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(huì)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(duì)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(gè)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(dòng)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(duì)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(huì)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(huì)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(huì)影響：
－表面質(zhì)量
－縮孔、縮松
－流動(dòng)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(huì)因合金的種類而變化。
 
  模溫過高：
－取件困難（因?yàn)闊嶙冃位蛘衬＃?br/> －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(dòng)部分失效）
－模具變形（動(dòng)、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?yàn)槭湛s）
－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(huì)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(shí)，例如在預(yù)熱壓射或生產(chǎn)重新開始時(shí)。
 
  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(dòng)模中的鑄件冷卻收縮不足或在頂出時(shí)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(huì)引起鑄件氣孔缺陷，又會(huì)縮短模具壽命，因?yàn)樾颓槐砻鏈囟冉档偷搅嗽试S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(gè)模溫控制系統(tǒng)有以下三個(gè)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(gè)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?yàn)閴鸿T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?yàn)閷?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(shí)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(jì)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(cè)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(shí)，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(huì)打開加熱器（2）。
 
 4.2設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)特點(diǎn)和安全裝置在圖4到圖8有詳細(xì)描述。
 
  整個(gè)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(shí)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(jì)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(huì)大大降低，加熱油有著火或焦化的危險(xiǎn)。
 
  在加熱器中是強(qiáng)制流動(dòng)（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(dòng)。冷卻器（圖6，項(xiàng)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(xiàng)目3）一般是機(jī)械密封或磁力驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(jì)（8）在液面過低時(shí)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(shí)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(shí)的溫度最低。
 
  鑄件質(zhì)量控制的關(guān)鍵是將整個(gè)型腔溫度的周期性變化保持恒定。
 
  這與模具設(shè)計(jì)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(dòng)會(huì)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(shí)防止溫差Jo-m擴(kuò)大或縮小。
 
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 因?yàn)閴鸿T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(gè)壓射周期，不借助模溫控制，模溫會(huì)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(cè)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(duì)重復(fù)性生產(chǎn)最關(guān)鍵的模具溫度沒有測(cè)量。設(shè)定點(diǎn)可以固定，但實(shí)際的模溫會(huì)受到與模具相關(guān)的因素影響而波動(dòng)。壓射時(shí)間的變化，液態(tài)金屬的溫度或冷卻水都要引起模溫變動(dòng)。
 
  用模具中的測(cè)溫探頭控制模具（圖11）是模溫需要嚴(yán)格恒定和全自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)采用的控制方法。
在全自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)，導(dǎo)熱流體自動(dòng)切換到吸收熱量