模溫機在壓鑄工藝上的應(yīng)用.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 模溫機在壓鑄工藝上的應(yīng)用天馬行空官方博客：/tmxk_docin ；QQ:1318241189；QQ群：175569632 合金熔液被壓入模腔后，由于熱量的散失而凝固成形。假如熱量的傳遞率過快，鑄件中可能產(chǎn)生冷紋的缺點。相反地，熱傳率過慢，則會增加鑄件之成形周期，減低了生產(chǎn)率。模具表面溫度的控制對生產(chǎn)高質(zhì)量的壓鑄件來說，是非常重要的。模具的溫度會影響金屬熔液在模腔表面上的流動，尤其是流動路線較長的薄壁件。 要令金屬熔液在凝固前填滿模腔，除了選用縮短填充時間的設(shè)計外，還可以增加澆口速度 (但很容易產(chǎn)生紊流)，用作提高模具溫度。此外，面積較大及表面要求極高的鑄件，亦需要較高及穩(wěn)定的模具表面溫度，才可以減少冷紋及表面缺陷。 不平均或不適當(dāng)?shù)哪＞邷囟纫鄷?dǎo)致鑄件尺寸不穩(wěn)定，在生產(chǎn)過程中頂出鑄件變形，產(chǎn)生熱壓力、黏模、表面凹陷、內(nèi)縮孔及熱泡等缺陷。模溫差異較大時，對生產(chǎn)周期中的變數(shù)，如填充時間、冷卻時間及噴涂時間等產(chǎn)生不同程度的影響。另外，模具的壽命亦會因受到過冷過熱的沖擊而導(dǎo)至昂貴鋼材產(chǎn)生熱裂等問題。適當(dāng)?shù)谋砻鏈囟冗m當(dāng)?shù)哪＞弑砻鏈囟确植急匦枰驊?yīng)產(chǎn)品的形狀，如厚度、橫切面厚薄變化等表面要求，及生產(chǎn)周期而決定。一般的適當(dāng)溫度為： Robamat模溫機合金模具表面溫度鋁合金180-300oC鎂合金180-280oC鋅合金100-200oC 要達至所要求的模具溫度，壓鑄廠技師經(jīng)常使用石油氣槍，其次為輻射加熱器，或插入式電熱管，但效果并不理想，模溫未能達到均勻。然而輻射加熱器的使用較為靈活，對模具的傷害較少，但效率較低；插入式電熱管只適用于長期加熱的位置，應(yīng)用范圍較為局限。 另外，利用低速壓射法 - 即降低初級壓射速度，直接以金屬熔液加熱模具亦是極為常見的方法，不過此方法對模具的壽命有不良影響，不適用于昂貴的精密模具。由于射出時處于瞬間階段，熔液之溫度將侵入模腔表面，其侵入之深度約為鑄件厚度之二倍。在高熱劇烈侵入的期間，模腔表面的高溫狀態(tài)，將使模腔表面發(fā)生高應(yīng)力，相對微裂現(xiàn)象產(chǎn)生的機會會倍增。 最理想的加熱方法應(yīng)為熱油加熱。熱油不間斷地通過模具內(nèi)管道，從內(nèi)部進行模具加熱，使模具達到適合生產(chǎn)的狀態(tài)。由于導(dǎo)熱油不但能加熱，亦可像水般進行冷卻，功能像熱交換器般，可保持模具溫度在一定范圍內(nèi)，即使生產(chǎn)中斷時亦可適當(dāng)?shù)乇３帜＞邷囟取?模溫機介紹模溫機利用高熱傳性的導(dǎo)熱媒體，以便在很短的時間內(nèi)將模具內(nèi)多余的熱送走。模溫機在設(shè)定好熱平衡溫度后，能自動控制其溫度在極小誤差之內(nèi)，且能維持定值?，F(xiàn)以奧地利生產(chǎn)之 Robamat 模溫機為基礎(chǔ)，作詳細介紹，圖 1 為其工作原理。以流體種類區(qū)別Robamat 有多種類型，其中一類為熱水模溫機，最高使用溫度分別為 140。 和 160。由于水在大氣壓力下，沸點為 100。，當(dāng)使用溫度接近或高于 100。 時，便需密封加壓，令壓力為 3.6 bar 及 6.2 bar。客戶選用時，要注意使用軟水較為恰當(dāng)，以免水管內(nèi)部受水垢長期積聚而影響其流暢性。 由于導(dǎo)熱油的沸點較高，因此使用溫度遠高于水，在正常大氣壓力下，可達到 350。Robamat 生產(chǎn)之熱油模溫機有 250。、320。 及 350。 可供選擇，以配合不同的應(yīng)用。由于導(dǎo)熱油的沸點限制，以及流體泵軸承的壽命，在某些特 殊產(chǎn)品要求高于 350。 使用溫度時，必需使用特殊制造之模溫機。Robamat 的熱交換設(shè)計獨特，(見圖 2 ) 加熱及冷卻單元是以組件管筒形式換入，并以特別之陶瓷纖維作革熱保護，優(yōu)點是安裝靈活。導(dǎo)熱油在管筒縲紋上以每秒 3 米的速度流動，加熱器在管筒中心，因此加熱效果均勻，不會像其他熱浸式或側(cè)熱式的設(shè)計造成溫度局部位置過熱。由于中心加熱的導(dǎo)熱效果比側(cè)熱式設(shè)計較好，失熱較少，因而升溫速度較快。 冷卻設(shè)計方面，采用大口徑通過冷卻水，達到更均勻的效果?？蛻糸喿x冷卻功率數(shù)據(jù)時，要特別留意溫差條件。Robamat 所注明的冷卻功率是在溫差 (熱油和冷卻水) 150K 情況下。如溫差越大，相等之冷卻功率越大：舉例，60kW/150K85kW/190K。 圖2 Robamat的加熱及冷卻單元是以組 件管筒形式換入，安裝靈便圖4 Robamat熱油機所選用的側(cè)通道 轉(zhuǎn)輪泵圖1：ROBABAT模溫機的工作原理1 加壓對流加熱器(Pressurized convection heater)2 加壓對流冷卻器(Pressurized convection cooler)3 具備儲存器的輸送泵(Feed pump with reservoir)4 擴展容缸和液體儲存器(Expansion tank and fluid reservoir)5 熱傳導(dǎo)液的水位控制裝置(Supervision of heat transfer fluid level)6 控制冷卻水的電磁閥(Solenoid valve for cooling water)7 旁路(Bypass)8 溫度傳感器-熱傳導(dǎo)液(Temperature sensor-heat transfer fluid)9 溫度傳感器-加熱器(Temperature sensor-heater) Robamat 熱油機選用側(cè)通道轉(zhuǎn)輪泵。(見圖 3 ) 其內(nèi)為陶瓷軸連 SiC 滑動式軸承，工作壽命特長。馬達與泵以磁性連接，無漏油情況。其他類型的泵由于滑動環(huán)密封圈受力導(dǎo)致磨損，需要經(jīng)常更換。而磁性連接只有靜態(tài)密封圈，無經(jīng)常更換的弊病，泵的有效使用率因而較高。磁性連接的密封性會較好，不會滲漏導(dǎo)熱油，工作時較清潔及安全。磁性連接部件的工作溫度達 300。，最高油溫設(shè)置超過 350。，對高溫?zé)嵊陀葹檫m合。目前鎂合金壓鑄為熱門投資，高溫?zé)嵊蛯︽V合金壓鑄至為重要，在選購時，更須小心選擇。 在控制層面上，Robamat 使用最新微電腦控制板，油溫控制于 5oC內(nèi)。 另外，亦設(shè)有工作時間顯示；時間制自動控制開關(guān)；熱油自動升溫及冷卻程序有雙重過熱保護；油量過高或過低顯示；機器使用狀態(tài)顯示功能等。 機器的結(jié)構(gòu)堅固、通風(fēng)，并易于維修，嚴格按照歐洲安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。可供選擇的附件包括自動吸出回油、冷卻水吹出裝置、RS485 連接壓鑄機介面、外置感溫線、流量計、馬達過濾保護、PID 式精確控制、DN13 快速接頭 (最高溫度 250oC) 等。簡單直接選購法（表一）機器鎖模力T 壓鑄合金Zn kg/h Al kg/h加熱功率KW冷卻功率KWRobamat型號選擇60-100390 1602 x 5或102 x 203201.10.40100-300720 280Min 2 x 102 x 403212.10.40300-750- 6502-3 x 102 x 404212.20.40750-1000- 10002-4 x 202 x 604214.20.60表一為簡單的選購辦法，只作為指引，以下詳細介紹實際計算方法。1. 按下式計算壓鑄模具加熱需要的功率：L1 = (Q1*X1) / (t*3600) watt = (M*c*DnV1*X1) / (t*3600) wattL1 = 壓鑄模半邊必須的加熱功率，包括鑲塊或模具的其他零件 w (watt)Q1 = 升高待加熱材料的溫度所必需的熱量 J (Joule)M = 待加熱部份重量 = 待加熱體質(zhì)量 (kg)c = 比熱 模具鋼，約 500J / kgK (kg)DnV1 = 開始加熱和終止加熱 (工作溫度) 間的溫差 。t = 加熱時間 (hr)X1 = 安全系數(shù)，熱幅射，熱傳遞到?？?、壓鑄機上的熱損耗(隨著模具尺寸增大而升高) 1.2-2 例如：模具 重量 600Kg加熱時間表 2小時 加熱到220oC(VF)（室內(nèi)溫度VA為20oC） DnV1=VF-VA=220-20=200oC L1=(600 X 500 X 200 X 1.5)/2 X 3600=12.5KW2.在生產(chǎn)中，溫度控制器冷卻的功率可按下式計算：A2 = (M*fq*X2)/3600 kW (1kW = 860kcal)A2 = 由金屬熔液帶來的熱，即必須通過冷卻導(dǎo)出的熱 kWM = G*S = 重量 (1 小時的重量) kg/hG = 鑄件重量 (超過 1.5kg 的鑄件，不包括淺道一般用水冷卻) kgS = 每小時鑄件數(shù) nfq = 熱系數(shù) (見表 2)X2 = 修正系數(shù)，模具大時為 1；模具小時為 1.5例如：鑄件重量 2.5Kg 鑄件數(shù) 60/h 材料 鋁(fq=798) X2 1.1 A2=(2.5x60x798x1.1)/3600=36.6KW 假定模具的兩邊面積相等，則兩個裝置的功率為36.6/2=18.3KW 3. 泵所需流量取決于通道的橫截面積 (盡量使選定的通道 ?適合于所有模具) 這里使用經(jīng)實際驗證的熱載體流速 2 3 m/s 為基礎(chǔ)，以下數(shù)據(jù)可為標(biāo)準(zhǔn)值：通道直徑mm 泵 V L/ mm80 - 11 10 - 14 以齒輪泵為主12 - 14 - 19 以齒輪泵為主14 - 16 - 25 側(cè)通道特制離心泵16 - 18 - 32 側(cè)通道特制離心泵除流速外，還必須檢驗選定的泵輸送量是否能運送所需的能量。這可按下式進行：V = 60 *(L/c*DnV*p）V = 輸送量 L/minL = 工作過程的規(guī)定功率 (L1 或者 L2 中取較大值)W (Watt)DnV3 = 模具工作溫度和載熱體原始溫度間的最大允許溫差 (約 40-100)oC(k)p = 載熱體的密度 (見表 2) kg/dm3c = 比熱 (見表 2) J/kgK 例如：根據(jù)例3，18.3KW 即 18300W 若DnV3取40oC（例如：模具表面溫度為240oC，油溫為200oC，則 V=60*（18300/（2500*40*0.75）= 14.4L/min4. 必須進一步驗算通道表面積 確定模具內(nèi)部必需的加熱通道的結(jié)構(gòu)和尺寸是模具設(shè)計師的任務(wù)。通常載熱體把熱能傳給模具或者將熱量從模具帶走，兩者情況都一樣，都決定于熱傳導(dǎo)系數(shù) a，以 W/cm2 K 表示。熱傳導(dǎo)系數(shù) a 主要受下列因素影響： 載熱體的流速 模具與載熱體間的溫差 系統(tǒng)均勻工作溫度 (初始溫度)最重要的是把接觸面 (通道表面) 設(shè)計成能有效傳遞所需的能量。如通道直徑太細或長度不足，會出現(xiàn)無法升溫的情況，由于水冷通道一般較熱油通道直徑小，如不改設(shè)計，很多時導(dǎo)致接觸面不足。必需的通道表面積計算公式如下：A = L/(a*DnV3)cm2A = 必要的熱交換表面積 cm2L = L1 或者 L2 工作必需的加熱或冷卻功率 (取最大值) Watta = 熱傳導(dǎo)系數(shù) W/cm2 K (a = 0.222 / DnV3 = 40,a = 0.21 / DnV3 = 60)DnV3 = 載熱體的初始溫度和模具工作溫度的溫差oC(k) 為避免溫度波動，溫差應(yīng)盡可能小，力求達到40oC。如果用鋁，即使 100oC 也能取得良好效果 (例如模具工作溫度 250oC，初始溫度 150oC)，要避免 DnV3 超過 100oC，初始溫度低于 150oC，否則，載熱油的效率將變得極不理想。例如：按照 3，假定DnV3=40oC w=3m/s A1=18300/0.222*40=2061cm2 或：DnV3=60oC，w=3m/s A2=18300/0.21*60=1452cm2 w=3m/s=183000cm/min V=14.4L/min=14400cm3/min Aq 橫切面積=V/w=0.8cm2(3.1416*r2) -d=10mm 通道直徑最小 10mm 通道長度：A1/3.1416*d=2061cm2/3.14cm=656cm 材料和系數(shù)表（表二） 材料 CH比熱CJ/KgK熔點oC熔化熱Hq(J/Kg)*103比重pKg/cm3冷卻系數(shù)*1fq(J/Kg)*103鋁Al9206593562.70798鉛Pb1303272411.3446銅Cu39010832108.90515黃銅MS72-390920968.56440鎂Mg10106502081.74664錫Sn2302321127.28172鋅Zn3764191917.14289鋼0.6C-460-7.84-鋼8Cr19Ni-500-7.8-鋼18Cr9Ni-500-7.8-載熱油200oC-2540*2-0.75-水4182-334881- 實際運用 所有舉例的數(shù)值都經(jīng)實踐和試驗的驗證，它們可能受各種因素的影響，這些計算只能提供一些參考，并不擔(dān)保適用于所有條件。有關(guān)具體型號設(shè)備的進一步說明，富來備有充足資料提供，可致電：(852) 2721 0690 查詢。結(jié)論 在現(xiàn)代化的壓鑄工廠中，因應(yīng)市場的競爭，節(jié)省人力、提升品質(zhì)、降低成本的經(jīng)營策略是刻不容緩的，模溫機的使用，可使模具預(yù)熱時間減少，成品表面質(zhì)量提升及可完全自動化生產(chǎn)。事實上，提高模具壽命是提高生