消失模振動(dòng)臺(tái)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

原云峰

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長(zhǎng)治 046011）

1 前言

消失模鑄造技術(shù)是將與鑄件尺寸形狀相似的發(fā)泡塑料模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂層并烘干后，埋在干石英砂中振動(dòng)造型，在一定條件下澆注液體金屬，使模型氣化并占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成所需鑄件的方法。與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有與無(wú)倫比的優(yōu)勢(shì)，因此被國(guó)內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。

根據(jù)工藝特點(diǎn)，消失模鑄造可分為如下幾個(gè)部分：一是泡沫塑料模樣的成形加工及組裝部分，通常稱(chēng)為白區(qū)；二是造型、澆注、清理及型砂處理部分，又稱(chēng)為黑區(qū)；三是涂料的制備及模樣上涂料、烘干部分，也稱(chēng)為黃區(qū)。消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)包括制造泡沫模樣的材料及模具技術(shù)、涂料技術(shù)、多維振動(dòng)緊實(shí)技術(shù)等。

2 振動(dòng)臺(tái)

振實(shí)臺(tái)屬于黑區(qū)部分，是消失模鑄造中的關(guān)鍵設(shè)備，它能使砂子充滿(mǎn)模樣束內(nèi)外空間，并保證砂子達(dá)到足夠的緊實(shí)度而不會(huì)使模樣束變形。

振動(dòng)臺(tái)在造型的過(guò)程中主要是起到對(duì)泡沫模型填充和緊實(shí)的作用，一方面要使型砂能充分填充到模型的型腔里，同時(shí)還要使填充的型砂緊實(shí)，具有非常好的剛性；最理想的效果就是，不但保證型腔能夠填充緊實(shí)，而且要保證模型的變形的尺度在產(chǎn)品技術(shù)要求允許的范圍之內(nèi)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的振動(dòng)臺(tái)在生產(chǎn)一些型腔比較簡(jiǎn)單或者比較厚大不容易變形的產(chǎn)品時(shí)，一般都能滿(mǎn)足要求，但是在生產(chǎn)壁厚較薄容易變形的以及有復(fù)雜型腔的產(chǎn)品時(shí)往往就會(huì)顯示出很大的不足；主要的原因是國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段生產(chǎn)的振動(dòng)臺(tái)在設(shè)計(jì)原理和加工精度上都存在著一些不足。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的振動(dòng)臺(tái)，大多都是仿照日本八十年代生產(chǎn)管件的振動(dòng)臺(tái)而制作的。一般的結(jié)構(gòu)是，六臺(tái)三對(duì)振動(dòng)電機(jī)，空氣彈簧舉升，四個(gè)氣缸上下卡緊，這種振動(dòng)臺(tái)雖然號(hào)稱(chēng)是三維振動(dòng)臺(tái)，但是實(shí)際使用過(guò)程中只起到了一維的作用，因?yàn)闊o(wú)論同時(shí)使用幾對(duì)振動(dòng)電機(jī)，它們最終都會(huì)有一個(gè)合力的方向；另外這種振動(dòng)臺(tái)完全靠空氣彈簧自身的彈性模量來(lái)傳遞振動(dòng)電機(jī)的激振力，因此往往會(huì)損耗掉很大的激振能量，在造型過(guò)程中型砂的懸浮能力差，很難對(duì)模型的型腔填充緊實(shí)，所以這類(lèi)的振動(dòng)臺(tái)只適合生產(chǎn)沒(méi)有復(fù)雜型腔對(duì)變形要求不嚴(yán)的管件類(lèi)的產(chǎn)品，在生產(chǎn)汽車(chē)配件類(lèi)的產(chǎn)品時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)凹角部分和細(xì)小的流道或者橫向的型腔振不實(shí)，出現(xiàn)滲鐵的現(xiàn)象。針對(duì)這樣的現(xiàn)象，很多廠家采用在振不實(shí)的位置上涂抹樹(shù)脂砂來(lái)解決，但是這種方法一方面會(huì)增加成本，另一方面在上樹(shù)脂砂的部位出現(xiàn)鑄造缺陷的幾率會(huì)大大增加，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的成品率。

3 電氣控制

電控系統(tǒng)是整套振實(shí)裝置的控制中樞與大腦，它將各分部系統(tǒng)以及雨淋加砂與振動(dòng)緊實(shí)的工藝過(guò)程有機(jī)地聯(lián)成一體，形成一個(gè)填充與振動(dòng)緊實(shí)的可控制的整體系統(tǒng)。

本文的電氣設(shè)計(jì)方案采用模塊化設(shè)計(jì)，它由四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：人機(jī)界面系統(tǒng)、PLC控制器、變頻器、振動(dòng)電機(jī)。該人機(jī)界面選用性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大的WEINVIEW MT6056i人機(jī)。該人機(jī)采用400MHz RISC CPU，高品質(zhì)寬屏設(shè)計(jì)，采用LED背光模組，內(nèi)置電源隔離保護(hù)器，保證了在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性；即拔即插的USB2.0接口和PC的MiniUSB下載線提供高速下載和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，事件記錄和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間高達(dá)128MB。通過(guò)在人機(jī)界面，可以顯示填充型砂與振動(dòng)的重要參數(shù)如振動(dòng)頻率、振動(dòng)時(shí)間、加砂時(shí)間等操作參數(shù)，使得在更改鑄件模型時(shí)可以輕松調(diào)整相應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)，非常方便。如圖1所示為人機(jī)界面系統(tǒng)界面。

控制中樞選用PLC，S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，還是相連成網(wǎng)絡(luò)均能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，因此S7-200系列具有極高的性?xún)r(jià)比。

圖1 人機(jī)界面系統(tǒng)界面

雨淋加砂振動(dòng)臺(tái)在工作中，加砂與振實(shí)的整個(gè)過(guò)程實(shí)行計(jì)算機(jī)控制。型砂的填充與振動(dòng)緊實(shí)是一個(gè)復(fù)雜的工藝過(guò)程，沿砂箱高度，根據(jù)鑄件的形狀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為多個(gè)工藝控制區(qū)，采用分層填充與振動(dòng)緊實(shí)的方式，每個(gè)工藝控制區(qū)內(nèi)，分步調(diào)整振動(dòng)時(shí)間、加砂速度、振動(dòng)頻率及加砂時(shí)間，可分為10個(gè)或10個(gè)以上的區(qū)段，沿砂箱填充的高度，隨著砂箱填充高度的增加以及該部位鑄件模片充填緊實(shí)的要求，增加或減小激振力與振動(dòng)頻率。根據(jù)不同產(chǎn)品的造型工藝要求，每箱鑄件的造型循環(huán)中可設(shè)置多達(dá)10個(gè)加砂段，分步調(diào)整振動(dòng)時(shí)間、加砂速度、振動(dòng)頻率及加砂時(shí)間，實(shí)行加砂量、振動(dòng)頻率及振動(dòng)時(shí)間等參數(shù)的全過(guò)程編程控制，從而找出該鑄件的最佳的緊實(shí)參數(shù)，并存儲(chǔ)于電腦中，作為該鑄件品種的造型程序，重復(fù)使用，最多可存儲(chǔ)20個(gè)鑄件品種的造型程序，再次使用時(shí)只需調(diào)出程序即可，程序化的指令可以再現(xiàn)其復(fù)雜的工藝過(guò)程與參數(shù)控制。

4 控制程序

為使操作工人實(shí)現(xiàn)雨淋加砂系統(tǒng)全自動(dòng)、手動(dòng)雙運(yùn)行，本振動(dòng)臺(tái)電氣系統(tǒng)采用中斷控制系統(tǒng)，在人機(jī)界面設(shè)定自動(dòng)／手動(dòng)按鈕，當(dāng)工作人員點(diǎn)擊自動(dòng)，系統(tǒng)便按照事先設(shè)定的程序和參數(shù)完成振動(dòng)的全部過(guò)程，并自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)階段；若在振動(dòng)中發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象，可迅速按下停止按鈕，并選擇手動(dòng)按鍵，則雨淋加砂振動(dòng)臺(tái)會(huì)在每一個(gè)過(guò)程完成后停下來(lái)等待下一指令的到來(lái)，只有工作人員按下下一步按鈕后，振動(dòng)臺(tái)才會(huì)進(jìn)入下一階段工作過(guò)程。系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

數(shù)據(jù)參數(shù)采用配方法，利用MT6056i的配方功能，將鑄件的各項(xiàng)參數(shù)存儲(chǔ)在CF卡，以方便下次使用時(shí)調(diào)出。

人機(jī)MT6056i的所謂配方是指將資料存在RW與RW_A地址上，讀寫(xiě)這些地址的方式與讀寫(xiě)一般word地址的方式并無(wú)不同，配方資料的特殊在于關(guān)機(jī)后這些數(shù)據(jù)將保存在機(jī)器上，重新開(kāi)機(jī)后RW與RW_A地址上的數(shù)據(jù)將維持前一次記錄的內(nèi)容。RW與RW_A地址上的配方資料大小皆為64K words，操作人員可以利用CF卡或Ethernet更新配方資料，并利用這些資料更新PLC上的數(shù)據(jù)；也可以利用CF卡或Ethernet上傳配方數(shù)據(jù)至指定位置；此外，操作人員也可以將PLC上的數(shù)據(jù)保存在配方資料中。

5 結(jié)束語(yǔ)

振動(dòng)臺(tái)是消失模鑄造的關(guān)鍵設(shè)備之一，它直接決定了鑄造模型的成功與否，電氣控制系統(tǒng)又是振動(dòng)臺(tái)的控制中樞，本文設(shè)計(jì)的振動(dòng)臺(tái)電氣系統(tǒng)以人機(jī)界面為操作面，PLC為控制核心，具有參數(shù)輸入、調(diào)試方便、操作可靠的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了變頻、振動(dòng)時(shí)間、振動(dòng)階段、加砂時(shí)間的控制，且可以選擇自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作方式，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，滿(mǎn)足了消失模鑄造的生產(chǎn)工藝要求。如圖3所示為雨淋加砂振動(dòng)臺(tái)樣機(jī)。

圖3 振動(dòng)臺(tái)樣機(jī)

［1］蘇繼勇等.消失模鑄造砂處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.鑄造設(shè)備研究，2006，（3）.

［2］李志翔等.消失模鑄造技術(shù)的改造及推廣應(yīng)用［J］.鑄造縱橫.2005，（6）.

［3］西門(mén)子（中國(guó)）有限公司.S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)［M］.版本 06／2004.

［4］黃乃瑜，葉升平，樊自田.消失模鑄造原理及質(zhì)量控制［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.

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