冷卻水對壓鑄模具壽命及其鑄件質(zhì)量有何影響
壓鑄是指使用壓鑄機(jī)將鋁、鋅、鎂、錫等的合金熔液注入模具后在熔融狀態(tài)下加壓成形并強(qiáng)制冷卻，在短時間內(nèi)生產(chǎn)大量尺寸精度高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密性好的鑄件，以減少機(jī)加工余量和保證鑄件內(nèi)在質(zhì)量。因而，模具冷卻循環(huán)水的合理使用，在復(fù)雜壓鑄模具中顯得尤為重要。
循環(huán)冷卻水對壓鑄模具的影響
壓鑄模具冷卻可分外冷和內(nèi)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(nèi)冷是在模具內(nèi)部通循環(huán)冷卻水，是模具的主要冷卻方式（見圖1）。在東風(fēng)本田發(fā)動機(jī)有限公司的國內(nèi)首家轎車鋁缸體壓鑄項(xiàng)目中，其復(fù)雜的缸體壓鑄模具的活動芯子及絕大部分的造孔銷內(nèi)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(nèi)的填充，并有利于鑄件成形，但當(dāng)模具溫度接近300時，會產(chǎn)生明顯的粘鋁現(xiàn)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(yù)定時間內(nèi)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(xiàn)象，脫模時會導(dǎo)致模塊和造孔銷受力過大而拆裂損壞。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(yīng)力集中現(xiàn)象和鋁液的滲入不斷擴(kuò)展，以致模塊局部崩裂，直接影響模具的使用壽命。在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們曾經(jīng)遇到過因冷卻水水質(zhì)差產(chǎn)生水垢并引起部分冷卻管堵塞，結(jié)果使動模一側(cè)的活動芯子溫度過高，導(dǎo)致模腔表面嚴(yán)重粘鋁，幾乎每班都要打磨模具，且在模塊邊角處龜裂現(xiàn)象明顯增加。通過采取管道清通并改善水質(zhì)的措施，情況明顯好轉(zhuǎn)。
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(yīng)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(tài)（見圖2）。我們生產(chǎn)的鋁缸體毛坯，水套與螺栓孔間容易產(chǎn)生縮孔，造成水道與螺栓孔間泄漏，若加強(qiáng)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(zhuǎn)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(chǎn)生拉應(yīng)力，造成內(nèi)部暗裂。在缸體毛坯壓鑄生產(chǎn)中，我們曾遇到過因定模冷卻不良的毛坯在試壓時，產(chǎn)生明顯的泄漏現(xiàn)象。
為減少鑄件內(nèi)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(nèi)空氣不能充分排出，會增加鑄件內(nèi)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(cè)排氣部位的冷鐵處加水冷管道，當(dāng)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(nèi)冷的冷鐵急速冷凝而不會引起過大的毛刺。為增強(qiáng)冷鐵的冷卻效果，除采用冷卻水內(nèi)冷外，有的還采用高導(dǎo)熱合金材料。
冷卻水系統(tǒng)
我們?yōu)楸ＷC現(xiàn)用的模具冷卻水水質(zhì)潔凈，采用閉式冷卻塔循環(huán)系統(tǒng)；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(gòu)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(jù)缸體模具的需要，冷卻水系統(tǒng)的冷卻能力為100RT（RT—日本冷噸，1RT=3320kCal/h=3.861kW)最大冷卻水循環(huán)量為13090L/min，供水壓力0.3-0.4MPa，供水溫度20-35，進(jìn)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(xì)觀察和分析了缸體壓鑄模具的冷卻水系統(tǒng)。他們除了采用閉式循環(huán)系統(tǒng)外，還采用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，模具上的各點(diǎn)溫度可通過計(jì)算機(jī)設(shè)定。其模具上裝有檢測各部位溫度的傳感器，把各處溫度轉(zhuǎn)換成電信號反饋到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上與設(shè)定溫度相比較，以調(diào)節(jié)各處冷卻水的流量。
結(jié)束語
復(fù)雜模具的內(nèi)冷卻水直接影響模具的壽命和質(zhì)量。像壓鑄缸體這樣的復(fù)雜模具，其冷卻水進(jìn)出支管有上百支，要對模具各處的冷卻水量作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，若采用閥門控制，不但布局困難，而且不能做到定量調(diào)節(jié)。只有采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，才能便于調(diào)節(jié)和穩(wěn)定模具各點(diǎn)溫度。
模具的結(jié)構(gòu)、工件的壁厚和復(fù)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(yàn)和摸索，以取得最佳數(shù)據(jù)。
