока определения времени цикла.

Система регулировйния температуры литейной формы (фиг 1) содержит датчик 1 температуры литейной формы, соединенный через пороговьй элемент 2 с первым входом блока 3 управления нагревом. Установленные на входе и выходе полости теплообмена литейной формы датчики 4 и 5 температуры теплоносителя и датчик 6 расхода тепло- носителя соединены с перйым вычислительным блоком 7. Потенциометрические задатчики 8, 9 и 10 соединены с вторым вычислительным блоком 11, четвер тый вход которого соединен через первый блок 12 памяти и ключ 13 с дат™ чиком 1 температуры литейной формы, а пятый вход через блок 14 определения времени цикла соединен с датчи- ком 15 извлечения отливки. Выход первого вычислительного блока 7 соединен 1с первым входом интегратора 16, вто- 1рой вход которого соединен с датчи- ikoM 15 извлечения отливки, а выход - jC первым входом первого блока 17 сравнения. Второй вход первого блока

17 сравнения соединен с выходом второго вычислительного блока 11, а вы- ход соединен .через второй блок 18 па- |мяти с блоком 19 управления охлажде- нием и через третий блок 20 памяти с блоком 3 управления нагревом, Дат- / чик 21 наличия металла в форме соединен с вторым входом блока 14 определения времени цикла и вторым входом первого блока 12 памяти,

Выход второго вычислительного блока 11 соединен также с первым входом

второго блока 22 сравнения, на второй вход которого подается нулевое опорное напряжение U. Первый выход второго блока 22 сравнения соединен с первым входом первой схемы 23 И, а второй выход второго блока 22 срав- :нения - с первым входом второй схемьз 24 И. Вторые входы первой и второй

Q

. 0 5 0 с

0

5

0

схем 23 и 24 И соединены через блок 25 задержки с датчиком 15 извлечения отливки, который также непосредственно соединен с втор.ым входом ключа 13,. Выход первой схемы 23 Р1 соединен с вторым входом второго блока 18 памяти, а выход второй схемы 24 И - с вторым входом третьего блока 20 памяти,

Первый вычислительный блок 7 (фиг. 2) содержит четвертый задатчик 26, представляющий собой потенцио- метрический задатчик, последовательно соединенные первьй сумматор 27, первьш вход которого соединен с выходом датчика 4 температуры теплоносителя на входе в литейную форму,, а второй - с выходом датчика 5 темпера- тзфы теплоносителя на выходе из литейной формы, первый блок 28 умножения, второй вход которого соединел с выходом датчика 6 расхода теплоносителя, и второй блок 29 1ножения, второй вход которого соединен через блок 30 вычислительных операций с четвертым задатчиком 26, а выход - с первым входом интегратора 16. Второй вход блока 30 вычислительных операций соединен с выходом второго сумматора 31, первый и второй входы которого соединены с датчиками 4 и 5 температуры теплоносителя.

Второй вычислительный блок 11 (фиг. 3) содержит пятьй задатчик 32, представляющий собой потендиометри- ческий задатчик, последовательно соединенные третий блок 33 умножения, первый вход которого соединен с nep--v вым задатчиком 8, а второй с третьим сумматором 34, четвертый блок 35 умножения, второй вход которого соединен с пятым задатчиком 3.2, и четвер- тьй сумматор 36, второй вход которого соединен с пятым блоком 37 умножения, а выход является выходом второго, вычислительного блока 11. Первьш вход третьего сумматора 34 соединен с вторым задатчиком 9, а второй - с первым блоком 12 памяти. Первый вход пятого блока 37 умножения соединен с третьим задатчиком 10, а второй - с блоком 14 определения времени цикла.

Блок 14 определения времени цикла (фиг о 4) содержит последовательно соединенные таймер 38, первьй вход которого соединен с датчиком 15 из- апечення отливки, а второй с датчи™ ком 21 наличия металла в форме и

четвертый блок 39 памяти, второй вход которого соединен с датчиком 21 наличия- металла н форме,, а выход - с пятым входом второго вычислительного блока 11,

В качестве датчиков 1, 4, 5 тем-- пературы литейной формы и. температуры теплоносителя могут быть использованы термометры термоэлектрические типа ТХК-529 с измерит ел ьнв1ми преобразователями ,Ш-72,

Датчик 6 расхода теплоносителя представляет собой, например, стандартный дифманометр комплекса Сапфир 22 с усилителем.

Датчики 15, 21 извлечения отливки и наличия металла в форме могут быть выполнены, например, на базе безкон- тактных датчиков типа БК.

Блок 19 управления охлаждением и блок 3 управления нагревом представляют собой усилители, преобразующие единичный входной сигнал в напряжение / 110 В для включения соответ- ственно электромагнита клапана г агист рали охлаждающей воды и магнитного пускателя, управляющего нагревом теплоносителя.

Блоки 17 и 22 сравнения и порого- вьш элемент 2 могут быть выполнены, например, на базе блоков сигнализации типа БСГ-П коьшлекса АКЭСР.

Блоки 12, 18, 20 и 39 памяти могут быть вьшолнены, например, на базе ре- гулятора РБА комплекса АКЭСР, охвачен кого отрицательной обратной связью. Для запоминания входного сигнала необходимо подать нулевой сигнал на вход регулятора, что обеспечивается в данном случае наличием нулевого сигнала на входе разрешения записи.

Блоки умножения, сумматоры и блок 30 вычислительных операций могут быть выполнены, например, на базе блоков ВВО-П, а интегратор 16 - на базе блока комплекса АКЭСР. Остальные блоки - на базе стандартных средств вычислительной техники.

При попадании жидкого металла в литейнзпо форму последняя разогрева- ется, причем слой от рабочей поверк- ностк формы, в котором возникает зиа- чительньш температурньш градиент, составляет толщину около 30 мм. Сред- нкио температуру пограничного слоя контролируют с помощью термопары, горячий спай которой устанавливают на глубине, равной половине погранич

кого слоя. Таким образом, можно считать, что избыточная энтальпия литейной формы вследствие нагрева отливкой сосредоточена в некоторой приведенной массе, равной

пр.р ш

(1)

5

0

jg

5

.

0 5

0

0

приведенная масса литейной формы, кг; коэффициент пропорциональности, зависящий от массы формы и равный 0,10-0,14; масса литейной формы, кг.

где ШПР.Ф К

га f

Избыточную энтальпию литейной формы можно выразить как

&Q Cpmnp.p( - t),(2)

гдедр - избыточная энтальпия литейной формы, Дж;

Сф - средняя удельная теплоемкость литейной формы, Дж/.(кг °С); .

tф - температура литейной формы по показаниям термопары в момент извлечения отливки, С;

t - заданная температура литейной формь, С. Для рабочего диапазона температур (150-ЗОО С) средняя удельная теплоемкость литейной формы составляет 500 Дж/Скг.С).

Избыточная энтальпия литейной формы компенсируется охлаждением с помощью теплоносителя и тепловых потерь в окружающую среду согласно вьфаже- , ., .

dQ (jCrCt - t,) + РС,ЧЗ) . где CT - средняя удельная теплоемкость

теплоносителя, Дж/(м.С); tjH температура теплоносителя соответственно на выходе и входе относительно полости теплообмена литейной формы, С;

V - расход теплоносителя, Т - текущее время, с; Р - тепловой поток в окружающую среду, зависящий от конструкции литейной формы и составляющий 10-20 кВт; время цикла, с. Средняя уд ельная теплоемкость теплоносителя может быть определена как

CT ( + 0,5o((t + ta),

(4)

Се - удельная теплоемкость теплоносителя при °С, Дж/(кгЛ); 5 о - температурный коэффициент С- .

При использовании в качестве теплоносителя масла значения Са - - 1785 нДж/См.С) и 0 0,74 .

Из соотношений (2) - (4) получаем

СрШпрф (tq - t,) - , VCo D

(

+ 0,5o((ti + tj) ( - t)VTd€ . (5)

Равенство левой и правой частей выражения (5) определяется временем подачи теплоносителя. Таким образом, подачу теплоносителя необходимо прекратить в момент выполнения равенства выражения (5).

Выражение (5) используется также для регулирования времени подачи теплоносителя для нагрева литейной формы. В этом случае обе его части будут iO.

Система регулирования температуры литейной формы работает следующим об разом.

В начале работы литейная форма хо |лодная, поэтому сигнал от датчика 1 |температуры литейной формы не превы- |шает уровня, задаваемого пороговым элементом 2, ив этом случае с выход порогового элемента 2 на вход блока 3 управления нагревом будет поступат единичный сигнал, по которому происходит включение нагрева теплоносите- ля. Когда температура литейной формы достигнет заданной, то на вход блока 3 управления нагревом с выхода поро- jroBoro элемента 2 будет поступать :нулевой сигнал, выключающий нагрев теплоносителя.

При заливке металла в литейную форму она нагревается за счет теплоты, отдаваемой охлаждающимся металлом в течение времени кристалли- зации. При извлечении отливки кратко временный сигнал от датчика 15 извлечения отливки открьшает ключ 13, который разрешает запись температуры литейной формы, определяемой датчи- ком 1, в первый блок 12 памяти. Сигнал с выхода первого блока 12 памяти поступает на второй вход третьего сумматора 34 второго вычислительного

5

0

0

блока 11, на первьй вход которого от второго задатчика 9 поступает сигнал, соответствующий заданной температуре формы tj, а с выхода на второй вход третьего блока 33 умножения поступает сигнал, соответствующий разности ( - ta) . На первый вход третьего блока 33 умножения от первого задатчика 8 поступает сигнал, соответствующий приведенной массе литейной формы mnp а с его выхода на первый вход четвертого блока 35 умножения поступает сигнал, соответствунг5 Щий вь1ражению mr,f,tp(tv tj). На второй вход четвертого блока 35 умножения с задатчика 32 поступает сигнал, соответствующий средней удельной теплоемкости литейной формы С4, а с его выхода на первый вход четвертого сумматора 36 поступает сигнал, соответствующий выражению ,Ф - tj). На первьй вход пятого б)1ока 37 умножения от третьего задатчика 10 посту5 пает сигнал, соответствующий тепловому потоку от литейной формы в окружающую среду Р, а на его второй вход от блока 14 определения времени цикла поступает сигнал, соответствующий

времени цикла i, с выхода на первьй вход четвертого сумматора 36 поступает сигнал, соответствующий выражению . С выхода четвертого сумматора 36 (с выхода второго вычислительного блока 11) снимается сигнал, соответствующий выражению

Гс

р 1Пг|рср( Ьф

tj) -

Этот сигнал сравнивается с нулевым опорным сигналом во втором блоке 22 сравнения. Если С С п1цр| р (t, J - , с первого выхода второго блока 22 сравнения на первьй вход первой cxeNai 23 И поступает единичный сигнала,в противном случае едини чньй сигнал будет поступать с второг выхода второго блока 22 сравнения на первьй вход второй схемы 24 И. На вторые входы первой 23 и второй 24 схем И через блок 25 задержки поступает единичньй кратковременный сигнал от датчика 15 извлечения отливки. Таким образом, после извлечения отливки в зависимости от нагрева литейной формы и зиач.ения тепловых потерь в окружающую среду с выходов первой схемы 23 И либо второй схемы 24 И соответственно поступают и запоминаются единичные сигналы на вторые входы второго 18 или третьего 20 блоков памяти. При этом с выходов второго 18 либо третьего 20 блоков памяти единичные сигналы будут соответственно на блок 19 управления охлаждением или блок 3 управления нагревом, включая соответственно охлаждение или нагрев теплоносителя.

Сигналы с датчиков 4 и 5 температуры теплоносителя поступают на входы первого 27 и второго 31 сумматоров, с выходов которых снимаются сигналы, соответствующие соответственно разности (til - t) и сумме (tj + t) температур на выходе и входе в полость теплообмена литейной формы. На первый вход 6jjoKa 30 вычислительньк операций от четвертого задатчика 26 поступает сигнал, соответствующий средней удельной теплоемкости теплоносителя, на его второй вход поступает сигнал, соответствующий сумме (t + t(), а с выхода на второй вход второго блока 29 умножения поступает сигнал, соответствующий вьфажению (А) (числовой коэффициент 0,50(, Со устанавливается в виде постоянного множителя в блоке 30 вычислительных операций). На первый вход первого блока 28 умножения поступает сигнал с выхода первого сумматора 27, на его второй вход - сигнал от датчика 6 расхода теплоносителя, а с выхода на первый вход второго блока 29 умноения поступает сигнал, соответствующий выражению (t - t-f)VT.

С выхода второго блока 29 умноения (выхода первого вычислительного лока 7) на первый вход интегратора 16 поступает сигнал, соответствующий выражению Со fl + 0,5o((t4 tg) (t/j- t)Vfd f, с выхода которого на перый вход первого блока 17 сравнения оступает сигнал, соответствующий ыражению

+ 0,50(t, + t) (t, - (Л а Г.

Сброс интегратора 16 в начальное состояние происходит по сигналу от датчика 15 извлечения отливки. На второй вход первого блока 17 сравнения поступает сигнал с выхода второго вычислительного блока 11, соответствующий выражению

,mrTp.qa(t(p - tj) - P fu,

При совпадении входных сигналов с выхода первого блока 17 сравнения на вторые входы второго 18 и третьего 20 блоков памяти поступает единичный сигнал сброса памяти, что приводат к появлению на выходах блоков 17 и 20 и, соответственно, на входах блоков 19 управления охлаждением и 3 управления нагревом нулевых сигналов, отключающих, соответственно, охлаждение, либо нагрев теплоносителя.

Время цикла формируется в блоке 1А определения времени цикла следунадим

образом. По сигналу от датчика 15 извлечения отливки происходит сброс и последуннций запуск таймера 38. При поступлении сигнала от датчика 21 наличия металла в форме происходит остановка таймера 38 и перезапись его содержимого в четвертый блок 39 памяти, выход которого является выходом блока 14 определения времени цикла. По сигналу от датчика 21 наличия металла в форме происходит также сброс первого блока 12 памяти.

Таким образом, система осуществляет либо нагрев, либо охлаждение теплоносителя в течение определенного

времени, что позволяет достичь задан-- ной температуры литейной формы по истечении времени цикла с более вьг- сокой точностью регулирования по

сравнению с прототипом. I ., . ,

Экономический эффект от использо-

вания изобретения обеспе 1ивается сокращением брака на 0,5% (соответственно снижается возврат) и увеличением производительности машины на 0,1%.

Формула изобретения

Система регулирования температуры литейной формы, содержащая замкнутый контур с циркулирующим жидким теплоносителем, нагреватель, охладитель,, блок управления охлаждением, датчик температуры теплоносителя и датчик температуры литейной формы, соединенный через пороговый элемент с блоком управления нагревом, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества отливок и увели- чения производительности, она дополнительно содержит второй датчик температуры теплоносителя, датчик расхода теплоносителя, датчики наличия металла в форме и извлечения отливки.

два вычислит ел ьньсс блока, блок определения времени щ-яша интегратор JRBa блока сравнения, три блока памя- (ги, блок задержки, ключ, две схемгз ii и три задатчика, источник опорного Напряжения причем датчики температу )ы теплоносителя установлены на входе. J выходе полости теплообмена литейной ормы и соединены с первызи вычислительным блоком, третий вход которого :оединен с -датчиком расхода теплоносителя, а зыход - с первьм входом :1нтегратора, второй вход которого Iсоединен с датчиком извлечения отлив- iCHj а выход - с первым входом первого iinoKa сравнения5 первьй, второй и третий задатчики соединены с BTOPMNJ :зычислительным блоком, четвертьй вход которого соединен через первьй блок памяти и ключ с датчиком температу- ы литейной формы, пятый вход через лок определения времени цикла соеди

5

0

иен с датчиком извлечения отливки, а выход с вторым входом первого блока, сравнения, выход которого соответ- -. ственно соединен через второй блок памяти с блоком управления охлаждением и через третий блок памяти с бло- jKOM управления нагревом, кроме того, датчик наличия металла в форме соединен с блоком определения времени цикла и первьм блоком памяти, датчик извлечения отливки - с BTOpbCvi входом ключа, а выход второго вычислительного блока сое,п;инен с первым входом второго блока сравнения5 второй вход ко торого соединен с источником опорного напряжения, а первый и второй выходы соединены соответственно с первой и второй схемами И,, вторые входы кото рых соединены через блок задержки с датчиком Р1звлечения отливки, а выходы - соответственно с вторым и третьим блоками памйти.

Изобретение относится к литейному производству. Система позволяет повысить точность регулирования тем- ператзфы литейной формы за счет расчета оптимального времени охлалодения (нагрева) формы теплоносителем на основании информации об энтальпии литейной формы, разогреваемой отливкой, и тепловых потерь за счет охлаждения формы теплоносителем и в окружающую среду. Система содержит датчик 1 температуры литейной формы, установленный на входе в литейнзто форму, датчик 4 температуры теплоносителя, блок 3 управления нагревом и блок 19 управления охлаждением теплоносителя. Поставленная цель достигаемся путем введения дополнительного датчика 5 температуры теплоносителя на выходе из литейной формы, датчика 6 расхода теплоносителя, датчика 15 извлечения отливки и датчика 21 наличия металла в форме, вычислительных блоков 7, 11, блока 14 определения времени цикла, интегратора 16, блоков М к 22 сравнения, позволяющих на основании полученной информации формировать управляющие сигналы в блоки 3 и 19 управления нагревом ,и охлаждением теплоносителя. 4 Ш1. сл

Offf л(нй 4

ФигЗ

игЛ