昆山新久陽機械設備有限公司

提要：模具的溫度在金屬溶液的熱量散發，充型以及鑄件凝固過程中都是關鍵的因素。
  很多情況下不正常的模具溫度會引發鑄造缺陷。
  模具溫度控制是指將模具加熱并保持在一定的工作溫度上，以保證鑄件質量穩定，縮短壓射周期和延長模具壽命。
  本文的內容主要來自于MAGMA鑄件技術公司的相關研究，該公司應REGLOPLAS公司的要求對應用模溫機提高鑄件質量和生產效率進行了專題研究。
 
一、模具的熱平衡
 
  壓鑄模的熱交換可以認為是經過以下的過程：在每一個壓射循環中，熱量處于準平衡狀態，模具散發出來的和導熱油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的方式散發到周圍，通過熱傳導傳給模板。
導熱油吸收的熱量通過模溫機散發。（見圖1）
 clip_image001.jpg
圖1：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
二、模溫控制的目的和對鑄件的影響
 
  模具的溫度在金屬溶液的熱量散發，充型以及鑄件凝固過程中都是關鍵的因素。
 
  很多情況下不正常的模具溫度會引起鑄造缺陷。模具溫度異常不僅給鑄件質量帶來不利影響，也影響模具壽命，脫模劑的使用效率和生產的連續性。
  壓鑄實踐經驗表明在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。
  模溫控制的主要目標是：
－將模具加熱到需要的工作溫度
－將模具的溫度穩定在工作溫度
 
  達到以上目標后，會產生如下效果：
－縮短壓鑄周期
－鑄件質量穩定
－模具壽命延長
 
  模具溫度會影響：
－表面質量
－縮孔、縮松
－流動性
－壓鑄周期
－充型
 
  模溫過高或過低產生的影響
  以下情況基本上適用于所有的壓鑄合金，但影響的程度會因合金的種類而變化。
 
  模溫過高：
－取件困難（因為熱變形或粘模）
－脫模劑失效
－增加脫模劑的消耗
－壓鑄周期延長
－壓鑄模磨損（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
－結疤
－縮孔、縮松的增大
 
  模溫過低：
－取件困難（因為收縮）
－粘模
－脫模劑潤滑效率惡化
－冷隔
－模具磨損（熱沖擊增加）
－冷豆（部分凝固）
－尺寸精度降低
－流痕
－充型不足
 
  以上列舉的某些缺陷需要進一步分析：
  預熱壓射/模具磨損
  利用起始幾次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。
 
  充型不足/冷隔 
  這類缺陷大多數發生在模溫不足或下降時，例如在預熱壓射或生產重新開始時。
 
  粘模
  模溫過高，噴涂的脫模劑不能在型腔表面生成保護膜，液態金屬粘模的傾向增加，鑄件冷卻也不夠，動模中的鑄件冷卻收縮不足或在頂出時變形。
 
  脫模劑使用
  如果不用模溫機，為降低模溫通常也可以噴涂大量的脫模劑，但是過量的噴脫模劑會引起鑄件氣孔缺陷，又會縮短模具壽命，因為型腔表面溫度降低到了允許值以下，表面產生應力集中。
  從內部控制模溫可以避免因冷卻而過量使用脫模劑。
 
三、模溫控制的準備工作
 
一個模溫控制系統有以下三個部分
－模具
－溫度控制裝置
－導熱流體
 
  為保證模具的熱量能被帶出，每個部分必須滿足下列條件：
－在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。
－模溫機必須能夠將模溫保持在非常窄的區間內，模溫機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。
－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，模溫機熱交換系統的表面積要比用水做導熱流體時要大一些。
 
四、模溫機
 clip_image002.jpg
4.1工作原理（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
clip_image003.jpg
圖4原理圖
1冷卻器2加熱器3泵4膨脹罐5冷卻電磁閥
6外部溫度傳感器7― 8液位開關9安全熱繼電器
10旁路 11水管過濾器12過濾器13―14―15―
16單向閥17回吸電磁閥18壓力計19內部傳感器20模具
  用泵（4）將導熱流體從帶有加熱器（2）和冷卻器（3）的油箱（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，在工作時，如果模溫超過控制器的設定值，控制器打開控制閥（5），冷卻水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）。
 
 4.2設計特點和安全裝置
 
  模溫機是與壓鑄工藝配套，又有工作溫度較高的導熱油，實際裝置要比圖3所示的基本工作原理復雜得多。
 
以（圖2）為例：工作原理，主要設計特點和安全裝置在圖4到圖8有詳細描述。
 
  整個系統包括電氣部分（A），控制部分（B）和泵（B）、泵（C）。
 
  為安全起見，以上各部分是相互獨立的。
  電氣部分包括以下主要單元：
－溫度控制裝置，帶PID調節的三點控制器（加熱/保持/冷卻）。圖8所示的是帶微處理器的控制系統。
 
安全裝置
－有過熱保護繼電器（9）在溫度達到最高限度時關閉加熱系統。
－有過熱保護繼電器防止油泵過載。  
 
泵送系統包括以下主要單元：
  加熱器必須設計成能避免導熱油過熱，否則系統的可靠性和導熱油的壽命會大大降低，加熱油有著火或焦化的危險。
 
  在加熱器中是強制流動（圖6），根據需要的加熱能力，加熱器是一組堆疊在一起的加熱管（2）。加熱元件帶有金屬翅片引導流體流動。冷卻器（圖6，項目1）是由一組管道組成，管中是循環冷卻水，管外是導熱流體。
 
  壓力泵（圖5，項目3）一般是機械密封或磁力驅動離心齒輪泵。磁力泵是最理想的選擇，它不需要機械密封無泄漏之虞，也無磨損。馬達到泵的動力由永磁鐵傳遞，外磁鐵與馬達軸相連，內磁鐵與泵軸相連。
 
 


安全裝置
－膨脹罐（4）：罐中相對較冷和平穩的流體將循環熱油與大氣隔離，防止可燃的油蒸氣逃逸，減少氧化，可以大大延緩導熱油的老化。
－液面計（8）在液面過低時關閉壓力泵和加熱器。
 
4.3.1模具中的溫度變化（圖9）
 
 clip_image004.jpg
  模具中的溫度各點不同也隨壓射周期而變化。型腔在壓射后溫度最高，這時液態金屬接觸到冷的型腔面，在合型后準備下次壓射時的溫度最低。
 
  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。模具溫度的大幅波動會引起鑄件尺寸精度變差。
 
  模溫機的作用是什么？ 
  模溫機的作用就是使溫度Jo和Jm保持恒定，在生產或停止時防止溫差Jo-m擴大或縮小。
 
  clip_image005.jpg
 因為壓鑄模中熱量基本來自于液態金屬，生產停止哪怕只有幾個壓射周期，不借助模溫控制，模溫會急劇下降，鑄件廢品率馬上大幅上升。
 
4.3.2 控制方法
 
  下面的方法可用于控制模溫：


  測控導流流體溫度（出口溫度，圖10）是最常用的方法。其控制精度在大多數情況下是可以接受的。
 
  這種方法的主要缺點是：
  對重復性生產最關鍵的模具溫度沒有測量。設定點可以固定，但實際的模溫會受到與模具相關的因素影響而波動。壓射時間的變化，液態金屬的溫度或冷卻水都要引起模溫變動。
 
  用模具中的測溫探頭控制模具（圖11）是模溫需要嚴格恒定和全自動化生產時采用的控制方法。
在全自動化生產時，導熱流體自動切換到吸收熱量