昆山新久陽機(jī)械設(shè)備有限公司

提要：模具的溫度在金屬溶液的熱量散發(fā)，充型以及鑄件凝固過程中都是關(guān)鍵的因素。
  很多情況下不正常的模具溫度會引發(fā)鑄造缺陷。
  模具溫度控制是指將模具加熱并保持在一定的工作溫度上，以保證鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，縮短壓射周期和延長模具壽命。
  本文的內(nèi)容主要來自于MAGMA鑄件技術(shù)公司的相關(guān)研究，該公司應(yīng)REGLOPLAS公司的要求對應(yīng)用模溫機(jī)提高鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)效率進(jìn)行了專題研究。
 
一、模具的熱平衡
 
  壓鑄模的熱交換可以認(rèn)為是經(jīng)過以下的過程：在每一個壓射循環(huán)中，熱量處于準(zhǔn)平衡狀態(tài)，模具散發(fā)出來的和導(dǎo)熱油帶出的熱量與液態(tài)金屬傳給模具的和鑄件冷卻發(fā)出的熱量相平衡。熱量通過熱輻射和熱傳導(dǎo)的方式散發(fā)到周圍，通過熱傳導(dǎo)傳給模板。
導(dǎo)熱油吸收的熱量通過模溫機(jī)散發(fā)。（見圖1）
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圖1：熱室壓鑄模具的熱平衡（流程目模擬圖）
數(shù)值為百分比。*估值
A 動能B 溶化的金屬C 噴嘴加熱器D 噴射E 冷卻
F 溫度控制G 澆鑄H 熱輻射I 熱傳導(dǎo)
二、模溫控制的目的和對鑄件的影響
 
  模具的溫度在金屬溶液的熱量散發(fā)，充型以及鑄件凝固過程中都是關(guān)鍵的因素。
 
  很多情況下不正常的模具溫度會引起鑄造缺陷。模具溫度異常不僅給鑄件質(zhì)量帶來不利影響，也影響模具壽命，脫模劑的使用效率和生產(chǎn)的連續(xù)性。
  壓鑄實踐經(jīng)驗表明在合金熔煉控制合格的情況下，鑄造缺陷主要由模溫不正常引起。
  模溫控制的主要目標(biāo)是：
－將模具加熱到需要的工作溫度
－將模具的溫度穩(wěn)定在工作溫度
 
  達(dá)到以上目標(biāo)后，會產(chǎn)生如下效果：
－縮短壓鑄周期
－鑄件質(zhì)量穩(wěn)定
－模具壽命延長
 
  模具溫度會影響：
－表面質(zhì)量
－縮孔、縮松
－流動性
－壓鑄周期
－充型
 
  模溫過高或過低產(chǎn)生的影響
  以下情況基本上適用于所有的壓鑄合金，但影響的程度會因合金的種類而變化。
 
  模溫過高：
－取件困難（因為熱變形或粘模）
－脫模劑失效
－增加脫模劑的消耗
－壓鑄周期延長
－壓鑄模磨損（滑塊等活動部分失效）
－模具變形（動、定模有溫度差）
－鑄件尺寸精度降低
－結(jié)疤
－縮孔、縮松的增大
 
  模溫過低：
－取件困難（因為收縮）
－粘模
－脫模劑潤滑效率惡化
－冷隔
－模具磨損（熱沖擊增加）
－冷豆（部分凝固）
－尺寸精度降低
－流痕
－充型不足
 
  以上列舉的某些缺陷需要進(jìn)一步分析：
  預(yù)熱壓射/模具磨損
  利用起始幾次壓射預(yù)熱模具會造成很大的溫度梯度和熱應(yīng)力。預(yù)先加熱模具既可減少內(nèi)應(yīng)力又可減少預(yù)熱壓射的次數(shù)。
 
  充型不足/冷隔 
  這類缺陷大多數(shù)發(fā)生在模溫不足或下降時，例如在預(yù)熱壓射或生產(chǎn)重新開始時。
 
  粘模
  模溫過高，噴涂的脫模劑不能在型腔表面生成保護(hù)膜，液態(tài)金屬粘模的傾向增加，鑄件冷卻也不夠，動模中的鑄件冷卻收縮不足或在頂出時變形。
 
  脫模劑使用
  如果不用模溫機(jī)，為降低模溫通常也可以噴涂大量的脫模劑，但是過量的噴脫模劑會引起鑄件氣孔缺陷，又會縮短模具壽命，因為型腔表面溫度降低到了允許值以下，表面產(chǎn)生應(yīng)力集中。
  從內(nèi)部控制模溫可以避免因冷卻而過量使用脫模劑。
 
三、模溫控制的準(zhǔn)備工作
 
一個模溫控制系統(tǒng)有以下三個部分
－模具
－溫度控制裝置
－導(dǎo)熱流體
 
  為保證模具的熱量能被帶出，每個部分必須滿足下列條件：
－在模具上冷卻通道的總表面積越大越好，冷卻通道的直徑必須足夠大以滿足流體壓力的需要。
－模溫機(jī)必須能夠?qū)⒛乇３衷诜浅Ｕ膮^(qū)間內(nèi)，模溫機(jī)必須有足夠的加熱和冷卻能力以及流體輸送能力，達(dá)到優(yōu)化控制。
－導(dǎo)熱流體必須具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)能力，因為壓鑄模工作溫度較高，通常需用采用導(dǎo)熱油作為導(dǎo)熱流體。因為導(dǎo)熱油的熱傳導(dǎo)系數(shù)較低，模溫機(jī)熱交換系統(tǒng)的表面積要比用水做導(dǎo)熱流體時要大一些。
 
四、模溫機(jī)
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4.1工作原理（圖3）
1.油箱2.加熱器3.冷卻器4.泵5.冷卻電磁閥6.液位控制
7.控制部分8.注入口9.溫度傳感器10.模具
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圖4原理圖
1冷卻器2加熱器3泵4膨脹罐5冷卻電磁閥
6外部溫度傳感器7― 8液位開關(guān)9安全熱繼電器
10旁路 11水管過濾器12過濾器13―14―15―
16單向閥17回吸電磁閥18壓力計19內(nèi)部傳感器20模具
  用泵（4）將導(dǎo)熱流體從帶有加熱器（2）和冷卻器（3）的油箱（1）中抽出，通過模具，流回到油箱。有溫度探頭（9）測量導(dǎo)熱流體的溫度并傳送到控制系統(tǒng)（7）。
 
  控制器調(diào)節(jié)導(dǎo)熱流體的溫度，在工作時，如果模溫超過控制器的設(shè)定值，控制器打開控制閥（5），冷卻水流入直到導(dǎo)熱流體的溫度（即模具的溫度）回到設(shè)定值。如果模具溫度低于設(shè)定值，控制器會打開加熱器（2）。
 
 4.2設(shè)計特點(diǎn)和安全裝置
 
  模溫機(jī)是與壓鑄工藝配套，又有工作溫度較高的導(dǎo)熱油，實際裝置要比圖3所示的基本工作原理復(fù)雜得多。
 
以（圖2）為例：工作原理，主要設(shè)計特點(diǎn)和安全裝置在圖4到圖8有詳細(xì)描述。
 
  整個系統(tǒng)包括電氣部分（A），控制部分（B）和泵（B）、泵（C）。
 
  為安全起見，以上各部分是相互獨(dú)立的。
  電氣部分包括以下主要單元：
－溫度控制裝置，帶PID調(diào)節(jié)的三點(diǎn)控制器（加熱/保持/冷卻）。圖8所示的是帶微處理器的控制系統(tǒng)。
 
安全裝置
－有過熱保護(hù)繼電器（9）在溫度達(dá)到最高限度時關(guān)閉加熱系統(tǒng)。
－有過熱保護(hù)繼電器防止油泵過載。  
 
泵送系統(tǒng)包括以下主要單元：
  加熱器必須設(shè)計成能避免導(dǎo)熱油過熱，否則系統(tǒng)的可靠性和導(dǎo)熱油的壽命會大大降低，加熱油有著火或焦化的危險。
 
  在加熱器中是強(qiáng)制流動（圖6），根據(jù)需要的加熱能力，加熱器是一組堆疊在一起的加熱管（2）。加熱元件帶有金屬翅片引導(dǎo)流體流動。冷卻器（圖6，項目1）是由一組管道組成，管中是循環(huán)冷卻水，管外是導(dǎo)熱流體。
 
  壓力泵（圖5，項目3）一般是機(jī)械密封或磁力驅(qū)動離心齒輪泵。磁力泵是最理想的選擇，它不需要機(jī)械密封無泄漏之虞，也無磨損。馬達(dá)到泵的動力由永磁鐵傳遞，外磁鐵與馬達(dá)軸相連，內(nèi)磁鐵與泵軸相連。
 
 


安全裝置
－膨脹罐（4）：罐中相對較冷和平穩(wěn)的流體將循環(huán)熱油與大氣隔離，防止可燃的油蒸氣逃逸，減少氧化，可以大大延緩導(dǎo)熱油的老化。
－液面計（8）在液面過低時關(guān)閉壓力泵和加熱器。
 
4.3.1模具中的溫度變化（圖9）
 
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  模具中的溫度各點(diǎn)不同也隨壓射周期而變化。型腔在壓射后溫度最高，這時液態(tài)金屬接觸到冷的型腔面，在合型后準(zhǔn)備下次壓射時的溫度最低。
 
  鑄件質(zhì)量控制的關(guān)鍵是將整個型腔溫度的周期性變化保持恒定。
 
  這與模具設(shè)計和冷卻通道的設(shè)置、連接有很大的關(guān)系。模具溫度的大幅波動會引起鑄件尺寸精度變差。
 
  模溫機(jī)的作用是什么？ 
  模溫機(jī)的作用就是使溫度Jo和Jm保持恒定，在生產(chǎn)或停止時防止溫差Jo-m擴(kuò)大或縮小。
 
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 因為壓鑄模中熱量基本來自于液態(tài)金屬，生產(chǎn)停止哪怕只有幾個壓射周期，不借助模溫控制，模溫會急劇下降，鑄件廢品率馬上大幅上升。
 
4.3.2 控制方法
 
  下面的方法可用于控制模溫：


  測控導(dǎo)流流體溫度（出口溫度，圖10）是最常用的方法。其控制精度在大多數(shù)情況下是可以接受的。
 
  這種方法的主要缺點(diǎn)是：
  對重復(fù)性生產(chǎn)最關(guān)鍵的模具溫度沒有測量。設(shè)定點(diǎn)可以固定，但實際的模溫會受到與模具相關(guān)的因素影響而波動。壓射時間的變化，液態(tài)金屬的溫度或冷卻水都要引起模溫變動。
 
  用模具中的測溫探頭控制模具（圖11）是模溫需要嚴(yán)格恒定和全自動化生產(chǎn)時采用的控制方法。
在全自動化生產(chǎn)時，導(dǎo)熱流體自動切換到吸收熱量