一种工艺参数自适应调控的压铸模具的制作方法

本发明涉及压铸成型，尤其涉及一种工艺参数自适应调控的压铸模具。

背景技术：

1、压铸成型已被广泛用于汽车、通信、消费电子等领域的金属结构件制造。压铸模具通常由压射单元、熔体保温单元、模具型腔单元以及相应的执行件组成，压射速度、增压压力和模具温度等工艺参数对铸件内部气孔、缩孔、冷隔及表面飞边等缺陷具有显著影响。

2、在关联技术中，上述工艺参数大多依据试模经验分别进行独立设定，并在批量生产过程中以固定曲线或人工经验进行调节。金属熔体的温度、粘度和含气量等冶金状态参数在每一压铸循环中均可能发生波动，单一工艺参数的调整往往难以补偿多参数耦合带来的质量偏差，导致铸件质量一致性差、废品率偏高。

3、因此，如何解决压铸过程中多工艺参数难以联动调控、铸件质量一致性差的技术问题，是目前本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对关联技术的不足，提供一种工艺参数自适应调控的压铸模具，通过压射单元、熔体状态感知组件与调控单元的结构集成，并采用耦合强度系数矩阵对压射速度、增压压力和模具温度进行联动调控，解决了压铸过程中多工艺参数难以联动调控、铸件质量一致性差的技术问题，使关键工艺参数能够随金属熔体冶金状态的实时变化协同调整。

2、为实现上述目的，本发明的一种工艺参数自适应调控的压铸模具，包括：压射单元，所述压射单元包括压室和滑动配合于所述压室内的压射活塞，所述压射活塞上安装有力敏元件和加速度传感元件；熔体保温单元，连通于所述压室并用于为所述压室供给的金属熔体保温；模具型腔单元，与所述压室连通；熔体状态感知组件，设置于所述压室内以采集所述金属熔体的冶金状态参数；调控单元，分别与所述力敏元件、所述加速度传感元件、所述熔体状态感知组件、所述熔体保温单元以及分别设置于所述压射单元和所述模具型腔单元中的执行件电性连接；所述调控单元根据所述熔体状态感知组件、所述力敏元件及所述加速度传感元件反馈的传感信号，被配置为执行以下自适应调控步骤：采集所述压室中所述金属熔体的至少两种冶金状态参数；将所述冶金状态参数输入状态分类模型，得到所述金属熔体所处的状态类别，并提取所述冶金状态参数之间的关联关系特征；根据所述状态类别调用预设的耦合强度系数矩阵，依据所述耦合强度系数矩阵中各元素之间的耦合传递关系，计算目标压铸工艺参数的调整方向和调整幅度，使任一所述冶金状态参数的变化经所述耦合传递关系扩散为至少两个所述目标压铸工艺参数的联动调整，并将计算得到的所述调整方向和调整幅度回代所述耦合强度系数矩阵校验，当回代校验结果不满足所述联动调整时，重新计算所述调整方向和调整幅度；将所述目标压铸工艺参数分解为对应各执行件的控制指令，并基于所述耦合强度系数矩阵中对应元素所表征的参数耦合关系，校验各所述控制指令之间是否满足联动约束；若所述联动约束成立，以各所述控制指令驱动对应的执行件执行压铸操作；若所述联动约束不成立，返回修正所述状态类别并重新调用所述耦合强度系数矩阵，直至所述联动约束成立。

3、上述技术方案中，所述调控单元作为工业控制系统的核心，对压铸过程进行实时控制；所述熔体状态感知组件将金属熔体的冶金状态参数反馈至所述调控单元，所述调控单元依据所述耦合强度系数矩阵计算多参数耦合传递关系，并生成联动约束下的控制指令，从而驱动所述压射单元、所述熔体保温单元及所述模具型腔单元中的执行件协同动作，实现压铸工艺参数的自适应调控。

4、优选的，所述冶金状态参数包括所述金属熔体的温度、粘度和含气量；所述调控单元被配置为将各所述冶金状态参数分别与预设基准值比较，得到偏离方向和偏离幅度；将偏离幅度最大且所述耦合强度系数矩阵中对应行元素绝对值之和最大的冶金状态参数确定为主控参数，并优先依据所述主控参数的偏离方向调整与所述主控参数耦合的目标压铸工艺参数；当至少两个所述冶金状态参数同时偏离预设基准值时，依据所述耦合强度系数矩阵中各对应元素的绝对值大小及各所述冶金状态参数的偏离幅度共同确定各所述目标压铸工艺参数的调整优先级。

5、上述技术方案中，通过主控参数识别和多参数优先级排序，可在多参数同时波动时避免控制目标冲突，使所述调控单元优先解决对铸件质量影响最大的偏差源，从而提高自适应调控的针对性和响应速度。

6、优选的，所述粘度通过以下方式确定：所述调控单元获取所述压射活塞在压射过程中受到的总受力，基于所述压射活塞的已知质量和所述加速度传感元件采集的加速度计算惯性力分量，基于所述压射活塞在无熔体状态下的空载受力标定结果确定摩擦力分量，从所述总受力中减去所述惯性力分量和所述摩擦力分量得到粘性阻力分量，基于所述粘性阻力分量与粘度的预设标定曲线反推所述金属熔体的当前粘度；所述调控单元还被配置为将所述粘性阻力分量与预设的粘性阻力下限值比较，当所述粘性阻力分量低于所述粘性阻力下限值时，判定所述当前粘度无效并增大所述力敏元件的采样增益后重新采集所述总受力。

7、上述技术方案中，所述压射活塞在压射过程中同时受到惯性力、摩擦力和金属熔体粘性阻力的作用，通过力敏元件与加速度传感元件的同步测量，并对惯性力和摩擦力进行补偿，可在不单独设置在线粘度计的情况下获得金属熔体粘度，降低硬件成本并提高集成度。

8、优选的，所述关联关系特征包括温度-粘度耦合系数、粘度-含气量交互因子、温度-含气量相关性指数以及各所述冶金状态参数之间的时滞关联关系；所述时滞关联关系表征一冶金状态参数的变化对另一冶金状态参数的传导时滞；所述状态分类模型为基于历史生产数据中已标注状态类别的冶金状态参数样本训练得到的聚类模型或神经网络模型，在输出所述状态类别的同时，输出所述关联关系特征的浮点数值；所述浮点数值用于构建所述耦合强度系数矩阵中各元素的初始值并校验所述状态分类模型的输出置信度；当同一采样时刻的所述温度-粘度耦合系数与所述温度-含气量相关性指数所指示的状态类别不一致时，降低所述状态分类模型当前输出的置信度并扩大采样窗口重新分类。

9、上述技术方案中，通过温度、粘度和含气量之间的耦合系数、交互因子和时滞关联关系，能够量化多参数之间的动态影响路径，为所述耦合强度系数矩阵的构建提供数据驱动和工业机理模型相结合的依据，提高状态分类和参数预测的可靠性。

10、优选的，所述目标压铸工艺参数包括压射速度，所述压射速度与所述金属熔体的粘度呈非线性正相关，且存在一临界粘度区间；在所述临界粘度区间内，所述压射速度随所述粘度的变化率高于所述临界粘度区间外的变化率，且所述变化率随所述粘度在所述临界粘度区间内的位置连续变化，所述临界粘度区间基于历史生产数据经回归分析确定；所述临界粘度区间为第一粘度阈值至第二粘度阈值，当所述金属熔体的粘度在所述临界粘度区间内时，所述调控单元控制所述压射速度取值为第一压射速度至第二压射速度，当所述金属熔体的粘度低于所述第一粘度阈值时，控制所述压射速度取值低于所述第一压射速度且与之接近，当所述金属熔体的粘度高于所述第二粘度阈值时，控制所述压射速度取值高于所述第二压射速度。

11、上述技术方案中，通过引入临界粘度区间并设置区间内更高的速度变化率，可在金属熔体流动性发生显著变化的敏感区域快速调整压射速度，既避免因速度过低导致的冷隔和浇不足，也减少因速度过高导致的飞边和模具冲蚀。

12、优选的，所述目标压铸工艺参数还包括增压压力，所述增压压力与所述金属熔体的含气量呈正相关，所述金属熔体的含气量越高，所述增压压力越大，且所述增压压力与所述压射速度通过所述耦合强度系数矩阵中的对应元素建立参数相互限定关系；所述增压压力的取值直接决定所述压射速度在增压阶段开始时刻的允许上限，所述允许上限随所述增压压力的升高而增大；若所述压射速度超过所述允许上限，则所述调控单元优先降低所述压射速度而保持所述增压压力不变；所述调控单元还被配置为将所述金属熔体的当前含气量与预设的含气量分级阈值比较，确定所述当前含气量所处的含气量等级，所述增压压力的取值与所述含气量等级一一对应。

13、上述技术方案中，增压压力与含气量之间的正相关映射关系，能够在金属熔体含气量较高时通过提高增压压力补偿气体析出造成的缩孔倾向；同时，通过耦合强度系数矩阵建立增压压力与压射速度的相互限定关系，可防止两者单独调整时产生参数冲突，保证充型与补缩的协调性。

14、优选的，所述目标压铸工艺参数还包括模具温度，所述模具温度与所述金属熔体的温度呈负相关，所述金属熔体的温度越高，所述调控单元控制所述模具温度越低，且所述模具温度、所述压射速度与所述增压压力通过所述耦合强度系数矩阵构成三角约束环；所述模具温度经所述金属熔体的粘度影响所述压射速度，所述压射速度经所述耦合强度系数矩阵影响所述增压压力，所述增压压力经所述模具型腔单元承受的热负荷反过来影响所述模具温度，形成闭环约束；所述调控单元在确定所述模具温度、所述压射速度和所述增压压力的取值后，将所述模具温度、所述压射速度和所述增压压力代入所述三角约束环进行闭环迭代校验，直至连续两次迭代中所述模具温度、所述压射速度和所述增压压力的变化量均小于预设阈值。

15、上述技术方案中，模具温度、压射速度和增压压力三个关键工艺参数通过所述三角约束环相互影响，所述调控单元在每次调整后将三者回代闭环模型进行校验，可在参数组合进入不稳定区域之前及时修正，减少因参数失配导致的铸件缺陷。

16、优选的，所述模具型腔单元包括型腔，所述调控单元被配置为根据所述状态类别调整所述压射速度时，采用非单调压射速度曲线；所述非单调压射速度曲线在同一压射行程中至少包含一个速度跌落段和一个速度回升段；所述速度跌落段用于在所述金属熔体抵达所述模具型腔单元的浇口之前降低冲击速度，所述速度回升段用于在所述金属熔体进入所述型腔之后提高充型速度；所述速度跌落段的终点速度为所述速度回升段起点速度；所述调控单元在所述金属熔体的粘度落入所述临界粘度区间时启用所述非单调压射速度曲线，在所述金属熔体的粘度未落入所述临界粘度区间时采用单调压射速度曲线。

17、上述技术方案中，非单调压射速度曲线在浇口前设置速度跌落段以减缓金属熔体冲击并利于排气，在充型阶段设置速度回升段以保证充型完整，从而在金属熔体流动性敏感的临界粘度区间内兼顾气孔控制和充型质量。

18、优选的，所述调控单元被配置为在执行压铸操作之后执行耦合强度系数矩阵在线更新操作，具体为：获取铸件质量检测工位输出的铸件质量评分，将所述铸件质量评分与预设目标铸件质量评分比较得到质量偏差，根据所述质量偏差采用加权递归最小二乘方式更新所述耦合强度系数矩阵，并根据所述质量偏差的大小调整所述加权递归最小二乘方式的遗忘因子；将更新后的所述耦合强度系数矩阵代入所述联动约束校验，当更新后的所述耦合强度系数矩阵使所述联动约束不成立时，以所述联动约束为边界限定条件，采用保距修正方式将更新后的所述耦合强度系数矩阵调整至满足所述联动约束且相对更新前数值偏离最小的状态，直至更新后的所述耦合强度系数矩阵满足所述联动约束。

19、上述技术方案中，通过工业大数据对历史压铸循环的铸件质量评分和工艺参数进行在线学习，并采用加权递归最小二乘方式更新所述耦合强度系数矩阵，可使控制模型随模具磨损、环境温度变化及材料批次差异持续优化；保距修正方式则保证更新后的矩阵始终满足物理意义上的联动约束，防止模型发散。

20、优选的，所述熔体状态感知组件包括温度传感元件，所述调控单元被配置为在采集所述冶金状态参数之前执行保温温度预控操作，具体为：检测所述熔体保温单元中金属熔体的当前温度，根据所述当前温度与目标浇注温度的偏差，采用模型预测控制方式控制所述熔体保温单元中的加热功率，使所述金属熔体的温度趋近所述目标浇注温度；所述目标浇注温度对应一温度窗口，所述温度窗口的宽度根据所述温度传感元件的检测标准差、所述耦合强度系数矩阵在当前状态类别下对温度变化的最大灵敏度以及安全系数共同确定；所述温度窗口随所述耦合强度系数矩阵的在线更新而同步重新计算，且所述温度窗口的宽度还根据所述耦合强度系数矩阵的条件数确定，所述条件数为所述耦合强度系数矩阵的最大奇异值与最小奇异值之比，所述条件数越大，所述温度窗口越窄。

21、上述技术方案中，通过模型预测控制方式对熔体保温单元的加热功率进行预控，可在每一压铸循环开始前将金属熔体温度稳定于目标浇注温度附近；温度窗口依据检测不确定性和耦合强度系数矩阵条件数自适应调节，可在控制系统对参数变化敏感时放宽允许范围、在系统稳定时收紧窗口，兼顾控制鲁棒性与铸件质量精度。

22、与关联技术相比，本发明具有以下有益效果：第一，通过所述熔体状态感知组件实时采集冶金状态参数并结合状态分类模型，所述调控单元能够快速识别金属熔体的状态类别，实现工艺参数对熔体状态变化的快速响应；第二，通过所述耦合强度系数矩阵描述温度、粘度和含气量与压射速度、增压压力、模具温度之间的多参数耦合传递关系，实现多个目标压铸工艺参数的联动调整，减少因单一参数调节引起的质量波动；第三，通过回代校验和联动约束校验，保证参数调整的可行性与稳定性，防止参数组合进入失效区域；第四，通过非单调压射速度曲线与临界粘度区间的匹配，兼顾低速排气与高速充型，降低气孔、冷隔等缺陷倾向；第五，通过耦合强度系数矩阵在线更新操作和温度窗口自适应调节，使控制模型能够随生产条件演化持续优化，提高铸件质量一致性和生产效率。

23、由上可见，本发明方案可拆解为以下核心特征：压射单元、熔体保温单元、模具型腔单元、熔体状态感知组件和调控单元构成的硬件集成；状态分类模型与关联关系特征提取；耦合强度系数矩阵调用与回代校验；目标压铸工艺参数分解与联动约束校验；主控参数识别与调整优先级；基于力分解的粘度反推；温度-粘度-含气量时滞关联关系；临界粘度区间与压射速度非线性映射；增压压力与含气量协同限定；模具温度、压射速度和增压压力的三角约束环；非单调压射速度曲线；耦合强度系数矩阵在线更新操作；保温温度预控操作与自适应温度窗口。上述特征相互关联，共同构成不可分割的多参数自适应调控体系。