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冷卻水對壓鑄模具壽命及其鑄件質量的影響

作者: 來源: 發布于:2018-12-10 9:02:20
一、前言

壓鑄是指使用壓鑄機將鋁、鋅、鎂、錫等的合金熔液注入模具后在熔融狀態下加壓成形并強制冷卻,在短時間內生產大量尺寸精度高、內部結構致密性好的鑄件,以減少機加工余量和保證鑄件內在質量。因而,模具冷卻循環水的合理使用,在復雜壓鑄模具中顯得尤為重要。

二、循環冷卻水對壓鑄模具的影響

壓鑄模具冷卻可分外冷和內冷,外冷是在鑄件脫模后用噴頭對模腔表面噴淋降溫,并噴脫模劑;內冷是在模具內部通循環冷卻水,是模具的主要冷卻方式(見圖1)。在東風本田發動機有限公司的國內首家轎車鋁缸體壓鑄項目中,其復雜的缸體壓鑄模具的活動芯子及絕大部分的造孔銷內部都通有冷卻水,以控制模具的各部分溫度。


模具的溫度控制較高,雖有利于鋁液在模具內的填充,并有利于鑄件成形,但當模具溫度接近300℃時,會產生明顯的粘鋁現象,使鑄件表面粗糙或缺塊,需要頻繁打磨模具。與此同時,鑄件在預定時間內未充分冷卻就開模,鑄件因冷卻不足與模具間的脫模間隙未能充分形成,加上粘鋁現象,脫模時會導致模塊和造孔銷受力過大而拆裂損壞(開模時的響聲也會明顯增大)。模具溫度控制過低會影響鋁液的流動性并引起鑄件冷隔。我們希望模具各部分的溫度不要相差過大,否則會因模具的熱脹冷縮不均勻引起模塊龜裂,而微小的龜裂會因應力集中現象和鋁液的滲入不斷擴展,以致模塊局部崩裂,直接影響模具的使用壽命。在生產實踐中,我們曾經遇到過因冷卻水水質差產生水垢并引起部分冷卻管堵塞,結果使動模一側的活動芯子溫度過高(表面溫度接近300℃)導致模腔表面嚴重粘鋁,幾乎每班都要打磨模具,且在模塊邊角處龜裂現象明顯增加。通過采取管道清通并改善水質的措施,情況明顯好轉。

三、模具冷卻水對鑄件質量的影響

模具各部分溫度的高低視需要而異,工件壁厚較大部位的鋁液凝固慢,模溫可以稍低些;筋板、凸臺部分或薄壁處為防止冷隔,要提高鋁液流動性,模溫應相對提高??刂坪媚>吒鞑糠譁囟?,還可改變鑄件中縮孔的分布狀態(見圖2)。我們生產的鋁缸體毛坯,水套與螺栓孔間容易產生縮孔,造成水道與螺栓孔間泄漏,若加強造孔銷的冷卻,可使螺栓孔周圍的鋁液加快固化,而其它部分冷卻慢,縮孔總是在鋁液最后凝固的位置形成。水套與螺栓孔間的縮孔轉移了,鑄件的泄漏率便得到了控制。


模具冷卻不良使模溫偏高,除造成粘鋁影響工件表面光潔度外,還會因工件未充分冷卻成形而在脫模時產生拉應力,造成內部暗裂。在缸體毛坯壓鑄生產中,我們曾遇到過因定模冷卻不良的毛坯在試壓時,產生明顯的泄漏現象。

為減少鑄件內的氣孔,模具要有一定體積的冒口和完善的排氣通道。動靜模間的排氣間隙過小,鋁液在填充過程中模腔內空氣不能充分排出,會增加鑄件內的氣孔;若間隙過大,鋁液會從縫隙沖出,形成過大的飛邊。為解決排氣順暢又不使鋁液外泄的這對矛盾,可在冒口外側排氣部位的冷鐵處加水冷管道,當鋁液把模腔氣體通過冒口從較大間隙的氣道順暢排出時,鋁液遇到有內冷的冷鐵急速冷凝而不會引起過大的毛刺。為增強冷鐵的冷卻效果,除采用冷卻水內冷外,有的還采用高導熱合金材料。

四、冷卻水系統

我們為保證現用的模具冷卻水水質潔凈,采用閉式冷卻塔循環系統;為避免水垢堵塞管道,回路中裝有多功能高頻電子除垢器,并有加藥防腐裝置。為防止生銹,蓄水池中的金屬構件全部采用不銹鋼,且吸水口離池底一定距離,以免吸入沉淀物。根據缸體模具的需要,冷卻水系統的冷卻能力為100RT(RT—日本冷噸,1RT=3320kCal/h=3.861kW)最大冷卻水循環量為13090L/min,供水壓力0.3-0.4MPa,供水溫度20-35℃,進出口水溫差為5℃。

在日本本田汽車株式會社研修期間,我們仔細觀察和分析了缸體壓鑄模具的冷卻水系統。他們除了采用閉式循環系統外,還采用了計算機控制系統,模具上的各點溫度可通過計算機設定。其模具上裝有檢測各部位溫度的傳感器,把各處溫度轉換成電信號反饋到計算機控制系統上與設定溫度相比較,以調節各處冷卻水的流量。

五、結束語

復雜模具的內冷卻水直接影響模具的壽命和質量。像壓鑄缸體這樣的復雜模具,其冷卻水進出支管有上百支,要對模具各處的冷卻水量作相應的調節,若采用閥門控制,不但布局困難,而且不能做到定量調節。只有采用計算機控制系統,才能便于調節和穩定模具各點溫度。

模具的結構、工件的壁厚和復雜程度、氣溫的變化等,對模具的冷卻水流量都有不同的要求,這需要通過一定時間的試驗和摸索,以取得最佳數據。


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