原标题   压铸模温控制系统在质量优化中的应用

摘 要

模具温度作为压铸工艺中至关重要的参数之一，已成为制造型企业提升铸件质量、增加铸件良品率以及优化设备运行效率（OEE）的核心手段。在模具温度的检测中，传统测温工具如温箱、多点测温仪（热电偶）和点温计等已被广泛应用。然而，这些常规测温方法存在一些不可避免的局限性，例如热电偶特性曲线的偏差、电磁干扰的影响、粘胶材料的温度限制、粘点误差的累积以及对被测物体的接触要求等。这些问题显著影响了模具温度测量的准确性，从而制约了模温调节效果的进一步提升。相比之下，通过采用红外热成像技术进行在线温度监测，不仅可以实现对模具数万个测点的实时温度检测，无需停机或接触模具，还能够基于模具温度矩阵生成高分辨率的红外热像图，为模具温度的直观分析和工艺优化提供科学支持与决策依据。

1引言

压铸工艺是一种高效、精密的金属成型技术，通过将熔融金属在高压下注入模具中快速成型，实现复杂形状零部件的大批量生产。作为现代制造业中广泛应用的工艺，压铸以其高生产效率、高精度、以及良好的材料利用率而闻名。在每一个压铸循环过程中，无论是加热阶段还是大批量生产阶段，模温监测系统都能够实时获取模具的热分布图，并对模具的热平衡进行动态校正。这一过程帮助工程师根据热分布情况优化压铸参数，确保压铸质量始终处于受控状态。通过对模具表面温度及其变化的有效监测，可以精确调控热量的分布，改善热交换方式，从而显著提升铸件质量并降低铸造缺陷率。除了质量提升，压铸工艺在资源节约方面也具有显著优势。对模具表面温度的持续监测不仅延长了模具的使用寿命，还缩短了生产循环时间，减少了计划外维护保养的频率与成本。同时，精准的温度控制还能够有效降低能源、压缩空气和脱模剂的消耗量，并减少废水的排放。在大批量生产环境下，模温监测系统更是成为提升铸件质量和设备整体效率（OEE）的理想选择，为制造企业在竞争中提供了重要技术支持。

在压铸工艺中，模具表面温度的控制对于铸件质量至关重要。温度失控往往是导致产品出现缩痕、砂孔、裂缝和气泡等缺陷的主要原因之一。模具表面温度的均匀性直接影响金属的凝固过程及铸件的内部结构，从而决定了最终产品的质量。因此，准确检测模具表面温度分布对于保证压铸工艺的品质、实现高效且无缺陷的工业生产具有重要意义。随着红外热像仪技术的快速发展，硬件成本的不断下降，使得利用红外热像仪对模具表面温度进行实时监测成为可能。相比传统接触式测温方法，红外非接触式测温具有快速、精准、无干扰的优势，大幅提升了模具温度监测的效率和可靠性。这种技术进步不仅优化了模具温度的控制精度，还为铸件质量的提升和生产效率的提高提供了有力支持。

在压铸工艺中，传统模具温度监测方法存在明显的不足，难以满足对模具温度进行精准、实时控制的需求。例如，点温枪只能测量模具单个点的温度，对于温度异常区域的位置需要凭借经验进行推测，缺乏全面性和直观性。热电偶虽然同样能够测量单点温度，但其需要与模具直接接触，不仅增加了操作复杂性，还可能带来安全隐患。此外，手持热像仪虽然能够捕捉模具表面的温度分布，但难以实现连续监测，也无法保证每次拍摄的热像图具有时间上的统一性。这些局限性使得传统方法难以为高效、无缺陷的生产提供可靠的模温数据支持，从而限制了压铸工艺的优化和稳定性。

本文旨在针对当前模具温度控制方法存在的不足，提出并设计一种创新的模温控制方案，以提升压铸工艺的质量控制水平。传统的模温监测方式，如点温枪和热电偶，由于测量范围有限、操作安全性不足以及实时性欠缺，难以满足现代压铸工艺对精确温度控制的需求。而手持热像仪虽然能够提供温度分布的可视化，但其无法实现连续监测，且热像图的拍摄时间难以同步，限制了其应用效果。因此，本文从解决这些关键问题出发，设计了一种基于红外热像技术的模温控制方案，结合实时监测、非接触测温和高精度温度分析等功能，旨在显著提升模具温度调节的精准性和效率。同时，通过实验验证其在压铸件质量优化中的实际效果，探索该方案在工业应用中的潜力，为提高铸件良品率和压铸设备运行效率提供理论和技术支持。

2模温控制系统的设计

系统由多种关键硬件组成，包括安装在压铸现场的在线红外热像仪、热像仪防护罩、电源设备，以及用于现场监控的工控机或PC。其中，在线红外热像仪作为核心组件，能够实时采集模具表面的温度分布数据，生成高分辨率的热像图，为模温分析提供直观的参考。热像仪防护罩为设备提供必要的物理保护，确保其在高温、高压、潮湿等复杂工作环境中的稳定运行。电源设备则为系统持续运行提供稳定的能源支持，而工控机或PC作为数据处理与监控中心，负责实时接收、存储并分析热像仪采集的温度数据，协助操作人员动态监测和优化模具温度控制。通过各硬件的紧密配合，系统能够在不中断生产的情况下，实现对模具温度的实时、精准监测，为压铸工艺提供高效、可靠的温度管理支持。接下来将对各组件进行详细说明。

2.1 红外热像仪

系统核心设备为高性能红外热像仪，集成了进口处理芯片、法国红外热成像芯片以及赛灵思FPGA逻辑芯片，这些高端硬件的组合确保了设备卓越的计算性能与稳定性。红外热像仪的分辨率为640×480红外像素，相较于传统设备，其像素密度更高，能够呈现更清晰的温度分布图，精确捕捉模具表面的温度变化，满足高精度测量需求。设备在3米以外即可准确识别被测物体的温度分布，确保即使在生产现场复杂环境中，也能保持较高的温度测量可靠性和成像质量。此外，目视条件下，红外热像仪能够清晰分辨模具轮廓，且精确测量直径为10mm的销钉温度，为精细部件的热分布分析提供支持。该红外热像仪还具有卓越的稳定性，支持7*24小时不间断运行，即使在高温、高湿或震动等严苛的工业环境下，依然能够持续提供可靠的温度数据。这种设计有效避免了传统测温设备因间歇性停机或误差带来的生产效率下降问题，特别适合高强度的压铸生产环境。具体的设备参数如表1所示：

表1

2.2 热像仪保护罩

为了确保红外热像仪在压铸工业现场的高温、油雾和气雾等严酷环境中能够稳定运行，系统采用了专门设计的IP67级防护热像仪保护罩。保护罩经过工业现场的严苛考验，具备卓越的密封性和抗污染能力，同时集成了多项功能性设计，全面保障设备的长期稳定运行。保护罩配备风冷冷却装置，通过高效散热技术有效控制设备内部温度，即使在极端高温环境中也能维持设备性能。此外，保护罩前端设有气帘和气动挡片，可形成清洁的气流屏障，将油雾和气雾有效隔离，确保镜头表面始终保持清洁状态，从而避免因污垢导致的成像质量下降。该保护罩的防护性能不仅延长了设备的使用寿命，也保证了模温监测的精确性和一致性。具体的保护罩性能参数如表2所示：

表2

2.3 一体式机柜

为保障模温监控系统在工业现场的高效运行，系统采用功能齐全的一体式机柜设计，将各类关键部件和功能集成于统一结构中，兼顾便捷性和可靠性。机柜的设计细节充分考虑了压铸现场的实际需求，具备高性能、高耐用性和易维护性。机柜配备气源压力检测装置，通过压力继电器实时监测气源压力，检测结果直观显示在屏幕上。当气源压力过低时，系统将触发故障报警，并停止模温自动采集，确保设备安全运行。机柜还集成了分水滤气器，用于高效过滤气源中的杂质和水气，并便于维护。人机交互端与设备柜采用一体式设计，结构紧凑，顶部配置吊钩，便于现场吊装和运输。根据现场需求，机柜的外形尺寸可定制，以适应不同的安装环境。核心控制硬件为研华品牌工控机，预装64位中文企业版Windows 10系统，配备i5及以上处理器、16GB内存、216GB固态硬盘和1TB机械硬盘，同时支持WIFI远程操作及升级。交互界面采用飞利浦24英寸触控屏，为用户提供友好直观的操作体验。供电方面，机柜支持AC220V 50Hz动力电源和DC24V控制电源，可根据现场情况调整。系统设计有信号防干扰措施和短路保护功能，有效提升信号传输的稳定性和设备运行的安全性。此外，机柜配备三色报警灯，用于指示系统运行状态。其他功能包括预留外部系统通讯的RJ45接口及额外的USB接口，满足多样化的外部连接需求。设备整体气源要求不低于0.5 MPa，以确保系统运行的稳定性和可靠性。这款一体式机柜通过高集成度和优化设计，为模温监控系统提供了坚实的基础，能够满足压铸现场复杂环境中的多样化需求。详细的功能介绍如表3所示：

表3

模温控制系统以高精度、高一致性和广泛测温范围为核心技术特点，其性能上限充分体现了系统在复杂工业环境中的卓越适应能力和可靠性。以下关键参数具体描述了系统的技术性能和应用价值：

1、全量程测温精度：系统实现了±2℃或±2%的测温精度，能够满足压铸过程中对模具表面温度监测的严苛要求。精确的测温数据不仅有助于识别温度异常点，还为模温调节提供了可靠依据，有效避免因温差波动引发的铸件缺陷，如缩痕、裂纹和气泡等；

2、测温一致性：系统的测温一致性高达±1℃或±1%，能够确保不同时间和空间点的温度数据始终保持高度一致。这种特性在压铸生产的连续性过程中尤为重要，能够提供稳定的热分布监测，为精准调控工艺参数提供支撑；

3、环境温度适应性：系统能够在-30℃至100℃的环境温度范围内稳定运行，适应压铸现场的极端工作环境。这种环境适应能力确保了系统在严苛条件下仍能提供可靠的测温结果，为长期工业应用奠定了坚实基础；

4、测温范围：系统的测温范围覆盖了-20℃至650℃，全面满足了模具从低温预热到高温压铸的全过程需求。广泛的测温范围使系统适合于多种不同工艺要求，具有更高的通用性和灵活性；

5、红外像素分辨率：系统配备了640×480像素的红外热像仪，以其高分辨率实现清晰的热成像效果。成像细节丰富，能够直观展现模具表面的热分布状态，为工程师提供精准的视觉分析工具。此外，高像素分辨率确保了测温的点密度和分辨率，能够准确测量直径为10mm的小目标区域温度。

通过上述关键参数，系统展示了其在压铸工艺中的卓越性能，具备实时、高效、精准的模具温度监测能力。这些技术性能不仅有助于改善铸件质量，还显著提高了生产效率，降低了资源浪费和维护成本，为现代化压铸生产提供了强有力的技术支持。

3实验验证

3.1 实验设计

在压铸生产过程中，模具温度的控制至关重要，尤其是在喷涂后冷却阶段。通常，喷涂后的模具温度应迅速降低至150℃左右，以确保良好的铸件质量，并避免由于过高的温度导致零部件局部的应力集中和裂纹生成。然而，在某一生产批次中，销钉部位的温度冷却后仍然保持在216℃，远高于理想温度，进而导致生产出的零部件在该部位经常发生开裂现象。由于在之前的生产过程中未使用热成像技术，生产团队未能及时发现冷却系统的问题，只有在零部件质量异常的情况下，才意识到该部位可能存在温度控制问题。如图1所示

图1

为了准确定位冷却过程中出现的问题，本次实验设计了热成像监测方案。实验的核心目标是利用热成像技术对模具的冷却过程进行实时监测，及时发现并分析温度异常区域，特别是销钉部位的温度异常情况。

实验过程中，将使用高精度的热成像仪对模具各个部位，尤其是销钉区域进行温度监控，借助热成像图像清晰地显示温度分布和变化。通过这种方式，可以直观地了解温度是否均匀下降，并对存在异常的部位进行精准定位，进而为后续的冷却系统调整提供数据支持。

实验步骤包括：

首先对模具喷涂后的温度进行基线测量，确保其温度分布符合预期要求；

接着，在模具冷却过程中，通过热成像仪对模具进行连续监控，特别是聚焦在销钉部位，观察其冷却过程中温度的变化情况。如图2、3所示

图2

图3

通过这些数据，能够及时发现销钉部位冷却不均匀或降温不足的问题。最后，根据热成像结果，调整模具的冷却系统，优化冷却效率，确保模具各部位温度降至合理范围内。

3.2 实验结果

通过实验，热成像技术成功地揭示了冷却过程中存在的问题。在初次使用热成像仪对模具冷却过程进行监测时，发现喷涂后的模具表面温度并未按照预期迅速降至150℃，尤其是在销钉部位，温度降幅明显不足。通过对热成像图像的分析，清楚地显示出销钉区域的温度始终维持在200℃左右，远高于150℃的目标值，导致该部位的金属材料未能充分冷却，进而产生了应力集中。这种温度过高的情况直接导致了零部件的局部开裂现象，且这种问题在生产过程中反复出现，严重影响了零部件的质量和生产效率。如图4所示：

图4

针对热成像图像中反映出的冷却不均问题，生产团队对模具冷却系统进行了整改。通过调整销钉部位的冷却通道布局，增加了冷却液的流量，并重新优化了冷却液的温控策略，以确保销钉区域能够得到充分的冷却。整改后，再次使用热成像仪对同一部位进行监测，结果显示销钉区域的温度降幅符合预期，成功降至了150℃左右。这一变化证明了冷却系统的调整有效提升了该部位的冷却效率。

经过整改后的冷却系统不仅解决了销钉部位温度过高的问题，还有效避免了因过高温度导致的零部件开裂。通过后续的生产验证，使用热成像技术监测后的模具冷却过程更加均匀，零部件的质量得到显著改善。最终，本次实验验证了热成像技术在发现冷却系统问题、提升生产质量中的重要作用，并为未来类似问题的解决提供了有效的技术手段。具体实验结果如图5所示

图5

3.3 模具异常处理

在压铸模具上销钉在高压铸造模具中起到定位、固定、导向、顶出、冷却、排气等多重作用，确保模具高效运行和铸件质量。也是在控制模具温度容易出现疏漏的地方。除了销钉以外，在滑块连接处的内侧降温也是模具水路和喷涂不容易处理的地方。在实验过程中发现模具上滑块连接处出现温度较高情况，喷涂前温度是299℃，喷涂后285℃，通过对一整天的数据进行对比如下图所示（图6为喷涂前，图7为喷涂后）。

图6

图7

通过数据分析和模具异常的检查，发现模具内部冷却水路接口漏水，导致模具温度无法及时有效降至合理范围以内，通过维修处理，得到改善。如图8、9是改善后数据。

图8

图9

4结论

本研究通过引入模温控制系统，成功解决了压铸生产中因冷却不均导致的零部件开裂问题。实验结果表明，喷涂后的模具温度应迅速降至150℃左右，但在未使用热成像技术之前，销钉部位的温度仍维持在207℃，远高于标准要求，这直接导致了生产过程中频繁出现的零部件开裂现象。通过热成像技术，及时发现了冷却系统在该部位存在的问题，进而对冷却系统进行了针对性调整。调整后的模具冷却效果显著改善，销钉部位的温度成功降至156℃，消除了开裂问题。

实验数据进一步验证了模温控制系统在提升压铸质量方面的有效性，特别是在确保模具温度均匀降低和优化冷却过程方面的优势。通过精准的温度监控与及时的调整，本研究不仅提高了生产效率，还大幅降低了由于温度控制不当导致的质量缺陷。实验结果的关键数据，如销钉部位的温度由207℃降至156℃，为进一步优化模温控制系统提供了可靠依据，证明了热成像技术在模具温度监测和控制中的重要作用，并且可以根据生产每模温度变化提前预判停机期间若不增加人为干预情况下需要7模左右才能恢复正常生产状态（如图10所示），以此依据可以在停机后适当增加关键部位温度减少热模时间减少产能损耗。这一改进方案有效提升了压铸零部件的质量，为压铸生产过程中的温控技术应用提供了宝贵的经验。

图10

本文作者：

洪祖荣

比亚迪弗迪动力事业部

电子邮箱：657552591@qq.com