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                        壓鑄模具溫度控制的整體設計

                        添加時間:2019/07/08 來源:沈陽理工大學 作者:張穎
                        壓鑄模具的溫度控制在壓鑄生產中是影響壓鑄件質量的一個最重要的因素。一般壓鑄模具的溫度控制包括兩個方面,即預熱和冷卻,針對目前壓鑄模具在冷卻過程中存在的速度慢且耗能大等缺點。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘要

                          近年來,工業的各個領域,包括汽車、造船、電機、儀表和航空技術的迅速發展,使我國的制造技術、制造工藝和制造裝備水平都得到了很大的發展,壓力鑄造技術的水平也隨之得到了大幅度的提高。在模具中,壓鑄模具是占比很大的一類。在壓力鑄造的過程中,壓鑄模具的工作條件是比較苛刻的,模具的濕度控制是影響模具的使用壽命、內在質量和壓鑄零件成型的一個很重要的因素,能否將模具的溫度控制在所需的合理范圍內關系到整個壓力鑄造過程的成敗。在經濟而高效地生產出高質量壓鑄件的過程中,模具的溫度控制是必不可少的重要條件。

                          壓鑄模具的溫度控制通常包括預熱和冷卻兩個方面,本論文針對目前壓鑄模具在冷卻時存在的缺點,如速度慢、耗能大等,研究了基于冷卻水循環的壓鑄模具多路溫度智能控制方法,采用模糊算法實現冷卻過程中模具溢度的精密控制。

                          論文首先介紹了壓力鑄造對模具溫度控制的要求,接著根據控制要求設計了壓鑄模具溫度控制的整體方案,最后論文對該方案進行仿真并分析輸出結果。論文針對簡單的二維模糊控制和傳統PID控制方法在模具溫度控制中存在的缺陷,對模糊控制器進行改進設計。為了使模具濕度控制系統性能不斷地得到改善,獲得更好的更精確的控制效果并適應不斷變化的情況,保證控制達到預期要求,加入模糊參數調整器,使每個時段的溫度都能夠保持在合理范圍內,從而實現模具溫度的精確控制。經過實際數據仿真實驗,表明基于模糊算法的壓鑄模具濕度控制方法完全可行,而且具有較高的控制精度。

                          關鍵詞:模糊算法;壓鑄模具;溫度控制;模糊參數調整器

                        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,基本上還使用傳統的PID控制方式來對溫度進行控制。由于PID算法簡單、可靠性高而被廣泛應用。但是當被控對象的特性發生改變的時候,比例、積分和微分系數也必須隨之變化,否則就難以保證其控制精度,而改進的PID調節器溫度控制不夠穩定,超調量也較大。模糊控制是建立在人工經驗基礎之上的,它通過采用模糊數學對模糊現象進行分析和判決從而得到精確的控制量,實現對被控對象的控制。模糊控制并不要求掌握控制對象精確的數學模型,且具有高度的非線性,相比于傳統的PID控制,其控制效果要好很多。另外模糊控制具有設計簡單、響應速度快、抗外界干擾能力強、魯椿性好等特點,在很大程度上彌補了傳統PID控制的局限性。本設計采用的模糊控制器,根據不同的方和技巧實現參數自整定,輸出控制量調節冷卻水閥口的開啟時間長短,從而實現更精確的壓鑄模具溫度控制。

                          我國壓鑄模具行業發展很迅速,總產量漲速明顯,已經成為名副其實的壓鑄大國,F在國產壓鑄模具的總產量僅僅少于美國,在世界上排名已經達到第二位。

                          我國的壓鑄模具行業成長很快,壓鑄模具的生產量和數量僅僅少于沖模和塑料模,在我國各種類模具的總生產量中已經占據了百分之八左右。我國壓鑄模具行業能夠取得如此卓越的成就主要歸因于我國廣闊的市場及相對低廉的勞動力與資源優勢。我國的壓鑄產業憑借著得天獨厚的自然條件和明顯的性價比優勢在國際壓鑄件貿易占據著廣闊的市場。根據目前的形勢來看,我國壓鑄產業未來的發展前景是十分可觀的。

                          雖然目前我國的壓鑄模具總產量比較高,但是其國際知名度排位仍然是比較靠后的;雖然壓鑄模具的生產量日益増多,但是大多數只是用于供給國內的需求。

                          由于壓鑄技術的限制制約著壓鑄模具的質量使其難以得到突破,與此同時國內的一些需求量較大的企業也在逐步地將業務擴展到國外的壓鏈模具企業,這種現象導致了嚴重的貿易逆差,使得國內壓鑄企業舉步維艱。

                          國際上,壓鑄模具市場的競爭日益激烈,在這種大環境下,無論是產值還是國內需求都存在衰退跡象,其中以日本的衰退程度最為明顯。日本的壓鑄模具行業目前力求試圖不斷地降低生產成本:將技術含量不是很高的壓鑄模具生產工作逐漸地轉向人工成本較低的國家進行,只在國內生產技術含量比較高的產品。日本這種加快向國外轉移生產的對策雖然可以降低生產成本,但與此同時也導致了日本國內壓鑄模具的使用量大幅度減少。相較于日本轉移生產的策略,德國模具企業則試圖通過提高機械加工與放電加工的效率與精度從而實現縮短手工加工的時間,以此達到提高效率降低成本的目的。

                          國際市場與國內市場的需求往往存在著很大的不同,也就是說在國內銷售情況良好的壓鑄產品并不代表其在國外的銷售情況也很好。根據相關行業的專家分析所述,存在三個因素阻礙著國內的壓鑄模具銷往國外:第一個因素是原材料的不足;第二個因素是技術不夠先進;第三個因素是模具行業的相關配套體系不夠完備。以上三點是阻礙國內壓鑄模具行業發展的關鍵問題,只有解決了這些問題,我國的壓鑄模具行業才能突破瓶頸從而大幅度提高其在國際市場上的占有率。

                          壓鑄與模具是密不可分的,它們既存在聯系也有區別。壓鑄與模具的完美結合誕生了皮鑄模具這個行業,也就是說,壓鑄、模具和壓鑄模具是蘭個不同的行業。壓鑄與模具行業的關系主要種形式存在;第一種形式是壓傳與模具可以同時進行生產,即模具都是由自己生產的,一般不會讓別的企業來制造模具:第二種形式是?诘哪>呱a,不制造皮鑄件;第三種形式是做壓鑄,不會去生產模具。伴隨行業界限的日益模糊以及行業逐步交叉發展,壓鑄、模具和壓鑄模具這三個行業之間的聯系也越來越緊密,它們之間的交流學習致使三個行業逐步融合在一起,國內的拒鑄模具產業也將在一體化的過程中迎來更多、更大的發展機遇和空間。

                        壓鑄模具溫度控制的整體設計:

                        模糊推理系統編輯圖
                        模糊推理系統編輯圖

                        隸屬函數編輯圖
                        隸屬函數編輯圖

                        模糊規則編輯圖
                        模糊規則編輯圖

                        模糊規則編輯窗
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                        輸出量曲面觀測圖
                        輸出量曲面觀測圖

                        S-function輸入框
                        S-function輸入框

                        PID 仿真結果
                        PID 仿真結果

                        模糊控制仿真效果
                        模糊控制仿真效果

                        目錄

                          第1章 緒論
                            1.1 引言
                            1.2 壓鑄模具產業現狀
                              1.2.1 國內壓鑄模具行業現狀
                              1.2.2 國際壓鑄模具行業現狀
                              1.2.3 制約我國壓鑄模具行業發展的因素
                            1.3 模具溫度對鑄造過程影響的研究現狀
                              1.3.1 國內壓鑄模具溫度研究狀況
                              1.3.2 國外壓鑄模具溫度研究狀況
                            1.4 壓鑄模具溫度控制研究的目的和意義
                            1.5 論文的主要工作
                          第2章 壓力鑄造與模具溫度控制概述
                            2.1 壓鑄模具概述
                              2.1.1 壓力鑄造
                              2.1.2 壓鑄模具的結構
                            2.2 壓力鑄造對模具溫度控制要求
                            2.3 模具溫度控制的作用
                            2.4 壓鑄模具溫度控制方法
                            2.5 本章小結
                          第3章 模糊控制方法與PID控制方法比較
                            3.1 模糊邏輯
                            3.2 模糊控制
                            3.3 模糊語言
                            3.4 模糊集合與隸屬函數
                            3.5 論域
                            3.6 量化因子及比例因子
                            3.7 PID控制器
                            3.8 本章小結
                          第4章 模具溫度控制系統的設計
                            4.1 總體設計方案
                            4.2 壓鑄模具溫度控制系統的組成和特點
                              4.2.1 冷卻通道的設置
                              4.2.2 熱電偶的選擇
                            4.3 模糊控制器的設計
                              4.3.1 模糊控制器的基本組成
                              4.3.2 輸入量輸出量論域的設計
                              4.3.3 系統誤差和誤差變化率的量化
                              4.3.4 確定語言變量的語言值
                              4.3.5 隸屬函數的確定
                              4.3.6 模糊控制規則的建立
                              4.3.7 模糊推理方法的選擇
                              4.3.8 反模糊化方法的確定
                            4.4 模糊控制器的改進設計
                              4.4.1 參數對控制性能的影響及調整規則
                              4.4.2 加入模糊參數調整器的模糊控制器
                              4.4.3 模糊參數調整器的輸入變量和輸出變量的確定
                              4.4.4 輸入、輸出量的論域、語言值及其隸屬函數的確定
                              4.4.5 控制規則及其蘊含的模糊關系
                              4.4.6 參數調整步驟總結
                            4.5 本章小結
                          第5章 仿真實驗及結果分析
                            5.1 各種控制算法的仿真對比
                              5.1.1 傳統PID算法仿真圖形的建立
                              5.1.2 加入模糊參數調整器的模糊控制器
                              5.1.3 加入模糊參數調整器的仿真圖形的建立
                              5.1.4 仿真結果對比
                            5.2 實驗驗證
                              5.2.1 壓鑄模具溫度控制柜
                              5.2.2 觸摸屏手動控制畫面
                              5.2.3 壓鑄模溫控制的觸摸屏監視畫面
                              5.2.4 歷史溫度數據畫面
                          結論
                          參考文獻
                          攻讀碩士學位期間發表的論文和獲得的科研成果
                          致謝

                        (如您需要查看本篇畢業設計全文,請您聯系客服索。

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