压铸模具的温度控制

《压铸模具的温度控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压铸模具的温度控制（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、压铸模具的温度控制 压铸模具的温度控制 卢晨，赵诚 ( 上海交通大学材料科学与工程学院，上海2 0 0 0 3 0 ) 铸造行业现在面临极大的挑战，必须通过技术革新提高铸造的生产效率和效益。 随着计算机工具的日益普及，铸造行业可以用模拟手段以预测和优化工艺参数，摆脱依 赖经验和摸索调整工艺参数，以提高工艺质量和降低开发费用。 压铸工艺有很高的生产效率，尤其受到汽车行业的青睐。但是汽车行业对压铸也有很高 的质量要求，不但要检验压铸件的质量，更要求认证和控制压铸生产的工艺过程，现在的压 铸工厂基本能做到。 目前汽车中的底盘零件、变速箱壳体和气缸体等安全件也开始采用压铸工艺制造，因此 对压铸工艺控制

2、的要求上了一个台阶，为保证质量和生产率必须充分运用各种技术，其中压 铸模具温度控制是一项很重要的技术。 1压铸模具中的热平衡 压铸模具始终保持热平衡，在一个压射周期中系统处于准稳定状态，通过模具发散到周 围环境和冷却剂中的热量与熔融金属带人的热量是相等的。如果对此系统中提供额外的热 量，比如说模具局部加热，在准稳定系统中，这些热量也必须散发出去。 实际生产过程中模具温度偏离设定值的波动对压铸模具的热平衡有很大影响。模具温度 是影响模具热量散发的重要因素，间接地影响到铸件充型和凝固过程。因此，模具温度不正 确是压铸过程产生问题的一个重要原因，不仅影响铸件的质量，还会影响到模具的寿命和生 产的连续

3、性。 1 1 压铸过程中温度的波动 由于压铸过程中的主要热源是熔融金属，即使是生产过程的短暂停顿，如果没有进行合 适的温度控制，都将造成模具温度的急剧下降。只要停2 3 个循环后，模具的准稳定热交 换状态就会破坏，出现铸造缺陷的可能增加。这样的短暂停顿在生产复杂铸件的时候经常出 现。 图1 和图2 显示了在有无足够模具温度控制下模具上不同点温度模拟曲线的对比，模拟 情况是在压铸l O 个铸件后，停顿1 0m i n 。 在开始生产的时候，温度从初始预热的温度开始上升。有着良好温度控制的模具其温度 仅仅在5 个铸件后就保持在同一水平。而温度控制不好的模具，1 0 次压铸循环后还没达到 准稳定平衡

4、状态。 - - - - 3 3 9 _ _ _ 第五届中国国际压铸会议论文集 两张图中都显示在生产停顿时，模具温度会下降。控制温度的模具其温度从一个相对较 低的水平慢慢下降。相反，温度控制不好的模具其温度从一个较高的温度快速下降。 在生产间歇之后，控制温度的模具仅在5 次压铸后就恢复到准平衡状态。从这点上看， 生产条件是稳定的，可重复的。相反，温度控制不好的条件下，即使再经过1 0 次压铸循 环，模具的温度曲线都达不到准稳定状态。 图1 有温度控制的模具的温度曲线 ( 中间停止1 0r a i n ；2 是导热油控制的型芯，6 是通水冷却的型芯，9 是型芯) 图2 温度控制不够的模具的温度曲线

5、 ( 中间停止1 0m i n 2 ；是导热油控制的型芯，6 是通水冷却的型芯，9 是型芯) - ，3 4 0 。u _ 压铸模具的温度控制 1 2 预热压射 预热压射过程通过快速的连续压射，使模具达到准稳态。模具的预热压射过程会产生很 高的温度梯度和热应力。如果选用功率足够的模温机，可以通过模具预热减小模具热应力。 通过控制模具的温度，可以减少预热压射过程的次数。压铸模还可在机器边先预热再装模。 1 3充型 众所周知，在薄壁铸件和复杂模具的情况下，熔融金属可能在压射过程中就凝固了。在 铝合金的压铸过程中，这种情况将产生流痕、冷隔等缺陷，更严重的是可能压射不足。经验 显示这些缺陷经常在温度急剧

6、降低的情况下产生，残缺类的铸件通常在预热压射过程中和生 产停顿后发生。模具温度控制可以有效解决这个问题。 1 4 粘模和变形 模具温度过高导致的典型问题是铸件有与模具过热区域粘模的倾向。造成这种情况有多 种原因：脱模剂在喷射到过热的模具表面时没能形成合适的薄膜，金属容易粘模。 模具温度过高导致另一问题是使开模时铸件温度过高。铸件无法很紧密地收缩到动模的 型芯上。开模时，铸件仍然粘连在定模上，结果使铸件变形。 图3 显示了一个水冷和油冷型芯中的温度分布，这是在第1 0 个压铸循环的开模时的情 景。模具的金属型芯仍然是热的。温度高于4 8 0o C 时容易导致粘模。另一方面，水冷的型芯 有高的温度

7、梯度，这种温度梯度会导致高的内部应力，使型芯容易过早损坏。所以，在这个 例子中，优化的方案是将油冷型芯的温度控制在不要太高，在型芯处避免粘模发生。 D e g r e e 辞s o l i d i f i c a t i o n 8 7 。9 1 1 水冷2 油冷 图3良好温度控制的模具在开模时内表面的温度分布 一3 4 1 第五届中国国际压铸会议论文集 1 5 脱模剂的使用和模具内表面的应力 喷脱模剂是一种操作简便的降低模具温度的方法。如果没有模具温度控制或冷却，喷脱 模剂是冷却模具的唯一方法0 但是喷脱模剂冷却模具不是很理想的方法，一是影响生产效率，二是过量喷脱模剂会引 起工作环境污染、铸

8、件气孔缺陷等各种问题。特别应当注意的是，过量喷脱模剂会影响模具 的寿命，模具加热后表面受到的是压缩应力，如果喷脱模剂冷却过量，模具表面下产生大温 度梯度，受力转变为拉伸应力，一般情况下，这个拉伸应力很容易超过材料的极限值，造成 表面龟裂。应该采用模具控制系统冷却或加热模具。 2模具温度控制系统的设计 模具温度控制的基本目标是快速达到准热平衡状态，更重要的是要保持恒定。另外，还 要能够按照压铸过程的需要来加热或冷却。加热的量或冷却的量取决于以下过程参数： ( 1 ) 循环时间； ( 2 ) 压射重量和熔融金属的温度； ( 3 ) 模具表面和表面的温度； ( 4 ) 型芯的数量等。 2 1 确定冷

9、却量 在每个压铸循环中，q 。是熔融金属带来的热量，q 。是从模具表面向周围发散的热量。 另外，凝固了的但仍然是热的铸件所包含的热量是Q 。为了估算不同模具需要的冷却能 力，要观察以下情况： ( 1 ) 模具的散热主要与模具的表面积有关。另外，模具是否用绝热材料包起来，也有 不容低估的影响。 ( 2 ) 给模具喷冷却剂，每次喷射会让表面温度在1 5 0 至2 5 0 1 2 之间的模具降温6 1 0k W 。 冷却量的计算公式： 1 P = 二_ 朋叼S( 1 ) 3 6 0 0 4、7 m = W S( 2 ) 式中P _ 能量，k W 卜压射重量( 不包括浇道) ，k g s _ 每小时压

10、射次数，s h g 热系数，k J k g ；铝合金和镁合金的q = 5 8 0k J k g ，锌合金的q = 1 6 0k J k g s 安全系数，s = 1 2 1 5 2 2 确定加热量 温度控制要预热模具，并在生产间歇时保持模具在平均操作温度。一个温度控制单元的 _ _ _ _ _ 3 4 2 压铸模具的温度控制 加热量的最低需求是2 1 中的散热量Q 。要在合适的时间内 加热量大约是散热量的4 倍。下面是散热量的近似公式： P L = A a 口2 0 式中P 。散热量 A 模具的外表面积，m 2 ( 2 3h ) 加热模具，需要的 卜预热温度与室温之差， 温度控制管道的表面积要

11、合适，传热流体的流动速度要足够大， 模具提供热量。 加热量的计算公式： P ：三一塑! ：鱼坠：鱼2 ：全皇：兰 3 6 0 0f 式中P _ 能量，k w m 。模具重量，k g m 广一传热流体的重量，k g c 。模具的比热，k J ( k g K ) ( 3 ) 以便能够在加热期间为 ( 4 ) c 厂一传热流体的比热，k J ( k g K ) A 0 = 0 一0 i( 5 ) 式中口。模具的操作温度， p i 模具的初始温度， 加热时间，h s 安全系数，s = 1 2 2 3结论 计算机模拟结果显示，压铸模具的温度控制能使铸件质量提高，废品减少。另外，在开 始生产前预热模具会更

12、快达到准稳定状态，这样就使生产效率大大提高。同时，通过提高模 具的使用寿命，使生产过程更为经济。模具温度控制在预热和连续生产过程中的温度梯度变 小，降低了模具的内应力。 压铸模具温度控制还是有些难点，所以模具温度控制系统要解决的两个主要问题是：如 何快速达到均匀的模具温度分布，以及如何快速将熔融金属带来的热量和凝固过程中产生的 热量散发出去。 为了保证铸件的质量，需要在模具中保持均匀的温度分布和合适的温度水平。另一方 面，从经济上考虑，希望能快速的将热量散发出去。而且，模具的使用寿命，不管是从技术 上还是从经济上来说，都是一个必须考虑的因素。 利用计算机模拟技术，可以在工艺设计过程中对冷却通道的位置和尺寸、冷却媒介温度 对模具散热的影响作系统分析。 _ _ _ _ _ 3 4 3 。_ _ _ _ _