壓鑄模溫控制設(shè)備現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)上

1、壓鑄模溫控制設(shè)備現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 上壓力鑄造成形即壓鑄是將液態(tài)金屬或半固態(tài)金屬在高壓下快速充填金屬模具型 腔，并在壓力下快速凝固而獲得鑄件的一種成形方法。它具有尺寸精度高、表面 質(zhì)量好、牛產(chǎn)效率高、成木低等優(yōu)點(diǎn)，是汽車、摩托車、航空航天等產(chǎn)業(yè)用鋁、 鎂合金零件的主要成形方法之一。近年來(lái)，隨著全球?qū)?jié)能減排、產(chǎn)品輕量化技 術(shù)的大力開(kāi)發(fā)和重視，鋁、鎂等輕合金材料及其成形技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛 應(yīng)用。其中一個(gè)顯著的發(fā)展趨勢(shì)就是在輕量化的基礎(chǔ)上，基于效率、成本、精度、 質(zhì)量及力學(xué)性能的綜合考慮，越來(lái)越多的鋁、鎂合金零件釆用壓鑄工藝成形，而 且是壓鑄件結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，外形尺寸越來(lái)越大，精度越來(lái)越高。因此

2、大型復(fù)雜 精密壓鑄件的牛產(chǎn)技術(shù)己成為國(guó)內(nèi)壓鑄企業(yè)的一個(gè)新挑戰(zhàn)。壓鑄牛產(chǎn)中，壓鑄合金、壓鑄模、壓鑄機(jī)是壓鑄工藝的三大要素，其中壓鑄模的 溫度控制對(duì)于金屬液的充填、凝固過(guò)程以及壓鑄模使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性 有著非常大的影響，是必須需要控制的參數(shù)之一。大型復(fù)雜精密壓鑄模由于模具 體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用常規(guī)的簡(jiǎn)易粗放式模溫控制技術(shù)難以滿足生產(chǎn)要求，是 制約壓鑄件質(zhì)量的主要技術(shù)瓶頸之一。大型復(fù)雜壓鑄模模溫精確實(shí)時(shí)控制的關(guān)鍵技術(shù)在于：安全可靠、簡(jiǎn)易高效的模 具預(yù)熱技術(shù)；精確可控的模具冷卻技術(shù)。因此開(kāi)發(fā)新的具有白主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的壓 鑄模模溫精確實(shí)時(shí)控制技術(shù)以滿足當(dāng)前大型復(fù)雜壓鑄件的生產(chǎn)需求，是提升國(guó)內(nèi) 大型

3、復(fù)雜壓鑄件生產(chǎn)技術(shù)水平的重要研發(fā)內(nèi)容z-o壓鑄模溫機(jī)壓鑄生產(chǎn)屮的溫度指標(biāo)有兩項(xiàng)，一是澆注溫度，二是鑄型也就是模具溫度。兩項(xiàng) 溫度指標(biāo)對(duì)壓鑄生產(chǎn)的影響表現(xiàn)在：(1)澆注溫度指的是充填時(shí)金屬液的溫度，為了便于測(cè)量和控制，通常通過(guò)控 制保溫爐屮合金液的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)控制澆注溫度的目的。對(duì)于不同形狀的鑄件，澆 注溫度的要求也會(huì)有所不同。以鋁合金為例，澆注溫度可控制在 go72o°c。 對(duì)于薄壁復(fù)雜件，則盡可能采用較高溫度，以提高金屬液的流動(dòng)性。但澆注溫度 過(guò)高，鋁水中的吸氣量會(huì)增加，鑄件厚壁處易形成針孔、縮孔，表面也會(huì)形成氣 泡。且高溫鋁液還會(huì)加快對(duì)鑄型的腐蝕，使鑄型過(guò)早出現(xiàn)老化、龜裂，甚至報(bào)廢

4、。 而澆注溫度過(guò)低，鋁液則易產(chǎn)生成分偏析，使鑄件中存在硬質(zhì)點(diǎn)，造成加工困難。 由于澆注溫度低，金屬液的流動(dòng)性變差，冷隔、流紋、澆不足等缺陷容易發(fā)生， 成形變得困難。(2)壓鑄模溫度一般是指模具表面的溫度，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)應(yīng)為澆注溫度的1/3左 右。這個(gè)溫度應(yīng)該是達(dá)到熱平衡狀態(tài)吋型腔表面的溫度，一個(gè)鑄造周期壓鑄模溫 度的變化如圖丄-2所示。原來(lái)的壓鑄模溫度是指壓射前模具溫度，現(xiàn)在廣泛指 壓鑄件取出時(shí)的模具溫度。圖丄-3壓鑄模溫度區(qū)域劃分圖在第一區(qū)域，由于鑄型溫度過(guò)低，鑄件幾乎全部發(fā)牛欠鑄、破裂、冷隔、流紋等 缺陷，成品率幾乎為零。在第二區(qū)域，由于鑄型溫度接近理想溫度，則鑄件成形可能，但質(zhì)量不穩(wěn)定，且 多

5、數(shù)鑄件存在流紋和冷隔。在第四區(qū)域，由于鑄型溫度過(guò)高，很容易產(chǎn)生表而氣泡、粘模、收縮等缺陷。 只有在第三區(qū)域中，才能穩(wěn)定壓鑄，成形良好，且成品率高。壓鑄模的溫度控制，是指在整個(gè)壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中，使用某種方法和手段，使模具 溫度維持在一定范圉內(nèi)不變。該溫度控制范圍即為壓鑄模的工作溫度，在合適的 工作溫度下，壓鑄模能穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格的鑄件和保持較高的生產(chǎn)效率。在壓鑄 成形過(guò)程中，控制模具溫度的主要作用如下：(1) 提高壓鑄件質(zhì)量。壓鑄模溫度過(guò)高或過(guò)低都將影響到壓鑄件的成形質(zhì)量和 性能。首先模具溫度過(guò)低時(shí)會(huì)出現(xiàn)下列缺點(diǎn)： 進(jìn)入型腔的液態(tài)金屬會(huì)迅速降低流動(dòng)性，使鑄件容易產(chǎn)生冷隔、澆不足、裂紋、 氣孔和輪廓

6、不清晰等缺陷。 型腔表面受到液態(tài)金屬的強(qiáng)烈沖擊，型壁內(nèi)外溫差大，金屬型容易開(kāi)裂損壞。 有時(shí)會(huì)破壞順序凝固的條件，此時(shí)，單靠涂料調(diào)整是不行的。當(dāng)模具溫度過(guò)高 時(shí)，金屬液在模具中的冷卻速度減慢，鑄件內(nèi)易岀現(xiàn)針孔或縮孔等缺陷，嚴(yán)重影 響逐漸質(zhì)量。同時(shí)，在壓射時(shí)金屬液易粘模，導(dǎo)致脫模困難，傷鑄件，損壞模具 型腔表面。因此壓鑄過(guò)程中只有保持壓鑄模溫度在所需溫度范圍內(nèi)，才能獲得優(yōu) 質(zhì)鑄件。(2) 延長(zhǎng)壓鑄模壽命。若讓壓鑄模處于室溫狀態(tài)下就開(kāi)始生產(chǎn)，除了無(wú)法獲得 合格的鑄件以外，高溫的金屈液以高速壓射進(jìn)入模具型腔后，還將對(duì)模具產(chǎn)生非 常大的熱沖擊。模具表而受到i瞬時(shí)巨大的熱沖擊，巨大的溫度梯度將促進(jìn)模具內(nèi)

7、部熱應(yīng)力的產(chǎn)生，從而使模具表而產(chǎn)生裂紋。而當(dāng)模具溫度隨壓射次數(shù)增加越來(lái) 越高時(shí)，模具內(nèi)部的熱應(yīng)力也會(huì)越來(lái)越大，再加上高速壓射的沖擊應(yīng)力，模具也 很快會(huì)出現(xiàn)龜裂直至失效，所以模具溫度控制不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重降低模具的使用壽命。 因此在壓鑄生產(chǎn)開(kāi)始和壓鑄穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程中，都必須對(duì)壓鑄模具溫度進(jìn)行控制， 使模具溫度保持在一定的范圉，從而使模具始終處于高硬度的良好狀態(tài)和良好的 熱平衡狀態(tài)。一般而言，壓鑄模溫度的控制包含模具的預(yù)熱和冷卻技術(shù)兩個(gè)方面。壓鑄模的預(yù)熱是指壓鑄生產(chǎn)前，將室溫下的模具通過(guò)某種方法預(yù)先加熱到一個(gè)合適的溫度，一般為2oo°c。現(xiàn)通常使用的預(yù)熱方法有：火焰噴槍加熱、 直接對(duì)冷態(tài)模具壓鑄高

8、溫金屬熔液加熱、在模具中插入電加熱棒或輻射加熱以及 使用模溫機(jī)等。正確的預(yù)熱方法應(yīng)當(dāng)是盡量使模具的各部分逐漸、均勻的加熱， 避免劇烈加熱和局部加熱。使用火焰噴槍和電熱棒加熱易造成模具局部高溫過(guò) 熱、加熱不均勻、一般適用于中小型模具；而用壓射高溫金屬液直接對(duì)模具預(yù)熱 的方法除了對(duì)模具產(chǎn)牛熱沖擊，影響模具壽命外，還大量消耗鋁合金料，增加重 熔成木，特別是對(duì)于大型鋁合金壓鑄件，無(wú)謂消耗更嚴(yán)重。因此，理想的模具預(yù) 熱方法就是使用模溫機(jī)之類的自動(dòng)模溫控制裝置?，F(xiàn)有的模溫機(jī)均采用油加熱的方法，即先加熱油液，然后再將加熱后的油通過(guò)油 泵送入模具內(nèi)，利用熱油和冷模之間的熱交換使模具溫度升高，熱交換的冷油則 流

9、冋油箱。這樣通過(guò)一段時(shí)間的循環(huán)加熱，模具溫度便逐漸上升至預(yù)定溫度。大 部分油溫機(jī)等模溫控制裝置均采用此方法開(kāi)發(fā)的多冋路熱油溫控機(jī)也是基于此 原理。因該類結(jié)構(gòu)的模溫預(yù)熱技術(shù)已很成熟，故而目前許多設(shè)備廠家都提供專業(yè) 的模溫機(jī)供壓鑄企業(yè)選用。在壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中，高溫的金屬溶液被壓入模具型腔，通過(guò)與模具的熱交換冷卻 成形，壓鑄模要吸收高溫金屬溶液帶來(lái)的熱量，同時(shí)又通過(guò)空間與壓鑄機(jī)散熱。 一般情況下，吸收的熱量要大于這種自然的散熱量，因此，隨著壓鑄過(guò)程的進(jìn)行, 模溫會(huì)逐漸上升。若模具溫度過(guò)高，便會(huì)影響到鑄件質(zhì)量和模具壽命。為了進(jìn)行 止常的壓鑄生產(chǎn)，必須維持模具溫度基本恒定。通常采用的冷卻方法有：延長(zhǎng)壓 鑄

10、周期、噴涂脫模劑或冷卻劑或在模具中開(kāi)冷卻水道通過(guò)冷卻水進(jìn)行冷卻。延長(zhǎng) 壓鑄周期會(huì)造成生產(chǎn)效率的降低，噴涂脫模劑或冷卻劑效果有限，因此采用通水 冷卻便成為模具冷卻的主要方法。目前壓鑄模通水冷卻多采用直接將冷卻水接入模具內(nèi)部，與模具進(jìn)行熱交換。其 中國(guó)外壓鑄企業(yè)對(duì)于大型復(fù)雜壓鑄模多采用專門的冷水機(jī)進(jìn)行冷卻，溫控精度 高，而國(guó)內(nèi)一般直接利用自來(lái)水冷卻，因此模具溫度控制的精度很差。雖然模具 直接水冷卻效果很好，但是由于水直接和模具接觸形成熱交換，對(duì)模具有很大的 熱沖擊，模具內(nèi)部非常容易形成細(xì)小的微裂紋，如微裂紋貫穿到模具表面，則影 響到鑄件質(zhì)量和模具壽命。若采用鑲嵌冷卻水管的方法，雖然避免了水與模具的

11、 直接接觸，但由于冷卻水管與模具之間總是存在縫隙，該縫隙中的空氣相當(dāng)于形 成一個(gè)隔熱層，因而會(huì)嚴(yán)重影響熱量的傳遞，導(dǎo)致冷卻效果很差。這也是目前為 什么在壓鑄模中大都采用直接水冷卻的主要原因。目前冷卻管的使用方式有以下幾種：定點(diǎn)冷卻式、直線冷卻式和循環(huán)回路冷卻式 等。一般來(lái)說(shuō)，鑄件入口，分流錐，抽芯以及局部壁厚較厚的部位采用定點(diǎn)式冷 卻，對(duì)整個(gè)模具的冷卻，則多采用直線式和循環(huán)式冷卻。對(duì)于模具上的芯針部位, 最理想的冷卻方式就是使用慕于高壓循環(huán)水的定點(diǎn)冷卻式方法。這種棊于高壓循環(huán)水的定點(diǎn)冷卻工藝的優(yōu)點(diǎn)在于： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻效果好，加工成本低，加工維修方便。 在試模后調(diào)整溫度梯度時(shí)極為有效，可隨時(shí)增添及位置調(diào)整