中国压铸杂志

先进压铸模热能交换技术

作者:admin 来源:原创 发表时间:2016-11-25
                                                                图:冷却循环的传统密封检测
 
在庞大且复杂的压铸过程中有一个趋势,特别是结构件,从最小量的喷射到无水喷射。这对模具的模温处理提出了较高的要求。Laichingen的Schaufler Tooling公司对这种模具的设计从方法上进行了精确地观察。
压铸模具不只是一个具有填充、造型的功能。每一个生产周期金属液都会产生大量的能量,另外,模具也会产生大量的能量交换。根据压铸程序中的新趋势这个新观点具有较重大的意义。主要是在结构件生产中越来越多地尝试在脱模剂中使用无水喷射。优点是众所周知的:通过更短的喷射周期减少周期时间。因为模具钢中的热交流减少了,模具的使用寿命就被明显提高了。铸件质量可以改善,多余湿气引起的多气孔风险被降低。
在无水喷射中熔化所引起的能量很大一部分通过模具的恒温系统被导出。如果说传统的喷射通过喷水或者内部的模具冷却系统减少热量以达到总能量平衡,那么在无水喷射中压铸模具的冷却系统必须这样设计:在更短的时间内可以导出双倍的能量。
精确控制系统取代模糊控制
这里传统使用的冷却设备经常是不够的。在Schaufler Tooling公司人们使用“热”设计方法——工程师Scott Kirkman和他的热工程(在美国密西根州Grand Rapids市)的专利发明(图1)。以铸件的CAD形状数据以及质量要求为基础,他们借助能量守恒实现了恒温处理系统的精准设计。
 
图1:用Schaufler方法设计的带有冷却系统的模具,用于生产发动机组。
 
特别在结构件制造中人们试图不用以水为基础的喷涂。对比带有加强筋条的传动系统工件、壁厚不均匀和材料集中的装配圆盖、轴承座及类似部分,这种方法更适合大多数具有均匀壁厚的大面积的形状。现在,我们的顾客经常提高对结构件模具热处理的精确要求。Schaufler Tooling公司已经和第一个发动机组项目联系到了一起,在这个项目中使用了无水喷涂。借助模糊设计模具恒温在这里是绝对不够的。更多地注意热传递在传统的喷涂中也是有必要的。这里减少水量能够缩短周期时间、提高使用寿命、减少工件中的孔隙度(图2)。
 
             
图2:用于生产发动机组的模具上的冷却系统实现了喷水量最小化。
 
模具温度的热平衡
当然在考虑模具冷却设备以前,要充分利用铸造工艺优化工件的所有可能性来减少不受欢迎的“热节”,之后的目标是设计模具的热平衡,达到均匀的温度分布。必须注意模具中那些产生能量的位置,就要分散那里的热能。为了能够开始计算,人们提出了粗略的模具草案,在这个草案中分型面以及浇口都被确定下来。然后,在Schaufler Tooling公司观察铸件并分析它及其相关的不同部分热量的产生。为此要在CAD中分解这个工件。厚壁的镶块被隔离单独观察,它的体积、表面以及他的接触面作为不同的工件形状进行计算。
以物理的关系为基础,注意彼此的距离,检测准确的热能量,这些能量可以并应该从这个区域中导出。剩下的碎小的带有均匀壁厚的其他形状和少量有问题的位置将被总体平衡,在每一个成形工件中标明基础恒温。详细地进行总体分析,从对工件的质量要求和单个镶块的功能中可以得出结果。
在模具设计的早期阶段热平衡专家和设计师必须进行密切合作,从哪个面冷却观察到的材料集中。也会决定可以并且能够分散到每个成形工件上多少能量。原则上有可能为了影响上一个凝固的位置从一侧导出的能量较多,从另一侧导出的能量较少。所以多孔的位置也是可以被控制的。理想的情况下这种多孔的位置在关键的区域——譬如说后工序——必须被加工,以便能够移动。
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