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模温机在压铸工艺中的应用

日期:2019-04-23 10:16
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摘要:提要:模具的温度在金属溶液的热量散发,充型以及铸件凝固过程中都是关键的因素。 很多情况下不正常的模具温度会引发铸造缺陷。 模具温度控制是指将模具加热并保持在一定的工作温度上,以保证铸件质量稳定,缩短压射周期和延长模具寿命。 本文的内容主要来自于MAGMA铸件技术公司的相关研究,该公司应REGLOPLAS公司的要求对应用模温机提高铸件质量和生产效率进行了专题研究。 一、 模具的热平衡 压铸模的热交换可以认为是经过以下的过程:在每一个压射循环中,热量处于准平衡状态,模具散发出来的和导热油带出的热量...

提要:模具的温度在金属溶液的热量散发,充型以及铸件凝固过程中都是关键的因素。
   
很多情况下不正常的模具温度会引发铸造缺陷。
   
模具温度控制是指将模具加热并保持在一定的工作温度上,以保证铸件质量稳定,缩短压射周期和延长模具寿命。
 
   
本文的内容主要来自于MAGMA铸件技术公司的相关研究,该公司应REGLOPLAS公司的要求对应用模温机提高铸件质量和生产效率进行了专题研究。
 
一、 模具的热平衡
 
   
压铸模的热交换可以认为是经过以下的过程:在每一个压射循环中,热量处于准平衡状态,模具散发出来的和导热油带出的热量与液态金属传给模具的和铸件冷却发出的热量相平衡。热量通过热辐射和热传导的方式散发到周围,通过热传导传给模板。
导热油吸收的热量通过模温机散发。(见图1
 
1:热室压铸 模具的热平衡(流程目模拟图)
数值为百分比。*估值
动能  溶化的金属 喷嘴加热器 喷射 冷却
温度控制 浇铸  热辐射  I   热传导
二、模温控制的目的和对铸件的影响
 
   
模具的温度在金属溶液的热量散发,充型以及铸件凝固过程中都是关键的因素。
 
   
很多情况下不正常的模具温度会引起铸造缺陷。模具温度异常不仅给铸件质量带来不利影响,也影响模具寿命,脱模剂的使用效率和生产的连续性。
   
压铸实践经验表明在合金熔炼控制合格的情况下,铸造缺陷主要由模温不正常引起。
   
模温控制的主要目标是:
将模具加热到需要的工作温度
将模具的温度稳定在工作温度
 
   
达到以上目标后,会产生如下效果:
缩短压铸周期
铸件质量稳定
模具寿命延长
 
   
模具温度会影响:
表面质量
缩孔、缩松
流动性
压铸周期
充型
 
   
模温过高或过低产生的影响
   
以下情况基本上适用于所有的压铸合金,但影响的程度会因合金的种类而变化。
 
   
模温过高:
取件困难(因为热变形或粘模)
脱模剂失效
增加脱模剂的消耗
压铸周期延长
压铸模磨损(滑块等活动部分失效)
模具变形(动、定模有温度差)
铸件尺寸精度降低
结疤
缩孔、缩松的增大
 
   
模温过低:
取件困难(因为收缩)
粘模
脱模剂润滑效率恶化
冷隔
模具磨损(热冲击增加)
冷豆(部分凝固)
尺寸精度降低
流痕
充型不足
 
   
以上列举的某些缺陷需要进一步分析:
   
预热压射/模具磨损
   
利用起始几次压射预热模具会造成很大的温度梯度和热应力。预先加热模具既可减少内应力又可减少预热压射的次数。
 
   
充型不足/冷隔  
   
这类缺陷大多数发生在模温不足或下降时,例如在预热压射或生产重新开始时。
 
   
粘模
   
模温过高,喷涂的脱模剂不能在型腔表面生成保护膜,液态金属粘模的倾向增加,铸件冷却也不够,动模中的铸件冷却收缩不足或在顶出时变形。
 
   
脱模剂使用
   
如果不用模温机,为降低模温通常也可以喷涂大量的脱模剂,但是过量的喷脱模剂会引起铸件气孔缺陷,又会缩短模具寿命,因为型腔表面温度降低到了允许值以下,表面产生应力集中。
   
从内部控制模温可以避免因冷却而过量使用脱模剂。
 
三、 模温控制的准备工作
 
一个模温控制系统有以下三个部分
模具
温度控制装置
导热流体

 

    为保证模具的热量能被带出,每个部分必须满足下列条件:
在模具上冷却通道的总表面积越大越好,冷却通道的直径必须足够大以满足流体压力的需要。
模温机必须能够将模温保持在非常窄的区间内,模温机必须有足够的加热和冷却能力以及流体输送能力,达到优化控制。
导热流体必须具有优良的热传导能力,因为压铸模工作温度较高,通常需用采用导热油作为导热流体。因为导热油的热传导系数较低,模温机热交换系统的表面积要比用水做导热流体时要大一些。
 
四、 模温机
 
4.1
工作原理(图3

1. 油箱 2. 加热器 3. 冷却器  4. 泵 5. 冷却电磁阀 6. 液位控制
7.
控制部分 8. 注入口  9. 温度传感器 10. 模具


4 原理图
1
冷却器 2 加热器 3 泵 4 膨胀罐 5 冷却电磁阀
6
外部温度传感器 7 ―   8 液位开关 9 安全热继电器
10
旁路  11 水管过滤器 12 过滤器 13― 14― 15―
16
单向阀 17 回吸电磁阀 18 压力计19 内部传感器20 模具
   
用泵(4)将导热流体从带有加热器(2)和冷却器(3)的油箱(1)中抽出,通过模具,流回到油箱。有温度探头(9)测量导热流体的温度并传送到控制系统(7)。
 
   
控制器调节导热流体的温度,在工作时,如果模温超过控制器的设定值,控制器打开控制阀(5),冷却水流入直到导热流体的温度(即模具的温度)回到设定值。如果模具温度低于设定值,控制器会打开加热器(2)。

 

 4.2 设计特点和安全装置
 
   
模温机是与压铸工艺配套,又有工作温度较高的导热油,实际装置要比图3所示的基本工作原理复杂得多。
 
以(图2)为例:工作原理,主要设计特点和安全装置在图4到图8有详细描述。
 
   
整个系统包括电气部分(A),控制部分(B)和泵(B)、泵(C)。
 
   
为安全起见,以上各部分是相互独立的。
   
电气部分包括以下主要单元:
温度控制装置,带PID调节的三点控制器(加热/保持/冷却)。图8所示的是带微处理器的控制系统。
 
安全装置
有过热保护继电器(9)在温度达到*高限度时关闭加热系统。
有过热保护继电器防止油泵过载。    
 
泵送系统包括以下主要单元:
   
加热器必须设计成能避免导热油过热,否则系统的可靠性和导热油的寿命会大大降低,加热油有着火或焦化的危险。

 

    在加热器中是强制流动(图6),根据需要的加热能力,加热器是一组堆叠在一起的加热管(2)。加热元件带有金属翅片引导流体流动。冷却器(图6,项目1)是由一组管道组成,管中是循环冷却水,管外是导热流体。
 
   
压力泵(图5,项目3)一般是机械密封或磁力驱动离心齿轮泵。磁力泵是*理想的选择,它不需要机械密封无泄漏之虞,也无磨损。马达到泵的动力由永磁铁传递,外磁铁与马达轴相连,内磁铁与泵轴相连。

 

 


安全装置
膨胀罐(4):罐中相对较冷和平稳的流体将循环热油与大气隔离,防止可燃的油蒸气逃逸,减少氧化,可以大大延缓导热油的老化。
液面计(8)在液面过低时关闭压力泵和加热器。
 
4.3.1
模具中的温度变化(图9

 

 
   
模具中的温度各点不同也随压射周期而变化。型腔在压射后温度*高,这时液态金属接触到冷的型腔面,在合型后准备下次压射时的温度*低。
 
   
铸件质量控制的关键是将整个型腔温度的周期性变化保持恒定。
 
   
这与模具设计和冷却通道的设置、连接有很大的关系。模具温度的大幅波动会引起铸件尺寸精度变差。
 
   
模温机的作用是什么? 
   
模温机的作用就是使温度JoJm 保持恒定,在生产或停止时防止温差Jo-m扩大或缩小。

 

    

 因为压铸模中热量基本来自于液态金属,生产停止哪怕只有几个压射周期,不借助模温控制,模温会急剧下降,铸件废品率马上大幅上升。
 
4.3.2 
控制方法
 
   
下面的方法可用于控制模温:

   
测控导流流体温度(出口温度,图10)是*常用的方法。其控制精度在大多数情况下是可以接受的。
 
   
这种方法的主要缺点是:
   
对重复性生产*关键的模具温度没有测量。设定点可以固定,但实际的模温会受到与模具相关的因素影响而波动。压射时间的变化,液态金属的温度或冷却水都要引起模温变动。
 
   
用模具中的测温探头控制模具(图11)是模温需要严格恒定和全自动化生产时采用的控制方法。
在全自动化生产时,导热流体自动切换到吸收热量(生产时)或放出热量(加热,生产中断时)的温度。

 

    在控制导热流体温度时,生产开始前,控制器的温度设定点必须设在另外一个较低的点上,以使导热流体放出热量。
 
   
采用模具温度测控的主要优点是:
控制器上的温度设定点与模温一致。
直接测量和补偿模温的波动。温模控制的稳定程度肯定远好于控制流体温度的方法。
 
   
联合测控(图12)是将以上方法组合在一起。流体和模温同时测控,模温控制精度提高。
   
在测控模具温度和联合测控时,模具内测温探头的位置十分重要,必须考虑到模具的形状、布局和冷却通道位置。还有一点,探头必须靠近铸件*关键的质量控制部位。
 
  4.3.3 
与生产过程控制系统的联接
 
   
将一或数个模温机与生产控制系统联接的方法很多,考虑操作方便,可靠和减少波动,*好使用数字接口,例如RS485。在生产时模温机与生产控制系统可进行数据交换。模温机也可自行独立工作。
 
4.4  
系统设定
 
   
模温机系统设定主要根据压铸合金的品种,模具的重量,需要的预热时间和生产率(公斤/小时)。
  
参数 
用途

合金品种 
决定模温

模温 
决定导热流体品种

模具重量,预热时间 
决定加热能力

生产率 
决定冷却能力

模温梯度 
泵流量

压力与流量关系图 
泵压力


4.5  
操作者需采取的安全措施
 
   
在一定的条件下,导热油会燃烧,压铸工作温度也较高,操作者必须采取以下安全措施:
1
模温机要远离热源(如熔炼炉)
2
、模具联接必须采用包皮管或绝热管以防泄漏和能承受温度和压力(图13)。温度超过250时,只能用金属导管。
3
、定期检查模温机管路,确认无泄漏和功能正常。
4
、定期更换导热油
5
、使用热稳定性好的合成导热油,减少积垢。

 

五、模温机的优点和效率
 
使用模温机常带来以下优点:
延长模具寿命
因热分布均匀可延长模具寿命
消除应力裂纹,模具用火焰预热等常造成局部过热或间隙水冷形成热冲击引起局部内应力。
均匀和平稳地预热模具。
型芯不会过热
 
降低成本
模具修理减少
脱模剂用量减少
铸质量稳定,检验成本降低
预热时间缩短
模温不过热,液态金属不粘模,温度均匀模具滑块磨损小
用导热油,冷却通道不生锈、不结垢
 
提高生产率
生产开始前,有目的地快速预热模具
生产开始时模温即恒定,废品减少(不需要预热压射)
模温自动控制,与生产过程无关,所以铸件质量稳定
 
生产中断重启,废品减少,因为模具自动保持热稳定
 
改善压铸技术
模温控制不依赖操作人员
可以生产薄壁铸件
改善生产环境,散发热量降低
全自动化运行,模温自动控制
 
提高质量
铸件质量提高,尺寸精度改善,质量稳定,表面光洁,收缩裂纹减少。
 
六、结论
 
   
使用经验和前面提到MAGMA所做的研究均表明,在合金熔炼控制合格的情况下,铸造缺陷主要由模温不正常引起,所以模温必须控制。

 


浙公网安备 33011002013376号