文：安徽交通工程学院彭敏

摘 要：针对压铸生产过程中由于模具表面温度不稳定出现的产品缺陷问题，提出了一套全新的基于固定式热成像的模温监控系统，并将该系统应用于某公司 1650T 依特佩雷斯压铸机的新模具试模的现场测试应用。通过此次现场测试应用可以得出，在压铸生产过程中，该系统不仅实现了大面积非接触式模温监控，而且能更好的调整均衡温度场，可以提前预防废件的产生，提高生产效率，达到预期目的。

关键词：压铸；模温监控；热成像；缺陷

压铸生产中不仅浇注温度对铸件质量有影响，同时模具表面温度也极大影响到压铸件机械性能、尺寸精度和压铸模的寿命。不平均或不适当的模具表面温度会导致铸件尺寸不稳定，在生产过程中顶出铸件变形，产生热压力、黏模、表面凹陷、内缩孔及热泡等缺陷。对生产周期也产生影响，如填充、冷却时间及喷涂时间都产生不稳定的变数。

模具的寿命也会因受到过冷过热的冲击而导致昂贵的钢材产生热裂，加速其老化。模具表面温度对模具加工出的产品质量有着直接影响，检测模具表面温度分布对于确保工艺品质，高效无缺陷的进行工业生产具有至关重要的意义。

为了维持最佳的铸型温度，国内外很多厂家已采用一系列的自动控温设备，通过热电偶所探测的温度，来控制冷却水管的电磁阀的开、闭和水量大小。另外，某些厂家还使用了具有预热和冷却两种机能的压铸专用模温机。由于模具表面温度不稳定，当表面温度剧烈变化时，DCM电偶检测不到变化，质量得不到保证，因此本文主要研究设计了一套全新的基于热成像的模温监控系统，并将该系统用于某公司1650T依特佩雷斯压铸机的新模具试模的压铸过程温控管理应用，以期达到调节模具温度提高生产效率的目的。

1、模温监控系统设计

1.1 系统设计

模具表面温度是一个动态的工艺参数，在每一个铸造周期内都必须保持在一个最佳的、均匀的范围内，因为这不仅影响到所生产的铸件质量，而且影响到模具的寿命。传统的模温监测采用的是模具表面定点测温，通过在模具表面定点打孔预埋DCM电偶，对压铸过程中模具表面温度进行检测监控，其检测范围有限，无法实现对整个模具面的监测，质量得不到保证。

由于模具表面温度不稳定，对于一些高难度结构件，压铸重量较高，当表面温度剧烈变化时，DCM电偶检测不到变化，而红外线热像仪就打破了这个局限，能实现整个模具面的温度检测，乃至任意关键点及其区域的监测。因此研究设计了该全面温控管理系统，利用红外热成像系统，通过温控设备连接模温机等自动控制设备，监控压铸机生产过程中模具表面的温度场的变化，对模温机进行在线生产监控和记录；同时通过模温控制软件，对点冷机，模温机以及喷涂系统进行调节，综合控制模具的温度场，形成一套全面温控管理系统，该系统通过以下方式来实现（如图 1 所示）。

1.2 系统功能

整套系统含有一套红外热成像摄像头及分析软件（如图2），若干模温机和点冷机，一套喷涂控制系统。热成像摄像头安装在模具的两侧，能实现大面积模具非接触式温度测试。根据温度集结、热点分布特征将整个模具表面分为10不同的温度检测区域，不同的压铸生产工艺分区可以不同（如图3）。针对压铸生产中固定的模具（即定模）或运动的模具（即动模）均具有较好的适用性。该系统容易实现连续生产，满足汽车行业原始设备制造商断增长的质量要求。

系统通过红外摄像机实时采集模具的热图像，为工艺优化提供实时有用的信息，关注热点或区域在热图像上温度场，记录喷涂前和喷涂后的热力图，在控制主机中显示温度图和与以前和当前生产批次相关的数据（历史趋势）进行比较。所有的热图像和数据都在PC上处理并保存在SSD上。热图像的后期分析可以在单机或远程上实现，将图像从单机拷贝下来，或者直接保存在公司的服务器上。

系统通过固定式热成像摄像监控；连接压铸机信号，实现喷涂前后自动拍照；预热过程监控，可以缩短预生产时间；模具调试监控，能缩短参数优化时间；不仅能实现在线生产监控和记录，还可以检测区域异常警报；通过温控设备连接（模温机/点冷机/喷雾器）自动控制设备，调节模具温度；储存的热像图和温度数据都可以追溯和浏览。其对数据的分析、追踪与实时性，能够很好的切合大数据时代。

2、模温监控系统应用探究

模温监控系统运用热成像技术，集模温监控，区域设定，历史曲线分析，数据保存及导出，历史图片查询为一体，并留有对外输出的IO硬线接口，可与压铸机进行信号交互，必要时可输出模温异常信号，便于压铸机进行废件的判断。较传统方式，测温的精确性、稳定性也更好，操作也简单。

将该系统应用于某公司 1650T意特佩雷斯压铸机的新模具试模，采用两个摄像头分别检测定模侧与动模侧的模具温度，采取压铸机开模到位信号及喷涂完成信号为采样触发点，对喷涂前后的模具温度分别进行拍照、取样、保存，同时利用现场的手持式热成像测温仪进行辅助验证，对新模具的模温控制形成一个全方位的监控。

2.1 与手持式热像仪辅助测温对比

如图4所示，动定模温度场实时呈现，与手持式热像仪二次校对测量结果一致。使用手持式热像仪会影响到生产节奏，而采用热成像模温监控系统能更准确采集动定模的实时温度信息，更准确的控制生产节奏。相比手持式热像仪，该系统使用更方便有效。

2.2 调整均衡温度场应用

在应用过程中，监测到模具实际温度场偏低的情况。图5出现区域1和区域7温度达不到要求，图6出现区域4和区域6过冷的情况。针对以上两种情况，采取了以下优化措施：对于温度不达标的区域增加模温机输出温度提升温度场，达到平衡温度场的目的；而对于过冷的区域采取流道低温区域减少冷却水路强度，甚至关闭没必要的水路，有利于增压提升压铸产品的致密性。

图7-图10优化调整前1和7区域在喷涂后温度范围在70-90℃之间，优化调整后1和7区域的温度范围在110-180℃之间；优化调整后流道区域冷却水路改为模温机油路，提升至合适的温度场，确保充型时增压有效，减少内部气孔缩松缺陷。调整后温度场均衡，适合工艺要求，达到减少废品率，提高生产稳定性的目的。

此次现场测试通过与传统手持式热像仪测温辅助对比，在压铸生产过程中使用模温监控系统可以更有效的指导生产，并可以提前预防废件的产生，提高生产效率。在后期将模温系统集成入压铸周边控制系统后，可以做到提前预知模具温度场的变化，不仅仅通过人为来调整模具温度，更可以通过周边的喷涂、模温、点冷设备来自动的、动态的调整模具温度，将模温始终控制在一个合理的、符合工艺要求的范围，以此来提高工件品质。自动的模温控制系统同时可以防止人为的疏漏，及时的预警可以减少生产损失，过程的追溯又为后续的调整提供可靠的数据依据。

3、结论

本文研究设计了基于红外线热成像的模温监控系统，以期解决铸造件生产过程中温度控制不当产生的缺陷。通过现场测试应用可知，本系统以非接触式实现模具表面温度实时监控，覆盖面积广，相比手持式更方便，且能更好的调整均衡温度场，在一定程度上能提前预防废件的产生，减少产品缺陷，且已应用于多家压铸生产企业，实际生产表明该系统具有较高的经济价值及推广意义。在压铸生产过程中除了模温控制不当产生的缺陷以外，还存在内浇口设计缺陷、合金液在型腔里的流动模式缺陷，浇注系统的结构设计缺陷等，要减少压铸件的废品率，提高压铸生产的效率，还需要有更多更好更实用的措施来减少缺陷的发生。