压铸模温度控制对压铸件质量的影响
压铸模温度控制对压铸件质量的影响
摘 要：论述了压铸模温度控制的重要性及其对压铸件质量的影响，对压铸模具热平衡的原理及模具的冷却技术作了介绍。
关键词：模温控制；热平衡；压铸件质量
压力铸造由于其发展的迅速己成为铸造行业，蓬勃兴起的产业部门和重要市场，对优质压铸件的不断增长需求，促使压铸行业在高性能设备、先进的工艺方法、压铸合金性能提高、模具制造技术的进步等领域都有了显著的改观，但与国外先进压铸技术比较，总体差距仍不小，为此技术创新已成为压铸行业发展的动力。
压铸控温模温机
1 模具温度控制对压铸件质量的影响
1.1 模温控制的作用
1)模温控制对合金液流的温度、流动性、填充时间、填充流态以及合金液的冷却速度、结晶状态和顺序、收缩应力等具有重要影响。
2)模温过高，压铸件易收缩形成凹陷或表面产生气泡；模温过低，铸件表层冷凝后，又被高速液流冲破形成铸件表面缺陷，还会造成铸件收缩应力增大而产生裂纹。
3)模温控制对延长模具寿命，提高生产效率作用显著。模具温度梯度变化过大，形成的应力状态与频繁的应力交变，将导致模具过早开裂与变形。
4)模温控制对压铸件出模及尺寸精度有影响。模温控制在一定范围内，铸件的收缩率相对稳定，铸件可获得良好的尺寸精度、表面质量和力学性能。
1.2 影响模具温度的主要因素
1)合金液的浇注温度、浇注量、热容量、模具体积以及铸件结构与导热性。
2)模具浇注系统和溢流槽的设计与布置，以及调整热平衡状态的程度。
3)压铸循环的时间与保压时间，生产节奏的连续性，频率越快，模温越高。
4)模具润滑与加热冷却的方式与介质。
1.3 模温对压铸件性能的影响
1.3.1 对力学性能的影响
适当提高模具温度，可以改善充填条件，使铸件力学性能提高，但模具温度过高，会使合金液冷却速度降低，铸件上细晶层减少，晶粒粗大，强度会有所下降，图1为模具温度与铝合金(ZL105)压铸件力学性能的关系。从图中可以看出对铝合金而言，当模具温度超过250℃，强度就会下降，对伸长率而言，模温小于l 5 0℃其值会逐渐降低。
图1：模温与铝合金压铸件力学性能的关系
对压铸镁合金AM50而言，当浇注温度为680℃，压射速度3.5 m/s时，模具温度对力学性能的影响如图2所示。从图中可看出，当模温大于180℃时，各项力学性能均开始下降，模温过高，不仅直接影响型腔的激冷能力，力学性能降低，而且使铸件粘模，脱模困难。如果模温过低，会使冷却速度过快，导致压铸件表面形成激冷层，表面组织为细晶区，硬度高，强度和伸长率则下降，这主要是由于压铸件在凝固期，由于表面快速凝固，使合金液得不到补缩造成显微缩松和气孔所致。
图2：模温与镁合金压铸件力学性能的关系
1.3.2 对尺寸精度的影响
同牌号的合金在同一付模具上压出的铸件，现场进行测量，其尺寸精度不完全相同，这是由于压铸工艺参数的影响，最主要的影响因素为模具温度。试验证明模具温度高，尤其在连续压铸一段时间后模温上升，压铸件尺寸大，收缩率小，反之模具温度低，压铸件尺寸小，收缩率大。
模具温度的偏高或偏低，使模具温度场的平衡无法形成，从而引起收缩率的变化，是造成铸件尺寸波动的主要原因，因此要保证压铸件的尺寸精度和铸件内在质量，一定要将热平衡的计算纳入模具设计的范畴。
2 压铸模具的热平衡与温度控制方法
2.1 模具的热平衡
压铸件的质量和生产率在很大程度上取决于压铸模的热平衡控制是否正确，有效地控制和调节压铸模的热平衡，才能促使压铸工艺参数的稳定。压铸生产中当模具散失输出的热量大于从合金液传导输入给模具的热量，例如当采用较大的模具压铸薄壁零件或采用较多滑块结构的模具时，为了达到模具的热平衡，必须另给模具附加热量：增加附加热量的方法可以采用模具温度控制器，模具上安放可调性管状电加热器，模具外部置放绝热体或铸件多余部分包括溢流槽的设置等方法解决。反之模具输入的热量大于散失输出的热量，模温超过规范，必须采用人工强制冷却。
对每一次的压铸循环来说，模具从合金液中吸收输入热量，经过热传导向外界散热输出热量，一般情况下辐射与自然对流仅散失了总输入热量的5%，其余95%完全由模具的热传导输出。当单位时间内模具吸热与散热相等时，才能达到平衡状态，即模具达到热平衡必须使输入给模具的热量与经过自然散失和人工冷却输出的热量之和相等，做到在每一压铸循环中模具输入和输出的热量一致。
在实际生产中，影响模具热平衡的因素很多，包括浇注温度、模具预热温度、合金液的容量、模具体积、浇注排溢系统的位置及数量、模具冷却状况以及操作循环时间等等，因此要做到良好的模具热平衡，必须通过压铸工艺参数的调整，包括压射比压、冲头速度、留模与出模时间及喷涂等互相影响和制约的因素才能实现。
2.2 模具温度的选择与调节
压铸模温机
模具温度的选择，应根据铸件的形状、大小和结构特点以及合金的性质、模具结构与浇注条件等各个方面的因素综合考虑，推荐的压铸模工作温度见表。
压铸模工作温度
随着国内压铸件不断进入国际市场，对压铸件质量的要求日益提高，对模具温度控制的需求也更加迫切。在国外的大中型压铸企业中，已将压铸模热平衡理论纳入模具设计中，并按压铸件的技术要求，预先设置各部分的温控点，通过控制合金液的冷却速度，调整压铸件尺寸和内部组织使结晶细化，力学性能提高，还可以使合金液冷却时实现顺序凝固，消除铸件的疏松冷隔等缺陷。而目前国内只有新建的大型压铸企业和合资或独资企业的车间内配备了温控装置，进口的压铸机辅助设备中也大都带有模具温控装置：大部分压铸厂的生产现场普遍没有设置模温控制器，某些压铸车间甚至不预热就投入生产，这对压铸件质量的稳定和提高造成很大影响。
有效地控制与调节模具温度，不仅可以延长压铸模寿命，而且也是保证合金液充型良好、稳定铸件质量的关键工艺参数。目前对压铸件质量有要求，而又没有相应控制模温手段的压铸车间，基本要求在生产前模具要预热，避免合金液激冷过快，突然增大模具温度梯度而降低铸件质量和过早损坏模具．要按工艺规程对模具关键部分的温度进行检查和调节，控制好生产节奏与合金液的浇注流量以及喷涂的调整。
2.3 模具的冷却技术
压铸模在连续生产过程中，大多数情况下，需要的是人工加强冷却，用水冷却模具或者用载热油（导热油）进行模温控制，一般有下列几种方法：
1)根据铸件结构，通过多个单独冷却水循环系统，控制模具不同部分的不同温度，为铸件创造顺序凝固的条件；也可以在模具上每个冷却回路中选择一个最敏感、最合适的位置，装设一个热感器，对温度进行扫描和监视，再通过一个可调的控制器，操纵输入段电动阀的开闭，此方法虽好，但投入较大，尤其是热感器及其线路的费用，一般只用在尺寸很大，要求很高的压铸件生产中。
2)通过载热油的自动加热一冷却装置来控制模具温度。将动定模分别控制在一定的温度范围，这较模具的单纯冷却要优越得多，装置以载热油为介质，作为通向模具的工作液，通过加热和冷却的效率及载热油的循环速度，由电子温度计控制油温。
3)压铸模冷却水温不能过高，否则当水沸腾时形成的水蒸气压力会影响冷却散热效果，冷却水温上限为95℃，下限为10℃。连接模具的水冷软管不能破裂，冷却用水要经过离子交换法进行软化处理，否则水在冷却通道内壁上会逐步产生水垢现象，白色沉淀物使其冷却效果不断变差。
4)压铸模具中的型芯由于被合金液所包围，温度较高，生产时不仅容易形成粘模，而且由于温度t升得快，型芯局部硬度下降，造成铸件尺寸偏差；型芯温度过高还易引起疏松、缩孔：动模型芯和滑块温度过高，会使滑块和导滑槽寿命缩短。为了避免上述缺陷的发生，对直径比较小的型芯，国外开发了一种带细孔冷却的模芯喷射冷却器，采用特殊的活塞泵，在大于1MPa的压力下，维持排水量，通入大量的冷却水，并能瞬间停止排水，即使模芯温度为2 00℃，冷却水也不会沸腾，冷却结束时还可向冷却回路充入高压气流，排出残留的冷却水，该装置不仅提高型芯的寿命，还使压铸件质量稳定提高。
3 结论
压铸模温度的控制是压铸工艺中重要的参数之一，直接影响压铸件的质量和经济效益，充分认识模温控制的作用和影响模具温度的各项因素，将模具热平衡计算的应用纳入生产过程，是实现压铸生产水平科学化不可缺少的条件。
压铸模温机
南京欧能机械有限公司（www.ounengjixie.com）生产压铸模温机，标配德国SPECK磁力泵，使用温度320℃。广泛用于镁合金、铝合金压铸模具控温。
