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淺談模具模温机在壓鑄工藝中的應用

2015-04-06 16:57:36 江门市携成机械有限公司 阅读
提要:模具的溫度在壓鑄合金金屬溶液在成型凝固過程中向模具體內的熱量散發而形成的溫度。模溫在壓鑄工藝中是個關鍵參數,充型以及鑄件凝固過程中都是關鍵的因素。異常的模具溫度會引發內部縮孔、燒模、流紋、冷隔等壓鑄常見缺陷。
模具溫度控制是指將模具加熱并保持在一定的工作溫度溫度范圍內,以保證鑄件質量穩定,縮短壓射周期和延長模具壽命。模溫控制有多種方法,起初是自然冷卻(砂型鑄造體現的明顯些)但是這種方法周期時間長,工藝不穩定,于是壓鑄實踐過程中,人們發明了許多方法和相關設備。總體來看可以分為模具外冷和內冷,外冷用噴脫模劑實現,而內冷目前主要是水冷(運水)和油冷。模温机是冷卻工具之一,推動流體(水、油等)循環而模具達到熱平衡。雖然也有些公司使用了電加熱裝置對模具加熱,但是油冷卻的模温机相對普遍,因此本文主要講述以油溫冷卻介質的模温机。
壓鑄中重要參數—模溫
一、壓鑄模具的熱平衡
模具的平衡溫度即是產品到達穩定所體現的出來的溫度,通常用遙感設備(如紅外線熱像儀、模溫槍等)測出。熱交換是壓鑄模平衡溫度的途徑,一般認為是經過以下的過程:每一個壓射循環中,熱量處于相對平衡狀態,模具散發出來的和導熱油帶出的熱量及運水(如有運水)帶出的熱量與液態金屬傳給模具的和鑄件冷卻發出的熱量相平衡。熱量通過熱輻射和熱傳導及少量對流的方式散發到周圍,通過熱傳導傳給模肉模板。導熱油及運水吸收的熱量通過模温机散發見圖1a圖1b
圖1a熱室壓鑄模具的熱平衡(流程目模擬圖)
數值為百分比。*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
圖1b冷室壓鑄模具運水及模温机冷卻循環示意圖
二、模溫控制的目的和對鑄件的影響
模溫是壓鑄工藝中關鍵參數之一,對提高生產效率和獲得優質鑄件有著重要的影響。
長期的壓鑄實踐經驗表明,合金熔煉按照規程操作,控制合格的情況下,鑄造缺陷冷隔、流紋、發黑、縮孔、燒模等質量問題很大程度上是由于模溫控制不好引起的另外,模溫還會影響模具壽命、脫模劑的使用效率和生產的連續性、生產效率。
1控制模溫的主要目標
為了保證壓鑄生產過程的正常連續進行,模具工作溫度應保持在一定的范圍內,就必須使模具處于熱平衡的狀態下,以獲得良好的產品品質和較高的效率,以及達到降低模具早期龜裂,延長模具壽命的效果。
模具熱平衡指的每一個壓鑄循環中,熔融金屬傳給模具的熱量,應等于模具傳走的熱量和冷卻及加熱裝置所傳走的熱量。
?預熱:即將壓鑄生產時,將常溫的模具加熱到需要的溫度內。
剛開始就利用起始幾次低速壓射預熱模具會造成很大的溫度梯度和熱應力。預先加熱模具既可減少內應力又可減少預熱壓射的次數。預熱的溫度范圍一般為150180℃(見下表)達到合理的范圍內溫度可以降低模具的磨損,降低成本和生產效率。不少壓鑄廠剛上完模具,對模具預熱是采用燃氣熱模,而此種燒只能表面加熱,逐漸往里面傳遞,外表面和模肉內核溫差還是比較大。建議在燃氣加熱模具表面前,先開啟模温机三十來分鐘,對模肉內部加熱,這樣對模具延壽會有好。
?恒定溫度范圍:將模具的溫度穩定在一定的工作溫度內。
壓鑄模具工作溫度推薦表:
合金類別
模具預熱溫度(℃)
模具工作溫度(℃)
鋅合金
120160
160200
鎂合金
150180
180250
鋁合金
150180
180260
銅合金
200250
250300
2模溫過高或過低都會產生一些不利影響,總結起來莫過于模溫過高或者過低兩種情況:
1模溫過高,會產生一下問題:
因為產品熱變形或粘模致使取件困難,甚者粘模;
增加脫模劑成本—脫模劑一般為有機化合物制成,若模溫過高,影響其化學穩定性,容易造成分解而失效,模具型腔表面生成一層保護膜遭到破壞,增加脫模劑的消耗;
脫模劑分解為氣體,會增加產品內氣孔的出現;
壓鑄周期延長壓鑄模磨損(例如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;
模肉配合不到位,飛料;
因局部模溫國引起的燒模會影響產品外觀,甚者影響到功能
縮孔、縮松的增大,起泡或起皮;
影響到產品強度—合金冷卻溫度降低,產品細晶層厚減薄,晶粒較粗大,故強度有所下降;
易出現收縮凹陷。
2模溫過低,會出現一系列“雜癥”
 高溫鋁液遇較低溫的模肉,收縮速率太快,取件困難,以至產品脫不了模、粘模;
 脫模劑活性陡然下降,起不到應有的脫模效果;
 影響模具壽命—由于熱沖擊增加,加速模具磨損
 產品尺寸精度降低
 表面發黑、流紋、冷隔
 充型不足(欠鑄)
  鑄件可能會出現裂紋
為了解決模溫不適引起的缺陷,人們想出了很多辦法,比如,啟動生產,低速生產一二十模次,來熱模,還有一種較為傳統的方法是增加或者減少噴脫模劑的噴涂量。然而,過量的噴脫模劑會分解氣體,引起鑄件氣孔缺陷,又會影響到模具壽命,并非是十全十美的好辦法。用模温机從內部控制模溫可以避免因冷卻而過量使用脫模劑,很好地彌補噴脫模劑的不足。
模溫控制的利器—模温机
三、模温机原理與作用
模温机對于從事壓鑄的同行來說,并不陌生,然而,談及其工作原理是什么?模溫控制與模溫的關系是什么?模温机在控制模溫起著什么樣的作用?壓鑄實踐過程中如何選用模温机?恐怕還有我有不熟悉的地方了本節將逐一闡述。
3.1模温机系統工作原理
模温机的全稱為模具溫度控制機,廣泛應用于壓鑄、塑膠成型,導光板、橡膠輪胎、滾輪、化工、反應釜、粘合、密煉等各行各業,不同的行業領域,有不同的名稱,有的叫油加熱器,還有的稱恒溫機。
追溯其歷史,世界上最早的模温机,就是用一臺泵接在裝有熱水的桶里抽水,送到模肉,并讓其循環,而起到平衡模溫的作用。后經過幾代人不斷的技術改進,最原始的模温机上,加了很多功能,如報警功能、精度控制等,演變為現代樣式的模温机。
模温机主要由三大塊組成:電氣部分、控制系統(PLC機械部分。其工作示意圖如下(圖3
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
根據上面的圖示,簡要解釋一下模温机工作原理:泵(4將導熱流體(如油)從帶有加熱器(2和冷卻器(3油箱(1中抽出,通過模具,流回到油箱。有溫度探頭(9測量導熱流體的溫度并傳送到控制系統(7控制器調節導熱流體的溫度,工作時,如果模溫超過控制器的設定值,控制器打開控制閥(5冷卻介質(如油)流入直到導熱流體的溫度(即模具的溫度)回到設定值。如果模具溫度低于設定值,控制器會打開加熱器(2如此循環,以保證模溫的恒定。
3.2模溫控制系統構成
一個模溫控制系統不是有了模温机就形成模具控制閉路了而是主要有以下部分組成:
1.模具;
2.溫度控制裝置,即模温机;
3.導熱介質(如耐高溫油)
4.耐高溫管。
3.3模具中的溫度變化與模温机對模溫的控制
壓鑄生產過程中模具表面模溫可以用下面圖示表示(圖4
圖4模具表面溫度的變化情況
△t循環時間 1合金液體注入點
tθ 凝固時間 2冷卻(壓鑄產品成型)
θm預熱時間 3開模
θo最高表面溫度 4脫模劑
θs融化物溫度 5閉 模
從模具溫度曲線中可以看出,模具表面的溫度隨壓射周期而變化,當壓鑄機壓射后,液態金屬敷在較為冷的型腔面上,變為固態金屬,要散發大量熱,而這些熱量傳導給模肉,使模具溫度迅速升高到壓射周期的最高點;鑄件出模后,噴涂一定量的脫模劑溶液,形成脫模保護膜的同時,模具表面溫度會逐漸下降,當合模后準備下次壓射時,模溫降到最低點。
鑄件質量控制的關鍵是將整個型腔溫度的周期性變化保持恒定—這與模具設計和冷卻通道的設置、連接有很大的關系。那么模温机壓鑄控制系統的控制模具溫度作用是什么呢?
大家知道,模具溫度若大幅波動會引起鑄件尺寸精度變差,內外部缺陷大幅增加,因此,作為較為有效控制壓鑄模具溫度的設備之一,模温机的作用就是使壓鑄過程中的最大模溫Jo和最小模溫Jm保持相對恒定,生產或停止時防止溫差Jo-m擴大或縮小。
壓鑄因故停機時,可以借助模溫控制裝置防止急劇下降,減少額外的熱模的工時和產品報廢。
3.4發揮模温机最大功效的條件
為保證模具的熱量能被充分帶出,每個部分必須滿足下列條件:
A .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。這個問題需要在模具設計階段就需要充分考慮。
B.模温机必須能夠將模溫保持在非常窄的區間內,模温机必須有足夠的加熱和冷卻能力以及流體輸送能力,達到優化控制。正確選擇模温机,即可到達控制模溫很小范圍浮動,有可節省資源(見下面模温机選擇部分)
C.導熱流體必須具有優良的熱傳導能力,因為壓鑄模工作溫度較高,通常需用采用導熱油作為導熱流體。因為導熱油的熱傳導系數較低,模温机熱交換系統的表面積要比用水做導熱流體時要大一些。
3.5模温机型號的選擇
正確選擇模温机能夠給生產帶來很好的效益,否則可能造成浪費或者起不到控制模溫的作用,因此,購置時必需詳細考慮生產的需要,嚴格審定模溫控制器各項的參數能力,才好做出正確選擇。
1選擇模温机的參考因素:
模温机選擇主要根據壓鑄合金的品種,模具的重量,需要的預熱時間和產出率(公斤/小時)等因素進行匹配,詳細見下表:
影響因子
決定結果
合金品種
決定模溫
模溫
決定導熱流體品種(水/油等)
模具重量,預熱時間
決定加熱能力
產出率
決定冷卻能力
模溫梯度
泵流量
壓力與流量關系圖
泵壓力
2模温机的選擇方法:
模温机的選擇方案可以通過機型匹配,也可以通過計算獲得,現舉兩種方法,供應用中參考。
A 查表法,以下是人們壓鑄實踐的基礎上繪制出的選擇模温机的搭配表格,供參考:
壓鑄機T
射出量g
選擇模温机功率大小KW
1600
10780
24
1250
8540
24
1000
6870
24
850
5450
18
550
2570
18
330
1380
12
220
505
9
100
238
9
若沒有對應的模温机,選擇大一點的功率的模温机,而不要選擇小一點的模温机,免得功率不足,導致加熱不夠,致使模具早期龜裂。
B較有壓鑄經驗的人,一般都嫻熟地運用上述方法,參照壓鑄機器,很快選擇出需要的模温机,但是求精確或者產品有特殊要求等情況需進行計算來選擇模温机。模温机廠商一般在模温机上標有功率的因此,只要求出所需要的功率,就可以“對號入座”
求模具加熱器功率公式如下:KW=W△tC/860T
其中,W為模肉重量,單位是千克(Kg
△t模具所需溫度,即模具起始模溫到加熱溫度。
C為比熱容,常見的比熱,如水[1J/kg℃)]油 [0.7~0.8J/kg℃)]鋼 [0.11J/kg℃)]塑料[0.45~0.55J/kg℃)]
T=加溫至模具所需溫度的時間(小時)
3.6正確使用模温机的方法
使用模温机前,需要檢查有無足夠的傳熱介質(油或者水)有無壓力(即壓力表為零)若出現異常,機器不能強行啟動,否則會損壞機器,甚者造成安全事故。
正式壓鑄前,一般用對模具表面熱模。單單對模具表面預熱,容易造成應力集中,損害模具,因此,模温机應當在燃氣熱模前開啟至少半個小時,以便模具內外同時熱起,模肉產生的應力較小,對模具壽命延長有好處。
若有條件的話,不妨將待生產的模具在下面接上模温机熱模,這樣可以節約額外的工時,提高效率。
機器連接模具第一次運行、停機較久、換模,都要排氣操作—因為空氣是熱的不良導體,會影響到傳導熱量的效果,具體方法如下:
1.先將模温机的設定溫度為零度,開機運行10分鐘;
2.當壓力顯示正常后,再加溫至120℃,運行20分鐘,進行排氣;
3.再將溫度調至壓鑄生產的正常范圍內(一般為180℃~260℃)當然,設定溫度還需要根據產品工藝要求而定。
3.7防止模温机出事故需要采取安全措施及模温机的保養維護
這里的事故是指機械故障和安全事故。溫機用的導熱油屬于有機物,一定的條件下,導熱油會燃燒,而壓鑄工作溫度也較高,為安全亮起長明燈。因此,使用模温机的時候,必須知道存在哪些隱患并做好相應安全措施:
1模温机要盡量遠離熱源(如熔煉爐、保溫爐)一方面可防止導熱油起火,另一方面防止溫度過高,模温机電子元件過早老化;
2模具聯接必須采用包皮管或絕熱管以防泄漏和能承受溫度和壓力(圖5溫度超過245℃時,只能用金屬導管。一些模温机管接處或者管散發出嗆人的油煙,而模温机離爐子非常近,壓鑄合金液體的溫度一般要超過600℃,容易燃燒失火,比較危險的
同時為了能夠提高生產效率,預防機械故障和安全事故,不用使用的情況下,需做好保養維護,總結起來有以下四個方面:
a定期檢查模温机外接管路和內部管路,確認接頭處無泄漏;
b切不可用一般的有作介質,而要使用熱穩定性好的合成導熱油,減少積垢;
c定期更換導熱油(更換周期根據導熱油的說明書及供應商的建議而定)
d每次下模后,檢查是否存在機械故障隱患和電氣、控制是否存在問題。
圖5隔熱管道
模温机的優點及總結
四、使用模温机在壓鑄工藝體現出的優點
壓鑄工藝中,使用模温机常帶來很多優點,上文中已經提及,為了更好地讓大家明白其優點,現做比較詳細的總結:
1延長模具壽命
u因使得模具熱分布更均勻,可延長模具壽命;
u均勻和平穩地預熱模具,消除應力裂紋—模具用火焰預熱等常造成局部過熱或間隙水冷形成熱沖擊引起局部內應力,而使用模温机預熱克服了這一點;
u型芯不會過熱。
2降低成本
2模具處于較好的狀態,維修次數會減少;
2脫模劑用量減少;
2鑄質量穩定,可以降低檢查頻率,檢驗成本降低;
2預熱時間縮短;
2模溫恒定并處于工藝要求區間,液態金屬不容易粘模;
2溫度均勻,模具配件磨損小;
2用導熱油,冷卻通道不生銹、不結垢,而水冷卻就容易使通道生銹,堵塞。
3提高生產率
n生產開始前,有目的地快速預熱模具;
n生產開始時模溫即恒定,廢品減少—不需要很多模次預熱低速壓射;
n模溫自動控制,與生產過程無關,所以鑄件質量穩定;
n生產中斷重啟,廢品減少—模具會保持熱穩定;
n縮短了節拍,達到節能效果。
4改善壓鑄技術
l模溫控制不依賴操作人員;
l模具溫度相對恒定,可以適應于壓鑄薄壁鑄件;
l散發熱量降低,改善生產環境;
l全自動化運行,模溫可以自動控制;
5提高鑄件質量
鑄件質量提高包括尺寸精度改善,質量穩定,表面光潔,收縮裂紋減少等內容。恒定的模溫可以有效地解決上述模溫過高或者過低產生的問題。
五、總結
壓鑄實踐表明,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,而模温机可以有效幫助壓鑄工藝將控制模溫在合理的范圍之內,以獲得優質的鑄件和提高生產效率,讓客戶滿意,實現效益的最大化。

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