一种高强韧轻量化压铸铝合金壁炉铸件分区温控成型方法与流程

本发明涉及铝合金压铸成型控制，尤其涉及一种高强韧轻量化压铸铝合金壁炉铸件分区温控成型方法。

背景技术：

1、压铸铝合金壁炉铸件通常同时包含燃烧室、门框、装饰面及过渡薄壁结构，各区域在壁厚、热容量、充型路径和表面质量要求方面存在差异。连续压铸过程中，模具不同区域受到铝液带入热量、冷却支路换热、局部加热、环境换热和循环节拍共同作用，区域温度状态随循环发生变化。

2、现有成型控制多依据单点模温或固定冷却参数进行调节，难以反映不同区域之间的传热耦合及未建模热负荷。当局部区域提前凝固时，可能出现充型不足和补缩通道过早关闭；当区域温度梯度或凝固进程不协调时，还可能产生热裂纹和翘曲。固定的压射、增压和保压设置也难以与动态热状态配合，导致尺寸、表面和成型完整性难以兼顾。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的高强韧轻量化压铸铝合金壁炉铸件分区温控成型方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种高强韧轻量化压铸铝合金壁炉铸件分区温控成型方法，针对现有技术难以依据壁炉铸件区域壁厚、散热及循环工况差异协调充型、凝固、补缩和脱模质量的问题，提出了将型腔划分为燃烧室区、门框区、装饰面区和过渡薄壁区，对相位同步数据进行异常剔除，由带扰动观测器的分区热容-热阻网络及递推辨识获得分区热状态，按四相位生成缺陷风险指数和动态约束，并在设备边界内通过模型预测控制联合求解分区冷却、局部加热及压射参数的技术方案；同时利用型腔压力残差、温度残差和铸件检测结果更新热参数、风险阈值及代价权重，本发明具备跟踪区域热负荷漂移、协调多区域凝固进程并形成跨循环质量反馈的技术效果。

2、本发明提供了一种压铸铝合金壁炉铸件分区温控成型方法，包括：

3、s1、将型腔划分为燃烧室区、门框区、装饰面区和过渡薄壁区，采集热状态关联量、压铸过程量和工况量，并按压铸循环相位同步，得到分区周期数据；

4、s2、对分区周期数据进行异常剔除，将异常剔除后的分区周期数据输入带扰动观测器的分区热容-热阻网络并递推辨识，得到由各区模具表面温度、铝液前沿到达时间、局部固相分数、温度梯度和热负荷漂移组成的分区热状态；

5、s3、根据所述分区热状态，按充型、凝固初期、补缩和脱模前四相位计算各区缺陷风险指数，并依据风险阈值将所述缺陷风险指数转换为充型、温度梯度、补缩、冷却和阀动作动态约束，得到动态风险约束集；

6、s4、将所述动态风险约束集和所述分区热状态输入模型预测控制器，在设备压力边界和速度边界内求解各区冷却阀开度及持续时间、局部加热功率、压射速度分段值、增压起始点和保压时间，得到分区控制指令；

7、s5、执行所述分区控制指令，根据获得的型腔压力残差、温度残差和铸件检测结果，递推更新所述分区热容-热阻网络的热参数、所述风险阈值和所述模型预测控制器的代价权重，供下一循环使用，并输出铸件质量判定结果。

8、可选的，s1包括：

9、依据型腔壁厚、浇口至型腔位置、冷却支路覆盖范围和相邻区域传热边界建立分区拓扑关系；

10、所述热状态关联量包括模具温度、冷却支路流量及进出口温差，所述压铸过程量包括型腔压力、充型位置和局部加热状态，所述工况量包括环境温度和循环节拍；

11、以压射启动时刻作为循环相位基准，对各采集量添加区域标识、采样时刻和循环编号，并将不同采样频率的采集量重采样至预设相位节点，形成所述分区周期数据。

12、可选的，s2包括：

13、依据传感器量程、相邻采样点变化限值和同一分区内能量平衡残差识别异常采样值；

14、以各区模具和铝液的等效热容为节点参数，以区内换热、相邻区域传热和冷却支路换热对应的等效热阻为连接参数，建立所述分区热容-热阻网络；

15、由扰动观测器估计环境换热及循环带入的未建模热负荷，由递推辨识根据型腔压力、充型位置和温度响应修正所述节点参数及连接参数，并根据修正后的网络状态确定所述分区热状态。

16、可选的，s3包括：

17、针对每一分区的充型相位，根据铝液前沿到达时间与可充型时间区间的偏差生成充型不足风险分量，所述可充型时间区间由分区热容-热阻网络预测的铝液进入该分区至局部固相分数达到充型终止阈值的时长确定；

18、针对每一分区的凝固初期相位，根据局部固相分数与温度梯度生成过早凝固风险分量和热裂风险分量；

19、针对每一分区的补缩相位，根据型腔压力保持状态和局部固相分数生成补缩不足风险分量，所述型腔压力保持状态由型腔压力达到或超过补缩压力阈值的持续时间确定；

20、针对每一分区的脱模前相位，根据模具表面温度与脱模温度区间的偏差及温度梯度生成翘曲风险分量；

21、对同一分区、同一相位的风险分量进行量纲归一化并按预设分量权重合成该分区该相位的缺陷风险指数，所述预设分量权重和风险阈值由合格铸件对应相位的缺陷风险指数样本及铸件检测结果标定，并在预设分位数处确定所述风险阈值；

22、进一步的，为每一分区、每一相位设置第一风险阈值和大于所述第一风险阈值的第二风险阈值；

23、将不大于所述第一风险阈值的缺陷风险指数划入第一风险等级，将大于所述第一风险阈值且不大于所述第二风险阈值的缺陷风险指数划入第二风险等级，将大于所述第二风险阈值的缺陷风险指数划入第三风险等级；

24、建立各风险等级与充型热窗口下限、温度梯度上限、补缩保持时间下限、总冷却流量上限及阀动作变化率上限之间的映射表，并根据该映射表生成所述动态风险约束集；

25、进一步的，以当前压铸循环开始时的约束参数和代价权重作为基准值，并以当前压铸循环开始时设定的局部固相分数允许区间作为基准区间；

26、对处于第三风险等级的分区，将温度梯度上限设为小于对应基准值的映射值，将局部固相分数允许区间设为所述基准区间的子区间，并将充型热窗口下限和补缩保持时间下限设为不小于对应基准值的映射值；

27、对处于第二风险等级的分区，将缺陷风险代价权重设为大于对应基准值的映射值；

28、对处于第一风险等级的分区，将能耗代价权重设为不小于对应基准值的映射值，并允许冷却和加热控制量在设备压力边界、速度边界、总冷却流量上限及阀动作变化率上限内沿减小能耗代价的方向调整。

29、可选的，s4包括：

30、以各区模具表面温度、局部固相分数和热负荷漂移作为预测状态，以各区冷却阀开度及持续时间、局部加热功率、压射速度分段值、增压起始点和保压时间作为待求解控制量，在滚动预测时域内构建包含缺陷风险代价、控制量变化代价和能耗代价的目标函数；

31、将所述动态风险约束集以及所述压力边界和速度边界作为求解约束，按预设控制周期求解所述目标函数，并将求解所得首个控制时域的控制量作为所述分区控制指令执行。

32、可选的，s5包括：

33、所述铸件检测结果包括脱模尺寸偏差、翘曲量和表面缺陷类别及位置；

34、根据所述型腔压力残差和温度残差，在每一压铸循环结束后更新扰动观测器状态和所述热参数；

35、在包含预设循环数量的滑动窗口内，根据所述铸件检测结果修正各相位对应的风险阈值和缺陷风险代价权重；

36、将所述脱模尺寸偏差和翘曲量分别与对应公差限比较，并将表面缺陷类别与预设缺陷允许集合比较，依据比较结果生成所述铸件质量判定结果；

37、进一步的，当同一温度传感器的温度残差或同一型腔压力传感器的型腔压力残差连续预设次数超过对应残差阈值，或者该传感器输出状态标志为故障时，判定该传感器不一致；

38、对于温度传感器，根据各分区之间是否共享传热边界建立传热邻接关系，选取与故障传感器所在分区具有传热邻接关系的分区，将分区热容-热阻网络输出的同类温度预测值按照共享传热边界对应等效热阻的倒数加权，所得温度加权值替代故障温度传感器的采集值；

39、对于型腔压力传感器，由型腔压力观测器根据压射压力、充型位置和充型路径压力损失系数生成各分区型腔压力预测值，将与故障传感器所在分区具有共同充型路径的分区对应预测值按照所述压力损失系数的倒数加权，所得压力加权值替代故障型腔压力传感器的采集值；

40、并将下一压铸循环的阀开度变化率和局部加热功率变化率限制在最近一次无故障循环采用的对应变化率上限以内；

41、进一步的，将每一压铸循环内的分区周期数据、分区热状态及分区控制指令组成循环更新记录，并根据所述循环更新记录在每一压铸循环结束后更新扰动观测器状态和热参数；

42、将所述滑动窗口内的型腔压力残差、温度残差和铸件检测结果组成滑动窗口辨识记录，并在每一滑动窗口结束后根据所述滑动窗口辨识记录修正风险阈值和代价权重；

43、对于仅由残差连续超限触发的传感器不一致，要求该传感器的原始采样状态标志保持正常，对于由状态标志故障触发的传感器不一致，要求该传感器的原始采样状态标志恢复正常，并且由未经替代的原始采样值计算的对应残差连续预设次数均未超过对应残差阈值时，解除故障采集值替代以及基于故障触发的变化率限制，解除后所述分区控制指令仍受设备压力边界、速度边界和动态风险约束集约束。

44、本发明的有益效果是：

45、1、通过型腔分区、相位同步采集以及带扰动观测器的分区热容-热阻网络，可将区域散热差异、环境换热和循环热负荷纳入状态估计，并通过递推辨识持续修正热参数。

46、2、通过按充型、凝固初期、补缩和脱模前相位计算缺陷风险并转换为动态约束，使模型预测控制器能够在设备边界内联合协调冷却阀、局部加热、压射速度、增压起始点和保压时间。

47、3、通过过程残差和脱模尺寸、翘曲及表面缺陷结果的双时间尺度反馈，可修正风险阈值和代价权重，并在传感器不一致时采用分类预测替代和动作变化率限制，从而保持连续生产过程的可控性并输出质量判定。