Система охлаждения и регулирования температуры пресс-формы

Для стабилизации качества отливок следует создавать определенные закономерности распределения и изменения температуры пресс-формы. Непременным условием достижения этой цели является технологичная конструкция отливки: без скоплений металла, с равномерной толщиной стенки и плавными переходами. Это особенно важно для крупногабаритных отливок. Равностенная отливка должна затвердевать одновременно по всем сечениям при постоянной температуре пресс-формы. При плавном утолщении стенки отливка размещается в пресс-форме таким образом, чтобы питатель примыкал к стороне, противоположной ее утолщенному концу. Этим достигается последовательное затвердевание отливки в направлении от наиболее тонкого сечения к наиболее толстому, так как более нагретым местом пресс- формы является область пресс-остатка и литника.

Система охлаждения. Перегрев пресс-формы снижает темп работы или вызывает остановку машины. Для повышения производительности труда, а также для улучшения качества отливок и повышения стойкости пресс-форм в их конструкциях предусматривают различные системы охлаждения. Эти системы предназначены не только для быстрого отвода теплоты от отливки, но и для создания направленного затвердевания, выравнивания и регулирования температурного поля пресс- формы.

Наиболее распространен способ охлаждения пресс-формы водой, циркулирующей по каналам диаметром 8-12 мм, расположенным в обоймах или вкладышах (рис.76). Вода к пресс-форме подводится по резиновым трубкам через штуцера, ввернутые в обоймы или вкладыши. Каналы изготовляют чаще всего сверлением. Поперечные каналы заглушают пробками.

Система охлаждения и регулирования температуры пресс-формы

При охлаждении непосредственно вкладышей или вставок делают разветвленную систему каналов, число которых зависит от конфигурации отливки, интенсивности охлаждения и массы заливаемого металла. В крупногабаритных неподвижных стержнях, например, в пресс- форме для литья под давлением - блока цилиндров автомобильного двигателя (рис.77), вода подается через отдельные штуцера в каждую вставку с целью создания автономных систем регулирования температуры.

Неподвижные центральные стержни охлаждаются через штуцера, ввернутые в их посадочную часть в крепежной плите подвижной полу- формы. Циркуляция воды осуществляется с помощью перегородки, разделяющей охлаждающий канал. Для охлаждения подвижных стержней значительной длины применяют систему трубок, ввернутых в стержень и перемещающихся вместе с ним по клин-пальцу при раскрытии пресс-формы. Во вкладышах, в которых невозможно просверлить отверстия для охлаждения, каналы выфрезеровывают и прокладывают в них медные трубки, которые для плотного контакта с пресс- формой заливают оловянно-свинцовым сплавом.

Водяное охлаждение действует наиболее эффективно в том случае, когда охлаждающие каналы расположены в непосредственной близости от отливки и литниковой втулки, а не на периферии пресс-формы. Поэтому для быстрого охлаждения пресс-остатка и литников вокруг литниковой втулки рекомендуется делать полость, в которой циркулирует вода.

Система охлаждения и регулирования температуры пресс-формы

При необходимости интенсивного охлаждения, например при литье латунных фитингов, вместо охлаждения через обоймы рекомендуется вводить дополнительные обоймы-холодильники вокруг вкладышей. Обоймы-холодильники представляют собой рамку или плиту со множеством просверленных отверстий, образующих систему, которая позволяет осуществлять прямоточное движение охлаждающей воды (рис.78). Каждый холодильник имеет вход и выход для обеспечения быстрого и многократного обмена воды. Холодильники позволяют снизить тепловую нагрузку с обойм форм-пакета, причем при выходе из строя обойм-холодильников их можно быстро заменить.

Регулирование температуры пресс-формы. В крупногабаритных пресс-формах используют несколько автоматически регулируемых систем охлаждения. Например, пресс-форма ’’Блок цилиндров” автомобильного двигателя имеет отдельно регулируемых систем водяного охлаждения, автоматически управляемых по сигналу термопар и контактного гальванометра с помощью электромагнитных вентилей (рис.79). Регулирование температуры пресс-формы включает следующие технологические этапы: первый этап включает предварительный нагрев пресс-формы до заданной температуры по отдельным системам и узлам: на втором этапе пресс-форма должна работать в определенном заданном тепловом режиме, который осуществляется регулированием температуры установкой термостатирования пресс- формы.

Для установления оптимального режима регулирования температуры необходимо изучить распределение температуры в пресс-форме.

Распределение температуры в пресс-форме. Различают температуру на поверхности и внутри тела пресс-фррмы. Первую измеряют на наружной поверхности контактными термопарами.

В наиболее тяжелых температурных условиях работают передние и задние ползуны, особенно нагреваются неохлаждаемые стержни центрального маслоканала (280 oC) и стержни водяной помпы, где температура достигает 260 °С. На боковых поверхностях отливки (верхний ползун) температура составляет 150-170 °С, а поверхности нижнего ползуна нагреваются до 200-290 °С; это объясняется тем, что поверхность отливки расположена ближе к литниковой системе. В производственных условиях для серийного и массового производства отливок целесообразен постоянный контроль внутри тела пресс- формы термопарами, слой которых монтируют в отверстия матрицы с тыльной ее стороны. Такой способ контроля температуры внедрен на всех литейных машинах фирмы ’’Wotan” (рис.80). Во внутренних точках пресс-формы температуры значительно ниже, чем на поверхности.

Система охлаждения и регулирования температуры пресс-формы

 

Система охлаждения и регулирования температуры пресс-формы

На поверхности пресс-формы и внутри нее температура в процессе заполнения и подпрессовки в разных точках может быть различной, что приводит к неравномерному затвердеванию и ухудшению качества отливки. Осциллографические записи изменения температуры (рис.81) показывают, что температурные колебания на поверхности пресс- формы значительно выше, чем на глубине 3,5 мм. На глубине 12 мм эти колебания почти исчезают.

Исследование температурных полей пресс-форм, выполненное В.П.Новиковым показало, что распределение температур по сечению пресс-формы имеет свои закономерности. Например, неравномерность температуры по толщине пресс-формы незначительна по сравнению с перепадом температур, под действием которого теплота отливки поступает в пресс-форму. И если на наружной поверхности рабочей полости температура зависит от конфигурации отливки и распределения ее масс, то по толщине формы распределение температур аналогично приведенному на рис.82. Точка III указывает место замера температуры термопарой в центре пресс-формы (|| - тыльная поверхность). На поверхности происходит следующее изменение температур:

Система охлаждения и регулирования температуры пресс-формы

Циклические температурные колебания проникают в матрицу на различную глубину - от 4-5 мм для малых пресс-форм при быстром темпе работы и до 30-40 мм для крупных пресс-форм при среднем темпе работы. Колебания температуры уменьшаются в результате более высокого темпа работы и использования специальных сталей с низкой теплопроводностью. Таким образом, следует различать поверхностный слой, прилегающий к лицевой поверхности оформляющей полости, сравнительно небольшой по сравнению с толщиной пресс-формы, и основной ее массив от поверхностного слоя I до тыльной стороны II, в котором нет значительных циклических колебаний. Температура в основном массиве плавно понижается от tп.з до температуры tт.п на тыльной поверхности пресс-формы. Из всех этих температур как среднюю за цикл принимают tп.з = tф. Ее измеряют контактной термопарой, прикладывая горячий спай к рабочей поверхности средней части полости пресс-формы перед очередной заливкой, когда подвижная полуформа находится в крайнем левом положении. Необходимо поддерживать такой темп работы, чтобы значения tп.з и tт.п были воспроизводимы после каждого удара. При этом температура в поверхностном слое оказывает основное влияние на качество отливок, а температура в основном теле пресс-формы служит лишь тепловым фоном.

Для стабилизации качества отливок следует создавать определенные закономерности распределения и изменения температуры пресс- формы. Непременным условием достижения этой цели является технологичная конструкция отливки: без скоплений металла, с равномерной толщиной стенки и плавными переходами. Это особенно важно для крупногабаритных отливок. Равностенная отливка должна затвердевать одновременно по всем сечениям при постоянной температуру пресс-формы. При плавном утолщении стенки отливка размещается в пресс-форме таким образом, чтобы питатель примыкал к стороне, противоположной ее утолщенному концу. Этим достигается последовательное затвердевание отливки в направлении от наиболее тонкого сечения к наиболее толстому, так как более нагретым местом пресс-формы является область пресс-остатка и литника. Одновременному охлаждению отливки по всем сечениям способствуют сплавы эвтектического состава, разветвленная литниковая система, расположение каналов охлаждения в стержнях и по наружным стенкам отливки, низкие темпы работы и скорость прессования. Направленному затвердеванию отливок способствует использование сплавов с широким интервалом кристаллизации, установка каналов охлаждения в дальней от питателя части пресс-формы, быстрый темп работы при несколько увеличенной скорости прессования, использование машин со специальной ступенью подпрессовки.

При составлении технологического процесса литья устанавливаются средние температуры во внутренних точках пресс-форм. Например, при литье "Блок цилиндров” значения таких показателей приведены в табл.59.

Система охлаждения и регулирования температуры пресс-формы

 

Система охлаждения и регулирования температуры пресс-формы

Смотрите также