《金屬壓鑄工藝與模具設(shè)計(jì)》第12章：加熱與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、（時(shí)間：1次課，2學(xué)時(shí)）n模具溫度是影響壓鑄件質(zhì)量的一個(gè)重要因素，但在生產(chǎn)過(guò)程中往往未被嚴(yán)格地控制。大多模具溫度是影響壓鑄件質(zhì)量的一個(gè)重要因素，但在生產(chǎn)過(guò)程中往往未被嚴(yán)格地控制。大多數(shù)形狀簡(jiǎn)單、壓鑄工藝性好的壓鑄件對(duì)模具溫度控制要求不高，模具溫度在較大范圍內(nèi)變數(shù)形狀簡(jiǎn)單、壓鑄工藝性好的壓鑄件對(duì)模具溫度控制要求不高，模具溫度在較大范圍內(nèi)變動(dòng)仍能生產(chǎn)出合格的壓鑄件。而生產(chǎn)某些復(fù)雜壓鑄件時(shí)，只有當(dāng)模具溫度控制在某一較窄動(dòng)仍能生產(chǎn)出合格的壓鑄件。而生產(chǎn)某些復(fù)雜壓鑄件時(shí)，只有當(dāng)模具溫度控制在某一較窄范圍內(nèi)時(shí)，才能生產(chǎn)出合格的壓鑄件，此時(shí)，必須嚴(yán)格控制模具溫度。范圍內(nèi)時(shí)，才能生產(chǎn)出合格的壓鑄件，此時(shí)，必須

2、嚴(yán)格控制模具溫度。n在每一個(gè)壓鑄循環(huán)中，模具型腔內(nèi)的溫度是變化的。圖在每一個(gè)壓鑄循環(huán)中，模具型腔內(nèi)的溫度是變化的。圖12.1所示為某鋁合金在所示為某鋁合金在650時(shí)壓時(shí)壓鑄厚度為鑄厚度為4 mm的壓鑄件，其型腔溫度的變化。壓射前模具溫度為的壓鑄件，其型腔溫度的變化。壓射前模具溫度為200，循環(huán)持續(xù)時(shí)間，循環(huán)持續(xù)時(shí)間為為24 s。n使模具升溫的熱源，一是由金屬液帶入的熱量，二是金屬液充填型腔所消耗的一部分機(jī)械使模具升溫的熱源，一是由金屬液帶入的熱量，二是金屬液充填型腔所消耗的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換成的熱能。模具在得到熱量的同時(shí)也向周圍散發(fā)熱量，如果在單位時(shí)間內(nèi)模具吸收能轉(zhuǎn)換成的熱能。模具在得到熱量的同

3、時(shí)也向周圍散發(fā)熱量，如果在單位時(shí)間內(nèi)模具吸收的熱量與散發(fā)的熱量相等而達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，則稱為模具的熱平衡。模具的溫度控制就的熱量與散發(fā)的熱量相等而達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，則稱為模具的熱平衡。模具的溫度控制就是把模具在熱平衡時(shí)的溫度控制在模具的最佳工作溫度內(nèi)。是把模具在熱平衡時(shí)的溫度控制在模具的最佳工作溫度內(nèi)。n模具的溫度控制是通過(guò)模具的加熱和冷卻系統(tǒng)來(lái)達(dá)到的。加熱與冷卻系統(tǒng)的主要作用是提模具的溫度控制是通過(guò)模具的加熱和冷卻系統(tǒng)來(lái)達(dá)到的。加熱與冷卻系統(tǒng)的主要作用是提高壓鑄件的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量；穩(wěn)定壓鑄件的尺寸精度；提高壓鑄機(jī)生產(chǎn)效率；降低模高壓鑄件的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量；穩(wěn)定壓鑄件的尺寸精度；提高壓鑄

4、機(jī)生產(chǎn)效率；降低模具熱交變應(yīng)力，提高模具使用壽命。具熱交變應(yīng)力，提高模具使用壽命。n12.1 模具的加熱模具的加熱 n12.2 模具的冷卻模具的冷卻 n壓鑄模常用的加熱方法有以下幾種。壓鑄模常用的加熱方法有以下幾種。n1煤氣、天然氣加熱n這種加熱方法方便，成本低，但會(huì)使模具型腔表面尤其是型腔中較小的凸起部分過(guò)熱，最這種加熱方法方便，成本低，但會(huì)使模具型腔表面尤其是型腔中較小的凸起部分過(guò)熱，最后使型腔軟化，從而降低模具壽命，而且加熱時(shí)間長(zhǎng)。后使型腔軟化，從而降低模具壽命，而且加熱時(shí)間長(zhǎng)。n2低熔點(diǎn)合金加熱n用煤氣、天然氣和電加熱模具是利用外部熱源加熱模具，這種加熱方法是比較合理的。對(duì)用煤氣、天然

5、氣和電加熱模具是利用外部熱源加熱模具，這種加熱方法是比較合理的。對(duì)于壓鑄鋅合金之類低熔點(diǎn)合金，也可以不用外部熱源加熱壓鑄模，而是在冷的壓鑄模中直于壓鑄鋅合金之類低熔點(diǎn)合金，也可以不用外部熱源加熱壓鑄模，而是在冷的壓鑄模中直接澆入金屬液，利用金屬液熱量加熱模具。開始?jí)鸿T的幾個(gè)鑄件表面質(zhì)量是很差的，舍棄接澆入金屬液，利用金屬液熱量加熱模具。開始?jí)鸿T的幾個(gè)鑄件表面質(zhì)量是很差的，舍棄不要。這種預(yù)熱方法一般對(duì)壓鑄模使用壽命影響不大，但有時(shí)也出現(xiàn)鑄件會(huì)粘附在動(dòng)、定不要。這種預(yù)熱方法一般對(duì)壓鑄模使用壽命影響不大，但有時(shí)也出現(xiàn)鑄件會(huì)粘附在動(dòng)、定模上的現(xiàn)象，如果壓鑄鋁合金等高熔點(diǎn)合金也用這種方法時(shí)，就會(huì)大大降低

6、模具壽命。模上的現(xiàn)象，如果壓鑄鋁合金等高熔點(diǎn)合金也用這種方法時(shí)，就會(huì)大大降低模具壽命。n3電加熱n電加熱器有電阻加熱器、電感應(yīng)加熱器和紅外線加熱器。其中最常采用的是電熱管加熱，電加熱器有電阻加熱器、電感應(yīng)加熱器和紅外線加熱器。其中最常采用的是電熱管加熱，可以根據(jù)需要選用合適的規(guī)格。電熱管一般布置在動(dòng)定模套板可以根據(jù)需要選用合適的規(guī)格。電熱管一般布置在動(dòng)定模套板(也可以通過(guò)鑲塊也可以通過(guò)鑲塊)、支承板、支承板和座板上，按實(shí)際需要設(shè)置電熱管的安裝孔，布置時(shí)應(yīng)避免與活動(dòng)型芯或推桿發(fā)生干擾。和座板上，按實(shí)際需要設(shè)置電熱管的安裝孔，布置時(shí)應(yīng)避免與活動(dòng)型芯或推桿發(fā)生干擾。電加熱清潔方便、操作安全，但成本較

7、高。如果用電加熱清潔方便、操作安全，但成本較高。如果用SRM3型電熱管時(shí)，模具的孔徑與電熱型電熱管時(shí)，模具的孔徑與電熱管外徑的配合間隙不應(yīng)大于管外徑的配合間隙不應(yīng)大于0.8 mm，否則會(huì)降低傳熱效率。在動(dòng)、定模上可布置供安裝，否則會(huì)降低傳熱效率。在動(dòng)、定模上可布置供安裝熱電偶的測(cè)溫孔，以便控制模溫。熱電偶的測(cè)溫孔，以便控制模溫。n模具的冷卻方式主要有風(fēng)冷和水冷兩種。模具的冷卻方式主要有風(fēng)冷和水冷兩種。n1風(fēng)冷的特點(diǎn)n風(fēng)冷用于散熱量要求較小的模具，如壓鑄低熔點(diǎn)、中小型薄壁鑄件的模具。風(fēng)冷用于散熱量要求較小的模具，如壓鑄低熔點(diǎn)、中小型薄壁鑄件的模具。n(1)風(fēng)力來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)或壓縮空氣。風(fēng)力來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)

8、或壓縮空氣。n(2)模具內(nèi)不設(shè)冷卻裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。模具內(nèi)不設(shè)冷卻裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。n(3)能將模具涂料吹勻，并加速驅(qū)散涂料所揮發(fā)的氣體，減少鑄件氣孔。能將模具涂料吹勻，并加速驅(qū)散涂料所揮發(fā)的氣體，減少鑄件氣孔。n(4)冷卻速度慢，生產(chǎn)效率低。冷卻速度慢，生產(chǎn)效率低。n圖圖12.2所示為型芯風(fēng)冷的結(jié)構(gòu)。所示為型芯風(fēng)冷的結(jié)構(gòu)。 n2水冷的特點(diǎn)n在連續(xù)大批量生產(chǎn)大、中型鑄件或厚壁鑄件時(shí)，為保持模具熱平衡，多用水冷卻模具。在在連續(xù)大批量生產(chǎn)大、中型鑄件或厚壁鑄件時(shí)，為保持模具熱平衡，多用水冷卻模具。在模具內(nèi)設(shè)置冷卻水通道，使熱量隨冷卻水流動(dòng)而迅速排出。水冷的特點(diǎn)為：模具內(nèi)設(shè)置冷卻水通道，使熱量隨冷卻水流

9、動(dòng)而迅速排出。水冷的特點(diǎn)為：n(1)模具內(nèi)增設(shè)冷卻水通道，增加了模具的復(fù)雜程度。模具內(nèi)增設(shè)冷卻水通道，增加了模具的復(fù)雜程度。n(2)冷卻速度比風(fēng)冷快，生產(chǎn)效率高，控制方便。冷卻速度比風(fēng)冷快，生產(chǎn)效率高，控制方便。n(3)冷卻水溫度要控制。冷卻水溫度要控制。n(4)要防止冷卻水通道內(nèi)沉積沉淀物。要防止冷卻水通道內(nèi)沉積沉淀物。n(5)冷卻水通道直徑冷卻水通道直徑推薦為推薦為816 mm，其孔壁距澆口或型腔的壁面一般取，其孔壁距澆口或型腔的壁面一般取1015 mm。n3水冷卻裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)n由由4.3.2一節(jié)得知使模具熱量平衡的冷卻水通道直徑與數(shù)量的有關(guān)計(jì)算公式。冷一節(jié)得知使模具熱量平衡的冷卻水通道

10、直徑與數(shù)量的有關(guān)計(jì)算公式。冷卻水通道設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：卻水通道設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：n(1)冷卻水通道要求布置在型腔內(nèi)溫度最高，熱量比較集中的區(qū)域。要使通道冷卻水通道要求布置在型腔內(nèi)溫度最高，熱量比較集中的區(qū)域。要使通道通暢，不出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。通暢，不出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。n(2)模具鑲拼結(jié)構(gòu)上有冷卻水通道通過(guò)時(shí)，要求采取密封措施，防止泄漏?？赡＞哞偲唇Y(jié)構(gòu)上有冷卻水通道通過(guò)時(shí)，要求采取密封措施，防止泄漏?？梢杂妹芊鈮|圈或用銅管、不銹鋼管作為冷卻通道穿過(guò)鑲拼結(jié)構(gòu)交界處。以用密封墊圈或用銅管、不銹鋼管作為冷卻通道穿過(guò)鑲拼結(jié)構(gòu)交界處。n(3)水管接頭盡可能設(shè)置在模具的下面或操作者的對(duì)面一側(cè)。其外徑尺寸應(yīng)統(tǒng)水管接頭盡可能設(shè)置在模具的下面或操作者的對(duì)面一側(cè)。其外徑尺寸應(yīng)統(tǒng)一，以便接裝輸水膠管。一，以便接裝輸水膠管。n4冷卻水通道的布置形式n圖圖12.3、圖、圖12.4、圖、圖12.5及圖及圖12.6是常用的幾種型腔、型芯冷卻通道布置形式。是常用的幾種型腔、型芯冷卻通道布置形式。分流錐冷卻如圖分流錐冷卻如圖12.7所示。澆口套冷卻如圖所示。澆口套冷卻如圖12.8所示。內(nèi)澆口冷卻如圖所示。內(nèi)澆口冷卻如圖12.9所所示，冷卻通道布置在內(nèi)澆口正下方示，冷卻通道布置在內(nèi)澆口正下