基于智能制造的挤压铸造设备功能与特征分析

孔建，田莉莉

自从20世纪末以来，机械产品在功能上不断完善和多样化，结构上也更加复杂、精细，导致在产品中所包含的设计信息和工艺信息含量骤增，这就要求相应的制造系统由传统的能量驱动型向信息驱动型转变，即制造系统不但要有足够的柔性，还要有充分的智能化。对于铸造行业来说，由于生产环境及工艺过程的特殊性，对于自动化和智能化生产的需求变得尤为迫切。本文针对挤压铸造设备的结构和功能，探讨了其智能制造的特征。

1.智能制造的特征

与一般的制造系统相比，智能制造的最大区别就在于智能化。典型的智能制造系统具备高度的自组织、自适应、协作和自律能力等智能化能力特征。

在上述特征中，自组织能力是区分智能制造与一般制造的重要特征标志，它和自适应能力一起，能够保证制造系统适应不同的生产需求和产品特点；自律能力是要求智能制造系统的结构单元能够按照一定的指令或规范进行相应的操作活动；自学习能力则是指系统能够根据不同的实践活动，不断完善知识库，改良和提高系统的自身功能，是智能制造系统的又一个重要标志和能力；自我诊断和维护是保证制造系统的稳定、可靠；而协作能力是指系统中不同部件能够协调配合或系统本身可以同其他制造系统进行协调与配合。

2.挤压铸造设备功能分解

挤压铸造设备由机身、熔炉、压射、合模、自动浇注、自动涂料、自动取件、电气控制及操作界面等不同部分组成，另外各个部件还需要有相应的传感器收集位移、速度、温度等数据信息。

3.挤压铸造设备的智能特征分析

挤压铸造设备实现智能制造模式，需要具备自适应、自组织，智能检测监控，以及自我维护和协作等能力，既能保证设备单独运行，也能和其他智能设备系统组成更大的智能制造系统。从上述对智能挤压铸造设备的结构和设计过程可以看出，设备的功能和参数之间建立了特定的对应关系，这也是实现智能挤压铸造的基础。

（1）自我适应功能 当前，铸件的工艺越来越复杂，相应的铸造工艺参数也越来越多。这些工艺参数主要有浇注金属液的温度、加压时间、压射速度、比压和保压时长等，随着铸件几何形状、材料等情况的变化，这些工艺参数也要随之而改变，因此挤压铸造设备必须具备足够的自适应能力，才能适应铸件在材料和形状上的多样性需求。

设备的控制系统是自适应能力得以实现的基础。在控制系统中，需要借助人机界面，在工控系统架构或其他常用软件的平台上进行系统开发，涉及到参数的存取数据库、加工任务的修改和设置等不同的功能。另外，为了能够配合网络或远程方式进行操作，还需要考虑网络接口。

（2）自组织功能 挤压铸造中智能化所要求的自组织能力，首先体现在对铸造过程中的自动控制操作和流程方面。挤压铸造的工艺过程主要有浇注、合模、加压、保持、取件等操作过程。在自动控制、传感器、计算机及液压等技术的基础上，把挤压铸造按上述操作分为不同的系统，并且对各部分的流程进行详细的划分，把这些控制和操作通过软件在系统中进行固化，当设备开始运转后，借助于传感器技术，根据设备中的参数对应关系，实现参数化控制，可以按照工作流程进行自动化生产，实现自动浇注、自动喷涂、自动取件。

（3）智能状态检测和维护能力 智能挤压铸造设备还需要具备支持智能状态检测和监控，在生产过程中，需要重点监控的是各装置的位移、挤压压力、合模压力及熔炉温度的变化，并实时进行调节。例如，温度传感器在获取熔炉温度达到给定温度后，系统就会触发浇注动作，借助于型腔内液面位置传感器可以实行定量浇注；通过挤压构件的压力传感器获得挤压力的大小，绘出压力图，并结合设定的工艺参数进行实时调节。

同时，当系统设备出现故障时，系统会根据检测到的信号，结合故障专家系统，进行分析和判断，通过参数还原、重启等方式进行修复。

（4）协作能力 近几年，集成化的铸造系统越来越多，智能挤压铸造设备也要具备和支持集成运行和协作功能，体现在设备方面，包括熔炉、物料自动运输等环节；体现在软件上，则主要是指生产管理方面的ERP、PDM等内容。

当然，智能挤压铸造设备和其他智能设备一样，当设备运行时，还必须要有人的参与，如布置生产任务等，才能顺利地组织和完成生产。

4.结语

智能制造是21世纪的制造业的主要发展模式和方向，挤压铸造作为一种具有良好发展前景的毛坯制造形式，对于智能制具有更为迫切的需求，通过合理的设计，使挤压铸造设备具备自适应、自组织、智能检测维护和协作等能力，对于提高铸造水平，提高效率，以及降低成本都具有十分重要的现实意义。

立式挤压铸造设备