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壓鑄模型芯針冷卻控制裝置的開發(fā)與應(yīng)用

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2013-01-25  來源:網(wǎng)絡(luò)  作者:未知
核心提示:壓鑄模溫度對(duì)于壓鑄模使用壽命和鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定性有著非常大的影響,是必須要控制的參數(shù)之一。針對(duì)目前壓鑄模在冷卻時(shí)無法對(duì)模具細(xì)小型芯針部位進(jìn)行有效控制、芯針溫度高、芯針頂部鑄件縮孔/ 縮松缺陷嚴(yán)重、芯針壽命短等缺點(diǎn),開發(fā)了基于高壓冷卻循環(huán)水的壓鑄模型芯針溫度控制裝置。該裝置具有冷卻水溫度自動(dòng)恒定、水冷與風(fēng)冷結(jié)合等功能。

壓力鑄造成形是一種先進(jìn)高效的制造成形技術(shù),在汽車、通訊、家電等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。近年來,隨著全球?qū)?jié)能減排、產(chǎn)品輕量化技術(shù)的大力開發(fā)和重視, 壓鑄件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,尺寸越來越大,精度越來越高。因此大型復(fù)雜精密壓鑄件的生產(chǎn)技術(shù)已成為國內(nèi)壓鑄企業(yè)的一個(gè)新挑戰(zhàn)。

壓鑄生產(chǎn)中,模具溫度對(duì)鑄件質(zhì)量有很大影響,是必須要控制的重要參數(shù)之一。壓鑄模的模溫控制通常采取水冷方式。雖然國內(nèi)外對(duì)壓鑄模具冷卻有較多的探討,但對(duì)于大型復(fù)雜壓鑄模中細(xì)小芯針的冷卻方法卻缺乏研究。因此,筆者開發(fā)了一種基于高壓循環(huán)水冷卻+ 風(fēng)冷的壓鑄模型芯針冷卻控制裝置,并對(duì)此應(yīng)用效果進(jìn)行了測試。

1. 壓鑄模型芯針冷卻控制系統(tǒng)的工作原理

壓鑄模型芯針冷卻控制裝置的工作原理如圖1所示。該控制裝置包括制冷系統(tǒng)、高壓循環(huán)水冷卻系統(tǒng)和吹氣冷卻系統(tǒng)。主要工作過程如下:

1) 制冷原理。壓縮機(jī)9、冷凝器10、制冷劑儲(chǔ)液器11、壓力調(diào)節(jié)器12、干燥過濾器13、蒸發(fā)器等部件構(gòu)成一個(gè)完整的制冷循環(huán)通路。當(dāng)水箱中的冷卻水溫度超過設(shè)定溫度時(shí), 制冷通道中的制冷R22 經(jīng)由壓縮機(jī)9 形成高溫高壓氣態(tài)狀,流經(jīng)設(shè)置在裝置頂端的冷凝器10 進(jìn)行冷卻( 由強(qiáng)制流動(dòng)的空氣冷卻) ,形成常溫高壓液態(tài)狀。冷凝后的制冷劑液體通過干燥過濾器13,除去混入系統(tǒng)中的水分與雜質(zhì), 再由膨脹閥或毛細(xì)管( 壓力調(diào)節(jié)器12) 形成低壓低溫氣態(tài)制冷劑。 這種低壓氣態(tài)制冷劑進(jìn)入設(shè)置在水箱1 中的蒸發(fā)器14 后即開始進(jìn)行吸熱工作( 制冷) ,從而將水箱中的高溫水冷卻至預(yù)定溫度。制冷劑蒸發(fā)吸熱后又由壓縮機(jī)吸入,再開始下一個(gè)制冷循環(huán)。當(dāng)水箱中冷卻水的溫度達(dá)到合適的設(shè)定溫度時(shí),制冷系統(tǒng)自動(dòng)停止。
                                          

2) 循環(huán)水冷卻原理。 在正常壓鑄生產(chǎn)中, 由于高溫鋁液和模具不斷的熱交換, 模具溫度會(huì)不斷升高, 模具上型芯針部位的溫度非常高, 因此要對(duì)型芯針部位進(jìn)行冷卻。 水箱1、高壓輸送泵2、單向閥3、出水電磁閥4、節(jié)流閥5、截止閥6 8、壓鑄模7、進(jìn)出水管道27 26 組成一個(gè)完整的循環(huán)水冷卻通路。 冷卻水流經(jīng)型芯針內(nèi)部通道時(shí)與型芯針進(jìn)行連續(xù)熱交換, 從而使型芯針部位的溫度降低。

3) 吹氣冷卻原理。 由于型芯針內(nèi)的冷卻管道直徑僅有1- 2 mm,且模具溫度100以上, 冷卻水在里面極易氣化形成氣阻, 導(dǎo)致冷卻水很難進(jìn)入管道內(nèi), 從而極大影響冷卻效果, 所以采用吹氣方法將殘留的水蒸氣吹出, 以保證冷卻管道的暢通。 空氣壓縮機(jī)18、截止閥19 6、氣動(dòng)三聯(lián)件20、電磁閥21、單向閥22、進(jìn)出水管道27 26、水箱1 構(gòu)成一個(gè)完整的吹氣冷卻通道。

2. 壓鑄模型芯針冷卻控制裝置的設(shè)計(jì)

筆者設(shè)計(jì)的壓鑄模型芯針冷卻控制裝置包括電氣控制系統(tǒng)、制冷控制系統(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)和吹氣冷卻系統(tǒng) 工作方式設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)模式。 2 為自動(dòng)模式的順序流程圖。
                                                 

3. 壓鑄模型芯針冷卻裝置的效果評(píng)價(jià)

3.1 試驗(yàn)基本參數(shù)

3 為某轎車底盤后副車架三維實(shí)體圖, 外形尺寸1078mm×367mm×156mm,鑄件重量6.5kg。該件為汽車底盤中的重要保安零件,內(nèi)部質(zhì)量及力學(xué)性能要求高,其本體抗拉強(qiáng)度≥40 MPa,屈服強(qiáng)度≥145MPa,伸長率≥6% 。
                                               

3.2 試驗(yàn)所用模具裝置

后副車架細(xì)小針孔分布見圖3,定模上型芯針的分布見圖4。 型芯針內(nèi)部冷卻通道直徑1.8mm
                                                 

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)中,設(shè)置了三組試驗(yàn):第一組為不使用型芯針冷卻控制裝置;第二組為設(shè)置型芯針冷卻控制裝置處于手動(dòng)狀態(tài);第三組為設(shè)置型芯針冷卻控制裝置處于自動(dòng)狀態(tài)。 在這三組實(shí)驗(yàn)中,使用熱成像儀捕捉開模后后副車架定模上芯針溫度分布情況,通過三組試驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)比,來評(píng)價(jià)型芯針冷卻控制裝置的冷卻效果。圖5 為不使用型芯針冷卻裝置時(shí)定模型針的溫度分布圖。圖6為使用手動(dòng)模式時(shí)的溫度分布圖。圖7為使用自動(dòng)模式時(shí)的溫度分布圖。
                                                    

由圖5 可以看出,在不使用型芯針冷卻裝置時(shí),型芯針及其周圍的溫度波動(dòng)范圍比較大,由圖中的溫度坐標(biāo)值可以看出,最低溫度為111.9,最高溫度為327.0, 溫度波動(dòng)范圍為170-190
                                                         

由圖6可知,當(dāng)設(shè)為手動(dòng)模式時(shí),型芯針及其周邊的溫度下降很明顯,最低溫度為77.2,最高溫度為181.5。溫度波動(dòng)范圍為65-90。由圖7可知,當(dāng)設(shè)為自動(dòng)模式時(shí),型芯針及其周圍的溫度雖然也有所下降,但下降幅度沒有手動(dòng)模式明顯。模具最低溫度為62.2,最高溫度為295.1,溫度波動(dòng)范圍為190-220。
                                                    

8 別顯示了在三種模式下位置1 芯針的溫度分布對(duì)比圖。 位置1 在不冷卻時(shí)溫度為210-225, 自動(dòng)冷卻時(shí)溫度為100-125, 手動(dòng)冷卻為75-115 雖然自動(dòng)模式和手動(dòng)模式都能使芯針溫度降低, 但降低幅度不一樣, 這是由于手動(dòng)模式時(shí), 每一個(gè)壓鑄周期中冷卻循環(huán)水始終處于運(yùn)行狀態(tài), 而自動(dòng)模式時(shí)只是在壓鑄周期的開合模期間運(yùn)行。 顯然, 芯針的溫度并不是越低越好。 當(dāng)溫度過低時(shí), 鑄件針孔及周邊部位易出現(xiàn)比較嚴(yán)重的冷隔缺陷。
                                                     

X光檢測結(jié)果表明,當(dāng)沒有冷卻時(shí),型芯針底部及側(cè)壁和右上角部位的圓孔孔壁等處有明顯的縮孔缺陷;而在手動(dòng)冷卻模式下,由于芯針溫度下降,上述兩處的縮孔情況有了明顯改善,但仍有輕微縮裂;在自動(dòng)冷卻模式下,縮孔則完全消除。

4. 結(jié)束語

在大型復(fù)雜壓鑄件的技術(shù)開發(fā)及生產(chǎn)中,模具溫度的控制是不能忽視的重要工藝參數(shù)之一。筆者開發(fā)的基于高壓冷卻循環(huán)水的壓鑄模用型芯針冷卻控制裝置,對(duì)偏長、直徑較小的型芯針有良好的冷卻效果,可有效降低鑄件型芯針底部的縮孔/ 縮松缺陷的產(chǎn)生,提高了鑄件內(nèi)部質(zhì)量。

 
關(guān)鍵詞: 壓鑄 壓鑄模 冷卻 型芯針

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