CN117206496A - 一种压铸模具热温度场控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压铸模具热温度场控制系统及方法，在模具内增加设置组合升温系统，组合升温系统通过高温水和高温油对模具进行组合预热和高温加热，使得模具衬模热温度场达到生产要求，模具生产前预热温度时间减少，通过采用高温水和高温油的联合加热，使得模具衬模热温度场很快就达到了生产要求，模具生产前预热温度时间减少60％～70％；解决了行业内高性能薄壁压铸结构件力学性能普遍不足的关键性难题；解决了压铸模具的最佳热温度场的难题，有效的提高了液态铝合金在模具型腔内的流动性，大大减小了液态铝合金水头滚动结晶的面积，提高液态铝合金进入模具型腔后瞬间冲型补缩的能力。
Description
技术领域
本发明属于压铸模具技术领域，主要针对高性能薄壁铝合金及镁合金结构铸件的模具热温度场控制系统及方法,具体涉及一种压铸模具热温度场控制系统及方法
背景技术
现有的压铸模具预热技术非常简单，模具的最佳热温度场很难控制，所以国内外高性能薄壁压铸件力学性能普遍不达标，并且变形量极大。
专利文献CN202121977603.9公开了一种用于铝压铸模具的镶嵌芯装置，所述镶嵌芯装置包括镶嵌块。所述镶嵌块设置有出水通道和连通所述出水通道的进水通道，所述出水通道包括总出水管和连接至所述总出水管的两条及以上的冷却支路，所述两条及以上的冷却支路间隔分布于所述镶嵌块并汇总相交至所述进水通道。出水通道和进水通道通过冷却支路构成总分总的通道模式，进行局部精准冷却布局，加强产品壁厚区域温度场冷却，调整产品内部气缩孔分布区域，有利于产品成形，并得到内部性能优异的压铸产品。
上述专利文献为镶嵌芯装置，但本申请为控制温度场方法，相关性不大。
专利文献CN202111641721.7公开了一种压铸模及其制备方法，通过在钢基材层上熔覆夹心层、加固层和表面层，在保证制备成本的同时，还能增强压铸模整体的热疲劳抗力、导热性、耐磨性、耐腐蚀性以及高温力学性能。本发明优化了夹心层、加固层以及表面层的成分，使得层间熔点和线膨胀系数更接近，降低界面未熔合和开裂倾向，有助于提高压铸模的使用寿命。另外，钢基材层、夹心层、加固层和表面层的硬度依次增加，也使得压铸模具有优异的支撑作用，同时耐高温、韧性以及抗裂性能增加。
上述专利文献为压铸模及其制备方法，与本申请的方法不相关。
专利文献CN202110844799.2涉及一种基于知识模型库的汽车铝合金转向节差压铸造质量优化的方法，其特征在于：建立丰富的知识模型库，基于铸造数值模拟理论、质量评价模型、试验设计方法和先进的智能优化算法，对汽车铝合金转向节铸造质量进行优化。本发明具有较高的现场适用性和优化效率，能够在确保合格率的基础上，有效地指导铝合金转向节的铸造生产，提高铸造质量和生产效率，同时也能够为汽车铝合金转向节差压铸造工艺的开发提供重要参考。
上述专利文献涉及一种铸件质量优化方法，与本申请相关性不大。
专利文献CN102990888B公开了一种模具温度场自动调节控制方法，其采用红外摄像的方式获取模具的温度场信息，解决了传统热电偶只能点测量而无法全面测量模具温度分布的问题。本发明能够对模具进行连续过程控制，实时的调整模具温度场，确保在生产中模具温度场的稳定。一种模具温度场自动调节控制方法，其特征在于，包括使用红外图像传感器获取模具在脱模后压铸前的喷淋前后的红外图像，并将红外图像传给主控制电路，经主控制电路分析分别得到温度场分布T1(X,Y)和T2(X,Y)，其中X和Y表示模具中与红外图像传感器分辨率相对应的每个点的坐标；定义喷淋后压铸前的理想温度场分布为T3(X，Y)；定义温度场分布差ΔT(X，Y)＝T3(X，Y)-T2(X，Y)，并按照以下方式进行控制。
专利文献CN116237491A涉及压铸方法技术领域，尤其涉及一种基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，包括以下步骤：S1，将制备好的液态合金浆料或半固态合金浆料压入压铸机压室内；S2，通过在模具的充型近端到充型远端间隔布置的多个加热元件对模具进行加热，根据合金浆料的压铸温度要求，设定各加热元件的加热温度，使高温熔体在充型到达远端时的温度和在充型近端的温度差≤10℃；S3，在依次进行压铸充型、增压和保压时，控制加热元件和冷却元件来调节模具不同区域的冷却温度，从而实现铸件整体均匀凝固。本发明通过使模具形成由充型近端至模具充型远端逐步升温的梯度温度，在压铸充型过程中很好的弥补了充型阻力大而造成预结晶、冷隔以及薄壁件不能均匀凝固等缺陷。
专利文献CN202087806U提供了一种用于压铸脱模剂喷涂的温控喷涂装置，该装置包括温度循环控制单元、压铸机监控系统、喷涂机器人和脱模剂供给装置；温度循环控制单元与压铸机监控系统的输入端相连，压铸机监控系统的输出端与脱模剂供给装置相连；脱模剂供给装置与喷涂机器人相连。利用该装置能有效地减少80％模具预热时间、40％喷涂启动时间，减少模具表面热冲击，从而大大减少了不合格件数量，节约能源，加强环保。
专利文献CN200957650Y涉及一种注塑配套设备，特别涉及一种模温机。现有的模温机在降温过程中都有很大的滞后性。为此，本实用新型模温机包括控制电路、加热器、温感器和泵，所述加热器包括高温加热器和低温加热器，并配有高温控制阀和低温控制阀，所述泵也有两台，其中一台泵与高温加热器和高温控制阀配合，并被该泵的回流管及相应管线将连接成高温单元，另一台泵与低温加热器和低温控制阀配合，并被该泵的回流管及相应管线将连接成低温单元；所述高温单元、低温单元并联在一个循环回路中或分别设置在高/低温循环回路中。如此，本实用新型模温机具有结构简单、控温灵活的优点。其独特控温方式，该模温机尤其适用于精密注塑——如光盘复制加工生产等领域。
综上，上述专利文献与本申请相关度低。
发明内容
本发明解决压铸模具工作前的预热，及解决模具在工作中热温度场的精准控制的关键性难题，解决压铸行业高性能薄壁压铸结构件力学性能很难达标的关键性难题，同时填补了压铸行业内高性能薄壁压铸结构件热温度场精准控制技术的空白，本发明为一种高性能压铸件的模具热温度场控制系统及方法。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种压铸模具热温度场控制系统，在模具内增加设置组合升温系统，所述组合升温系统通过高温水和高温油对模具进行组合预热和高温加热。
进一步地，所述组合升温系统包括模具高温水加热系统、模具高温油加入系统、模具排式冷却水组合系统、模具点式冷却水组合系统，利用压铸机中的电磁阀来控制液体的通流时间，确保模具在生产中的热平衡，控制模具的热温度场。
进一步地，模具高温水加热系统、模具高温油加入系统、模具排式冷却水组合系统、模具点式冷却水组合系统分别设置在模具浇口区、接近模具浇口区、模具中远端区、铸件远端区。
一种压铸模具热温度场控制方法，其特征在于：
通过采用高温水和高温油的联合加热，使得模具衬模热温度场达到生产要求，模具生产前预热温度时间减少。
进一步地，在模具内增加组合升温系统，依靠高温水和高温油对模具进行组合预热和高温加热。
进一步地，在模具浇口区采用25℃常温循环水冷却模具，模具浇口过热区通过高温油加热后模具表面温度约220℃-260℃。
进一步地，在接近模具浇口区工作温度较高，油加热温度控制在220℃左右，工作温度较高区通过高温油加热后模具表面温度约220℃-240℃。
进一步地，在模具中远端区，油加热温度提高至260℃，中远端区通过高温油加热后模具表面温度约220℃-240℃。
进一步地，铸件远端区，分为铸件远端一区和铸件远端二区；
铸件远端一区属于中等壁厚高温油温度260℃；铸件远端二区属于铸件薄壁区液态合金通道狭窄流动阻力较大区域，选用高温油加热300℃；
铸件远端一区和铸件远端二区通过高温油加热后，模具表面温度约220℃-240℃。
进一步地，模具末端没有铸件成型部分，是模具的排溢系统和液态铝水头冷合金的收集区域，这个区采用水温机加热模具140℃，通过高温水加热后模具表面温度约100℃-120℃。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1、通过采用高温水和高温油的联合加热，使得模具衬模不同区域的热温度场很快就达到了生产要求，模具生产前预热温度时间减少60％～70％。
2、解决了行业内铝合金高性能薄壁压铸结构件的力学性能普遍不足的关键性难题。
3、有效的提高了液态铝合金在模具型腔内的流动性，减小了液态铝合金水头滚动降温结晶的体积，即提高了铸件的补缩能力又提高了薄壁压铸件的力学性能。是防止高性能压铸件变形的关键手段。
4、新工艺的优点有着节约时间、减少烫模次数、降低废品率、提高铸件力学性能、延长模具使用寿命的诸多优势。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述压铸模具热温度场控制系统示意图；
图2为本发明根据铸件情况划分模具热温度场的6大区域示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图对本发明作详细的描述：
本发明为一种铝合金高性能薄壁压铸结构件的模具热温度场精准控制方法及系统，方法及系统体现在：
(1)薄壁结构模具热温度场控制系统是在模具内增加组合升温系统，即依靠高温水+高温油对模具进行组合预热和高温加热。
(2)通过现场加热数据采集这套发明对大型压铸模具加热时，4小时可将模具加热到160℃～180℃度，为模具开始生产预浇铸(即：低压烫模)提前做好准备。
(3)根据铸件的厚度和分部位置设定不同的加热和冷却方式：
薄壁结构模具热温度场控制系统包括：
①具高温水加热系统；
②具高温油加入系统；
③具排式冷却水组合系统；
④具点式冷却水组合系统；
这些模具加热和冷却系统是利用压铸机中的电磁阀来控制液体的通流时间，从而确保模具在生产中的热平衡，也就控制了模具的热温度场。
本发明对高性能薄壁结构压铸件模具热温度场精准控制技术，参阅图1减震塔显示在工作时660℃液态铝合金由下①至上进入模具型腔，所以①是模具浇口位置即是过热区，⑥是模具排溢收集区，为模具浇铸远端这里温度最低。根据这一规律同时又参照铸件壁厚设计几组模具加热温度。
本发明最大贡献是在模具衬模内制作连排高温水+高温油的加热通道，通过这套联合加热系统精准控制高性能薄壁结构压铸件的热温度场。
一种压铸模具热温度场控制方法，参阅图1、图2，根据铸件厚度选择温度控制区域方案。
模具热温度场加热控制工艺技术如下：
①位置模具浇口过热区不用考虑铸件壁厚也不用加热，采用25℃常温循环水冷却模具即可。
①区通过高温油加热后模具表面温度约220℃-260℃。
②铸件这里接近浇口模具工作温度较高，此处壁厚为2.5mm薄壁区所以油加热温度控制在220℃左右即可。
②区通过高温油加热后模具表面温度约220℃-240℃。
③减震塔的塔顶属于铸件的中远端壁厚3mm,为克服液态铝的流动助力这里的油加热温度提高至260℃。
③区通过高温油加热后模具表面温度约220℃-240℃。
④和⑤都属于铸件远端但是由于这里铸件厚度不同所以加热温度也不同。
④此处铸件远端一区为3.5mm属于中等壁厚高温油温度260℃；
⑤铸件远端二区壁厚2.5mm属于铸件薄壁区液态合金通道狭窄流动阻力较大，为提高铝液的流动性和力学性能即选用高温油加热300℃。
④区、⑤区通过高温油加热后，模具表面温度约220℃-240℃。
⑥为模具末端没有铸件成型部分，是模具的排溢系统和液态铝水头冷合金的收集区域，这个区采用水温机加热模具140℃即可。
⑥区通过高温水加热后模具表面温度约100℃-120℃。
模具表面高温可有效提高液态铝的流动性、同时又提高了铝合金铸件的补缩能力，又可消除铸件内部多种缺陷，从根本上解决了高性能薄壁结构压铸件的力学性能，但是并不是越高越好，当模具表面温度过高时易出现铸件表面起泡、粘接模具，铸件顶出变形，合金溢出，模具变形等问题。
建立最佳模具热温度场，可提高模具型腔内铝合金液体的流动性从而大为提高铸件在液态成型时的补缩能力，特别是要求做T6(热处理)的压铸件，科学的模具热温度场，是提高压铸件力学性能的关键要素。
参见表2性能要求。
常规型中、大压铸件的薄壁区域、厚壁区域，其压铸模具加热方案可参见下面表1和表2的技术参数来调节模具热温度场。
表1为铸件薄壁区域远近端油加热分部图表；
表2表高性能铝合金压铸件力学性能图表；
表1
| 铸件厚度(mm) | 模具加热温度℃ | 铸件厚度(mm) | 模具加热温度℃ |
| 1.8(mm)～2.5(mm) | 260℃～300℃高温热油 | 3.5(mm)～4.5(mm) | 160℃～180℃高温热油 |
| 2.5(mm)～3.0(mm) | 220℃～260℃高温热油 | 4.5(mm)～5.5(mm) | 150℃～高压热水 |
| 3.0(mm)～3.5(mm) | 180℃～220℃高温热油 | 5.5(mm)以上 | 140℃～高压热水 |
表2
| 国际A标准 | 屈服强度：σs/Rp(Mpa) | 抗拉强度：σb/Rm(Mpa) | 断后伸长率/A(％) |
| 压铸件性能 | 120～150(Mpa) | ≥180(Mpa) | ≥10(％) |
图2中：浇铸时铝液由模具下端的浇口进入，由下向上流动经过6个区域。图2：根据铸件情况划分模具预热有1个冷却区、4个高温区、1个中温区，共6大区域。
①区是模具浇口区，这里是模具的高温区，所以这里不用预热，选用常温循环水冷却模具即可。
②区是模具接近浇口的区域，这里的铸件厚度是2.5mm，这里模具预热温度控制在220℃-240℃即可。
③区是模具的中远端，这里铸件较厚、厚度在3mm模具预热温度220℃-240℃。
④区是模具的远端，这里铸件壁厚3.5mm，模具预热高温260℃。
⑤区是模具的远端，这里铸件壁厚2.5mm，因为模具这里通道狭窄导致铝液流动阻力较大，所以为提高铝液的流动性和力学性能，模具的预预热温度300℃左右。
⑥区是模具终端这里模具选用140℃高温水预热即可，这里是模具的收集、排气系统，主要作用是模具型腔封闭凝固保压。
注：以上模具6个区的划分，是以模具浇口为水平基准是向上远近距离。
本发明涉及一种压铸模具热温度场控制系统及方法，在模具内增加设置组合升温系统，组合升温系统通过高温水和高温油对模具进行组合预热和高温加热，使得模具衬模热温度场达到生产要求，模具生产前预热温度时间减少，通过采用高温水和高温油的联合加热，使得模具衬模热温度场很快就达到了生产要求，模具生产前预热温度时间减少60％～70％；解决了行业内高性能薄壁压铸结构件力学性能普遍不足的关键性难题；解决了压铸模具的最佳热温度场的难题，有效的提高了液态铝合金在模具型腔内的流动性，大大减小了液态铝合金水头滚动结晶的面积，提高液态铝合金进入模具型腔后瞬间冲型补缩的能力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种压铸模具热温度场控制系统，其特征在于：
在模具内增加设置组合升温系统，所述组合升温系统通过高温水和高温油对模具进行组合预热和高温加热。
2.根据权利要求1所述的一种压铸模具热温度场控制系统，其特征在于：
所述组合升温系统包括模具高温水加热系统、模具高温油加入系统、模具排式冷却水组合系统、模具点式冷却水组合系统，利用压铸机中的电磁阀来控制液体的通流时间，确保模具在生产中的热平衡，控制模具的热温度场。
3.根据权利要求2所述的一种压铸模具热温度场控制系统，其特征在于：
模具高温水加热系统、模具高温油加入系统、模具排式冷却水组合系统、模具点式冷却水组合系统分别设置在模具浇口区、接近模具浇口区、模具中远端区、铸件远端区。
4.一种压铸模具热温度场控制方法，其特征在于：
通过采用高温水和高温油的联合加热，使得模具衬模热温度场达到生产要求，模具生产前预热温度时间减少。
5.根据权利要求4所述的一种压铸模具热温度场控制方法，其特征在于：
在模具内增加组合升温系统，依靠高温水和高温油对模具进行组合预热和高温加热。
6.根据权利要求5所述的一种压铸模具热温度场控制方法，其特征在于：
在模具浇口区采用25℃常温循环水冷却模具，模具浇口过热区通过高温油加热后模具表面温度约220℃-260℃。
7.根据权利要求6所述的一种压铸模具热温度场控制方法，其特征在于：
在接近模具浇口区工作温度较高，油加热温度控制在220℃左右，工作温度较高区通过高温油加热后模具表面温度约220℃-240℃。
8.根据权利要求7所述的一种压铸模具热温度场控制方法，其特征在于：
在模具中远端区，油加热温度提高至260℃，中远端区通过高温油加热后模具表面温度约220℃-240℃。
9.根据权利要求8所述的一种压铸模具热温度场控制方法，其特征在于：
铸件远端区，分为铸件远端一区和铸件远端二区；
铸件远端一区属于中等壁厚高温油温度260℃；铸件远端二区属于铸件薄壁区液态合金通道狭窄流动阻力较大区域，选用高温油加热300℃；
铸件远端一区和铸件远端二区通过高温油加热后，模具表面温度约220℃-240℃。
10.根据权利要求9所述的一种压铸模具热温度场控制方法，其特征在于：模具末端没有铸件成型部分，是模具的排溢系统和液态铝水头冷合金的收集区域，这个区采用水温机加热模具140℃，通过高温水加热后模具表面温度约100℃-120℃。
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