Краткое содержание

Управление в реальном времени при литье под давлением — это передовой производственный процесс, использующий замкнутую систему датчиков, контроллеров и исполнительных механизмов для непрерывного мониторинга и корректировки критически важных параметров в ходе впрыска металла. Данная система обеспечивает точный контроль давления расплавленного металла, его потока и температуры пресс-формы на протяжении всего цикла литья. Основная цель заключается в полном и равномерном заполнении полости формы, что напрямую способствует получению деталей более высокого качества с минимальным количеством дефектов, стабильной плотностью и повышенной механической прочностью.

Основы управления технологическими процессами в реальном времени при литье под давлением

В современном производстве точность и стабильность имеют первостепенное значение. Система управления процессом в реальном времени представляет собой значительный технологический прорыв в литье под давлением, позволяя отказаться от традиционных, менее точных методов. По своей сути это динамическая система обратной связи, предназначенная для контроля процесса впрыска с точностью до долей микросекунды. В отличие от разомкнутых или ручных систем, склонных к нестабильности и более высокому проценту брака, система реального времени активно корректирует отклонения по мере их возникновения, обеспечивая соблюдение оптимальных параметров на каждом цикле.

Такой уровень контроля необходим для соответствия строгим требованиям к качеству в таких отраслях, как автомобильная и аэрокосмическая. Основная важность этой технологии заключается в её способности превратить литье под давлением из реактивного процесса в проактивный. Вместо проверки деталей на наличие дефектов после производства, система управления в реальном времени направлена на предотвращение возникновения этих дефектов с самого начала. Такой подход, основанный на данных, не только повышает качество деталей, но и обеспечивает ценные сведения для постоянной оптимизации процесса.

Типичный контур управления в реальном времени состоит из трех основных компонентов, работающих в синергии:

• Датчики: Эти устройства устанавливаются в критически важных точках для контроля таких параметров, как давление, температура, скорость и перемещение поршня. Они являются глазами и ушами системы, собирающими исходные данные с физического процесса.
• Контроллер: Это мозг всей операции, зачастую специализированное устройство, например Контроллер TOSCAST или систему высокоскоростного сбора данных (DAQ), например ADwin. Она обрабатывает данные с датчиков, сравнивает их с заранее заданными уставками и вычисляет необходимые корректировки.
• Исполнительные механизмы: Это механизмы (например, гидравлические клапаны), которые выполняют команды контроллера, физически регулируя переменные параметры процесса. Например, исполнительный механизм может изменять степень открытия клапанов для регулирования давления впрыска или изменять поток воды для контроля температуры пресс-формы.

Этот непрерывный цикл мониторинга, обработки и регулирования происходит тысячи раз в секунду — скорость, которую стандартные ПЛК зачастую не могут обеспечить. Например, точное управление потоком расплавленного металла во время впрыска позволяет системе гарантировать полное и равномерное заполнение полости формы. Это обеспечивает детали с равномерной плотностью и высокой механической прочностью, что напрямую решает ключевые проблемы производства сложных деталей. Как описано в Techmire , такая система управления с обратной связью обеспечивает стабильную работу системы и высокое качество изделий.

Контролируемые параметры: давление, температура и поток

Успешность управления в реальном времени зависит от способности точно регулировать наиболее значимые переменные в процессе литья под давлением. Хотя отслеживается множество параметров, наибольшее значение для получения отливок без дефектов имеют давление, температура и поток. Каждая из этих переменных представляет собой уникальную задачу и требует специальной стратегии управления для достижения оптимальных результатов.

Контроль давления имеет фундаментальное значение для обеспечения полного заполнения расплавленным металлом сложных деталей полости пресс-формы. Процесс, как правило, разделяется на фазы: фазу заполнения с управлением по скорости и фазу уплотнения с управлением по давлению. Во время заполнения система регулирует скорость впрыска, чтобы предотвратить турбулентность и попадание воздуха. Как только полость заполнена, система переходит к фазе уплотнения, прикладывая значительное давление для минимизации пористости и обеспечения того, чтобы готовая деталь имела плотную и однородную структуру. Недостаточный контроль давления может привести к дефектам, таким как пористость, холодные спайки и неполное заполнение.

Не менее важным является термоконтроль, который напрямую влияет на затвердевание металла и срок службы самой пресс-формы. Значительная разница температур между расплавленным металлом и формой может вызывать поверхностные напряжения, приводящие к преждевременному износу формы и ухудшению качества детали. Системы, такие как REALTIME control от Die Pro обеспечивает полностью автоматическое управление охлаждением пресс-формы путем регулировки расхода воды в каждом канале охлаждения на основе показаний температуры на выходе. Это поддерживает постоянную температуру пресс-формы в каждом цикле, предотвращая дефекты, такие как коробление, трещины и нестабильность размеров. Эффективное тепловое управление имеет решающее значение для достижения хорошей отделки поверхности и оптимального заполнения формы.

В таблице ниже кратко описаны функции каждой ключевой переменной и преимущества, получаемые за счет их точного управления в реальном времени.

Ключевые технологии и системы, обеспечивающие управление в реальном времени

Реализация управления в реальном времени при литье под давлением возможна благодаря интегрированной архитектуре передового аппаратного и программного обеспечения. Эти системы предназначены для сбора, обработки и использования данных с чрезвычайно низкой задержкой. Основные компоненты включают высокоточные датчики, быстрые системы сбора данных (DAQ), сложные контроллеры и интуитивное программное обеспечение для мониторинга.

На передовом крае находятся специализированные контроллеры и системы DAQ, выполняющие функции центральной нервной системы. Например, ADwin-Gold system обеспечивает сбор данных в реальном времени с детерминированным временем отклика менее одной микросекунды, обеспечивая уровень точности, которого традиционные ПЛК достичь не могут. Аналогично, контроллер TOSCAST компании Shibaura Machine предназначен для интеграции данных со всего участка литья под давлением, включая вспомогательное оборудование, чтобы принимать более интеллектуальные и комплексные управляющие решения. Эти контроллеры обрабатывают большие объемы данных для управления сложными профилями впрыска, например, программирования нескольких этапов скорости и давления для оптимизации заполнения и уплотнения.

Программный компонент обеспечивает интерфейс «человек-машина» (HMI) для операторов и технологов. Системы, такие как система контроля технологических параметров и отливки Techmire (PPCS), позволяют операторам задавать конкретные значения и предельные значения для десятков критически важных параметров. Такое программное обеспечение зачастую включает мощные диагностические инструменты, отображающие графики профилей отливки в режиме реального времени. При обнаружении выхода за допустимые пределы система может автоматически подавать сигнал тревоги, останавливать машину или направлять бракованную деталь на проверку. Возможность немедленной обратной связи и принятия мер является отличительной чертой современных систем управления.

При оценке системы управления литьем под давлением в реальном времени производители должны обращать внимание на совокупность ключевых характеристик, обеспечивающих производительность, гибкость и полезность данных. Основываясь на возможностях, указанных лидерами отрасли, к числу необходимых функций относятся:

• Сбор данных с высокой скоростью: Возможность выборки данных с нескольких датчиков на высоких частотах для точного захвата всего процесса впрыска.
• Детерминированная обработка: Выделенный процессор реального времени, работающий независимо от операционной системы ПК, чтобы гарантировать стабильное время отклика.
• Расширенное программирование профиля: Возможность задания многоступенчатых профилей скорости и давления для точного управления фазами заполнения и уплотнения.
• Мониторинг и диагностика в реальном времени: Интуитивно понятный интерфейс, отображающий актуальные данные, профили выстрелов и параметры процесса с использованием графических инструментов анализа.
• Автоматические оповещения и сортировка: Функция автоматического обнаружения циклов, выходящих за пределы допусков, и принятия корректирующих мер, например, оповещения оператора или физического отделения подозрительных деталей.
• Регистрация данных и интеграция в сеть: Возможность хранения исторических данных процесса для контроля качества, анализа и интеграции с корпоративными платформами MES (система управления производственными операциями).

Влияние и преимущества: повышение качества, эффективности и качества принятия решений

Внедрение систем управления в реальном времени оказывает преобразующее влияние на процессы литья под давлением, обеспечивая значительные преимущества в качестве деталей, эффективности процессов и стратегическом принятии решений. Переход от реактивной к проактивной модели управления позволяет производителям достичь более высокого уровня производительности и получить существенное конкурентное преимущество. Основным преимуществом является резкое улучшение качества изделий, поскольку система непрерывно работает над предотвращением дефектов до их возникновения, в результате чего получаются высококачественные отливки без заусенцев.

На производстве это означает повышение эффективности процессов. Корректировка в режиме реального времени минимизирует образование брака, сокращая расход материалов и объем энергии, потребляемой при переплавке дефектных деталей. Кроме того, поддержание стабильных и оптимальных параметров процесса уменьшает вариативность, которая зачастую приводит к простою оборудования. Согласно Marposs , интеллектуальные системы литья под давлением также обеспечивают прогнозируемое техническое обслуживание. Анализируя тенденции в данных процесса, система может заранее информировать службы технического обслуживания о потенциальных неисправностях машины или пресс-формы до наступления катастрофического отказа, максимально увеличивая время безотказной работы.

Помимо непосредственного роста производства, большой объём данных, собранных этими системами, представляет собой ценное стратегическое преимущество. Эти данные дают глубокое понимание производственного процесса, позволяя инженерам оптимизировать параметры, улучшать конструкции пресс-форм и устранять неисправности на основе фактических данных. Это способствует формированию культуры управления на основе данных, при которой решения принимаются на основании объективного анализа, а не только на основе интуиции операторов. В конечном счёте такой сбор информации в реальном времени приводит к более разумному и эффективному управлению всей производственной экосистемой.

Ключевые преимущества внедрения контроля в реальном времени в процессе литья под давлением включают:

• Высокое качество деталей: Минимальное количество дефектов, однородная плотность, высокая механическая прочность и отличная точность размеров.
• Повышенная эффективность процесса: Значительное снижение уровня брака, расхода материалов и энергии, а также сокращение циклов производства.
• Повышенная стабильность системы: Обеспечивает стабильную работу от одного цикла к другому, что приводит к более предсказуемому и надёжному производственному выходу.
• Увеличение срока службы пресс-формы: Снижает тепловой удар и механические напряжения (такие как «эффект молота»), что помогает предотвратить преждевременный износ и повреждение формы.
• Оптимизация на основе данных: Обеспечивает всесторонние данные для анализа процессов, документирования контроля качества и инициатив по непрерывному совершенствованию.
• Возможности прогнозирующего технического обслуживания: Позволяет на ранней стадии выявлять неисправности оборудования, сокращая простои и расходы на техническое обслуживание.

Часто задаваемые вопросы

1. Насколько точна литьевая формовка?

Литьевая формовка известна высокой размерной точностью. Хотя это зависит от конкретного используемого материала, типичный допуск точности составляет около 0,05 мм на первые 2,5 см (0,002 дюйма на первый дюйм) и дополнительно 0,025 мм на каждые последующие 2,5 см (0,001 дюйма на каждый дополнительный дюйм). Системы управления в реальном времени внедряются для постоянного достижения и даже повышения этого высокого уровня точности за счет минимизации вариабельности процесса.

2. Какие два основных метода литьевого формования существуют?

Два основных метода литья под давлением — это литьё в горячей камере и литьё в холодной камере. В процессе литья в горячей камере инжекционный механизм погружён в ванну расплавленного металла. Этот метод обычно используется для сплавов с низкой температурой плавления, таких как цинк и магний. В процессе литья в холодной камере расплавленный металл заливается в систему инъекции отдельно в каждом цикле, что необходимо для сплавов с высокой температурой плавления, например алюминия, поскольку они могут повредить погружённую инжекционную систему.

3. Что такое PDC и GDC?

PDC означает литьё под давлением (Pressure Die Casting), а GDC — литьё в кокиль под действием силы тяжести (Gravity Die Casting). В методе GDC расплавленный металл просто заливают в форму, и он заполняет полость под действием силы тяжести. В методе PDC, который включает как горячую, так и холодную камеры, расплавленный металл впрыскивается в форму под высоким давлением. Это давление необходимо для изготовления деталей с тонкими стенками, сложными деталями и гладкой поверхностью.