模具温度变化对铸件质量的影响

模具温度变化对铸件质量的影响

1刘鑫1马小英2王熠3郭云松

1中信戴卡股份有限公司、2燕山大学信息科学与工程学院计算机教学实验中心、3沈阳工业大学材料科学与工程学院

一、引言

铸造过程中，模具是铸件生产的主要成型装备，模具与金属液直接进行热交换，因此模具温度场的分布与稳定与否，直接影响着铸件质量[1]。目前，铸造生产过程中还比较缺乏对模具温度的直接检测，而且为了得到稳定的铸件质量，对铸造过程中的对模具温度进行监测和控制，能很好的得出铸件在稳定投产中的模具温度范围。采用红外热感相机对模具温度进行监测与热电偶对模温监测有着明显的区别和优势。红外热感相机可以直观的反应出温度分布不均匀的大面积目标的表面温度场，即可以反映出整个模具型腔的温度场分布情况。而热电偶测温方法只能反应出监测一点的温度。基于此，本文采用红外热感应相机对某转向节产品模具型腔温度场变化进行监测，最终得出次产品在稳定生产情况下的模具温度变化范围。

二、温度监测

采用红外热感相机对投产的某转向节产品模具温度进行监测，其产品三维模型如图1所示。

图1某转向节铸件三维模型

热感相机的拍摄角度、发射率、拍摄距离及环境温度等对模具温度监测都会产生影响[2]，为了测量模具温度的准确性和一致性，首先对热感相机的发射率进行校准，校准后热感相机采用0.98发射率、1.5m的拍摄距离和固定拍摄角度。

在稳定投产状况下，对底模进行连续拍摄，共拍摄34模次，浇口附近表面温度变化如下图2所示。从图中曲线可以看出随着铸造循环模次的增加，浇口附近的温度呈缓慢上升的趋势，模温（540~560）℃范围内变化。在浇注第27模次后更换炉铝液。更换铝液后，从温度变化曲线上没有看出明显模温变化。但在第32模次浇口附近温度为508.4摄氏度。温度降低原因是开模后操作者补喷涂料，延长了开模时间造成的。

图2底模浇口附近温度变化曲线

稳定投产状况下，对顶模进行连续拍摄，共拍摄38模次，其中分流锥附近表面温度变化如下图3所示。从图中曲线可以看出随着投产模次的增加，分流锥附近的温度呈缓慢上升的趋势，分流锥处模温变化范围在（500~530）℃范围内。在拍摄第26模次后更换铝液，铝液更换后的27模次，分流锥温度明显升高，从520.7℃上升到551.6℃，第26模次保压为120+80，第27模次保压为80+80。从节拍可以看出，由于保压时间缩短，铸件在模腔内停留的时间变短，导致模具温度明显升高。

图3顶模分流锥附近温度变化曲线

对底模和顶模模温度监测时间段内铸件X光废品状况统计如下：

底模时间段内第32模次报废，共报废1件；顶模时间段内第28和第29模次报废，共报废2件。

图4为热感相机采集的铸件在稳定投产过程中一组底模和顶模热感照片。从照片中可以看出，底模靠近浇口处温度最高，约为555℃，模具远端远离浇口处温度较低，约为385℃，整个底模温差在170℃左右；顶模中心分流锥处温度最高，约为513℃，模具远端转向臂处温度较低，约为347℃，整个底模温差在166℃左右。整个模具底模温度偏高，顶模温度偏低。从图中可以看出整个模腔模温分布存在很大的温度梯度。

三、结论

（1）模具温度对铸件内部质量影响很大，模具温度超出一定范围均会可能导致铸件报废。此款产品底模浇口附近正常的工作温度范围在（540~560）℃之间，顶模分流锥附近正常的工作温度范围在（495~525）℃之间。

（2）模腔温度分布在生产过程中有着明显的温度梯度，浇口附近温度最高，呈等温线形式向模具端部发散。模具顶模温度较底模温度偏低。底模浇口位置温度约为555℃左右，远端温度约为385℃；顶模分流锥处温度约为513℃左右，远端温度约为316℃。

（3）模具在开模后完全暴露在空气中，模具温度损失加快，经过测量对比发现，开模后操作时间延长1s，模具温度降低约1℃。

（4）对比换炉前后两模次浇口和远端的模具温度，模具远端的温度较浇口温度变化敏感度较低，换炉后的第一模次分流锥温度明显高于其他模次的模具温度，但模具远端这种差异性很小。

[1]马泉林，代习彬.浅谈铸造模具温度控制[J].2014重庆铸造年会论文集.2014.11.25.330-332;

[2]李云红,孙晓刚,原桂彬.红外热像仪精确测温技术[J].光学精密工程.2007.915(9):1336-1341;