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淺析模具溫度控制機(jī)/在壓鑄工藝的應(yīng)用
　　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(guò)快，鑄件中可能產(chǎn)生冷紋的缺點(diǎn)。相反地，熱傳率過(guò)慢，則會(huì)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(duì)生產(chǎn)高質(zhì)量的壓鑄件來(lái)說(shuō)，是非常重要的。模具的溫度會(huì)影響金屬熔液在模腔表面上的流動(dòng)，尤其是流動(dòng)路線較長(zhǎng)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(shí)間的設(shè)計(jì)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*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?huì)導(dǎo)致鑄件尺寸不穩(wěn)定，在生產(chǎn)過(guò)程中頂出鑄件變形，產(chǎn)生熱壓力、粘模、表面凹陷、內(nèi)縮孔及熱泡等缺陷。模溫差異較大時(shí)，對(duì)生產(chǎn)周期中的變量，如填充時(shí)間、冷卻時(shí)間及噴涂時(shí)間等產(chǎn)生不同程度的影響。另外，模具的壽命亦會(huì)因受到過(guò)冷過(guò)熱的沖擊而導(dǎo)至昂貴鋼材產(chǎn)生熱裂等問(wèn)題。
　　適當(dāng)?shù)谋砻鏈囟?br />　　適當(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(jī)
　　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(dá)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(dá)到均勻。然而輻射加熱器的使用較為靈活，對(duì)模具的傷害較少，但效率較低；插入式電熱管只適用于長(zhǎng)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(jí)壓射速度，直接以金屬熔液加熱模具亦是極為常見(jiàn)的方法，不過(guò)此方法對(duì)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(shí)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(duì)微裂現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)會(huì)會(huì)倍增。
　　的加熱方法應(yīng)為熱油加熱。熱油不間斷地通過(guò)模具內(nèi)管道，從內(nèi)部進(jìn)行模具加熱，使模具達(dá)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(jìn)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(shí)亦可適當(dāng)?shù)乇３帜＞邷囟取?br />　　模具溫度控制機(jī)/介紹
　　模具溫度控制機(jī)/利用高熱傳性的導(dǎo)熱媒體，以便在很短的時(shí)間內(nèi)將模具內(nèi)多余的熱送走。模具溫度控制機(jī)/在設(shè)定好熱平衡溫度后，能自動(dòng)控制其溫度在極小誤差之內(nèi)，且能維持定值。現(xiàn)以?shī)W地利生產(chǎn)之Robamat模溫機(jī)為基礎(chǔ)，作詳細(xì)介紹，圖1為其工作原理。
　　以流體種類區(qū)別
　　Robamat有多種類型，其中一類為熱水模具溫度控制機(jī)/，zui高使用溫度分別為140。和160。。由于水在大氣壓力下，沸點(diǎn)為100。，當(dāng)使用溫度接近或高于100。時(shí)，便需密封加壓，令壓力為3.6bar及6.2bar。客戶選用時(shí)，要注意使用軟水較為恰當(dāng)，以免水管內(nèi)部受水垢長(zhǎng)期積聚而影響其流暢性。
　　由于導(dǎo)熱油的沸點(diǎn)較高，因此使用溫度遠(yuǎn)高于水，在正常大氣壓力下，可達(dá)到350。。Robamat生產(chǎn)之熱油模溫機(jī)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(diǎn)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(shí)，必需使用特殊制造之模具溫度控制機(jī)。
　　Robamat的熱交換設(shè)計(jì)*，（見(jiàn)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(hù)，優(yōu)點(diǎn)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(dòng)，加熱器在管筒中心，因此加熱效果均勻，不會(huì)像其它熱浸式或側(cè)熱式的設(shè)計(jì)造成溫度局部位置過(guò)熱。由于中心加熱的導(dǎo)熱效果比側(cè)熱式設(shè)計(jì)較好，失熱較少，因而升溫速度較快。
　　冷卻設(shè)計(jì)方面，采用大口徑通過(guò)冷卻水，達(dá)到更均勻的效果。客戶閱讀冷卻功率數(shù)據(jù)時(shí)，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/150K≒85kW/190K。
　　ROBABAT模溫機(jī)的工作原理
　　1加壓對(duì)流加熱器（Pressurizedconvectionheater）
　　2加壓對(duì)流冷卻器（Pressurizedconvectioncooler）
　　3具備儲(chǔ)存器的輸送泵（Feedpumpwithreservoir）
　　4擴(kuò)展容缸和液體儲(chǔ)存器（Expansiontankfluid
　　reservoir）
　　5熱傳導(dǎo)液的水位控制裝置（Supervisionofheat
　　transferfluidlevel）
　　6控制冷卻水的電磁閥（Solenoidvalveforcooling
　　water）
　　7旁路（Bypass）
　　8溫度傳感器-熱傳導(dǎo)液（Temperaturesensor-heat
　　transferfluid）
　　9溫度傳感器-加熱器（Temperaturesensor-heater）
　　Robamat熱油機(jī)選用側(cè)信道轉(zhuǎn)輪泵。（見(jiàn)圖3）其內(nèi)為陶瓷軸連SiC滑動(dòng)式軸承，工作壽命特長(zhǎng)。馬達(dá)與泵以磁性連接，無(wú)漏油情況。其它類型的泵由于滑動(dòng)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(wú)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(huì)較好，不會(huì)滲漏導(dǎo)熱油，工作時(shí)較清潔及安全。磁性連接部件的工作溫度達(dá)300。，zui高油溫設(shè)置超過(guò)350。，對(duì)高溫?zé)嵊陀葹檫m合。目前鎂合金壓鑄為熱門(mén)投資，高溫?zé)嵊蛯?duì)鎂合金壓鑄至為重要，在選購(gòu)時(shí)，更須小心選擇。
　　在控制層面上，Robamat使用微電腦控制板，油溫控制于±5oC內(nèi)。圖2Robamat的加熱及冷卻單元是以組件管筒形式換入，安裝靈便
　　另外，亦設(shè)有工作時(shí)間顯示；時(shí)間制自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)；熱油自動(dòng)升溫及冷卻程序有雙重過(guò)熱保護(hù)；油量過(guò)高或過(guò)低顯示；機(jī)器使用狀態(tài)顯示功能等。
　　機(jī)器的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、通風(fēng)，并易于維修，嚴(yán)格按照歐洲安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。可供選擇的附件包括自動(dòng)吸出回油、冷卻水吹出裝置、RS485連接壓鑄機(jī)接口、外置感溫線、流量計(jì)、馬達(dá)過(guò)濾保護(hù)、PID式控制、DN13快速接頭（zui高溫度250oC）等。
　　簡(jiǎn)單直接選購(gòu)法，Robamat熱油機(jī)所選用的側(cè)信道
　　轉(zhuǎn)輪泵
　　機(jī)器鎖模力
　　T壓鑄合金
　　Znkg/hAlkg/h加熱功率
　　KW冷卻功率
　　KWRobamat
　　型號(hào)選擇
　　60-1003901602x5或102x203201.10.40
　　100-300720280Min2x102x403212.10.40
　　300-750--6502-3x102x404212.20.40
　　750-1000--10002-4x202x604214.20.60
　　表一為簡(jiǎn)單的選購(gòu)辦法，只作為指引，以下詳細(xì)介紹實(shí)際計(jì)算方法。
　　1.按下式計(jì)算壓鑄模具加熱需要的功率：
　　L1=（Q1＊X1）/（t＊3600）watt
　　=（M＊c＊DnV1＊X1）/（t＊3600）watt
　　L1=壓鑄模半邊必須的加熱功率，包括鑲塊或模具的其它零件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）例如：模具重量600Kg
　　加熱時(shí)間表2小時(shí)
　　加熱到220oC（VF）（室內(nèi)溫度VA為20oC）
　　DnV1=VF-VA=220-20=200oC
　　L1=（600X500X200X1.5）/2X3600=12.5KW
　　c=比熱模具鋼，約500J/kgK（kg）
　　DnV1=開(kāi)始加熱和終止加熱（工作溫度）間的溫差。
　　t=加熱時(shí)間（hr）
　　X1=安全系數(shù)，熱幅射，熱傳遞到模框、壓鑄機(jī)上的熱損耗
　　（隨著模具尺寸增大而升高）1.2-2
　　2.在生產(chǎn)中，溫度控制器冷卻的功率可按下式計(jì)算：
　　A2=（M＊fq＊X2）/3600kW（1kW=860kcal）
　　A2=由金屬熔液帶來(lái)的熱，即必須通過(guò)冷卻導(dǎo)出的熱kW
　　M=G＊S=重量（1小時(shí)的重量）kg/h
　　G=鑄件重量（超過(guò)1.5kg的鑄件，不包括淺道一般用水冷卻）kg
　　S=每小時(shí)鑄件數(shù)n
　　fq=熱系數(shù)（見(jiàn)表2）
　　X2=修正系數(shù)，模具大時(shí)為1；模具小時(shí)為1.5例如：鑄件重量2.5Kg
　　鑄件數(shù)60/h
　　材料鋁（fq=798）
　　X21.1
　　A2=（2.5x60x798x1.1）/3600=36.6KW
　　假定模具的兩邊面積相等，則兩個(gè)裝置的功率為36.6/2=18.3KW
　　3.泵所需流量取決于信道的橫截面積（盡量使選定的信道?適合于所有模具）這里使用經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證的熱載體流速2~3m/s為基礎(chǔ)，以下數(shù)據(jù)可為標(biāo)準(zhǔn)值：
　　信道直徑mm泵VL/mm
　　80-1110-14以齒輪泵為主
　　12-14-19以齒輪泵為主
　　14-16-25側(cè)信道特制離心泵
　　16-18-32側(cè)信道特制離心泵
　　除「流速」外，還必須檢驗(yàn)選定的泵輸送量是否能運(yùn)送所需的能量。這可按下式進(jìn)行：
　　V=60＊（L/c＊DnV＊p）
　　V=輸送量L/min
　　L=工作過(guò)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zui大允許溫差（約40-100）oC（k）
　　p=載熱體的密度（見(jiàn)表2）kg/dm3
　　c=比熱（見(jiàn)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/min
　　4.必須進(jìn)一步驗(yàn)算信道表面積
　　確定模具內(nèi)部必需的加熱信道的結(jié)構(gòu)和尺寸是模具設(shè)計(jì)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/cm2K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）
　　zui重要的是把接觸面（信道表面）設(shè)計(jì)成能有效傳遞所需的能量。如信道直徑太細(xì)或長(zhǎng)度不足，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法升溫的情況，由于水冷信道一般較熱油信道直徑小，如不改設(shè)計(jì)，很多時(shí)導(dǎo)致接觸面不足。
　　必需的信道表面積計(jì)算公式如下：
　　A=L/（a＊DnV3）cm2
　　A=必要的熱交換表面積cm2
　　L=L1或者L2工作必需的加熱或冷卻功率（取zui大值）Watt
　　a=熱傳導(dǎo)系數(shù)W/cm2K（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(dòng)，溫差應(yīng)盡可能小，力求達(dá)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(guò)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=40oCw=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