时间：2010-09-10 12:00:00 点击：750
作者: 蒋齐密 周 济 陈吉红(华中理工大学 430074) 韩向春(燕山大学) 众所周知，决定产品较终质量好坏的是各种加工工艺。对于压铸件来说，压铸模的精度和温度无疑将对压铸件的质量起着十分关键的作用。就压铸工艺来说，压铸件从熔融状态注入压铸模到其冷却凝固直至接近常温开模取出，这一过程不容改变。那么，假如我们能采用某种设备来大大缓冲压铸模在其压铸过程中急剧的温度变化，而在其压铸后的冷却过程中又能适当加速其冷却，这无疑对改善压铸件的产品质量，延长压铸模的使用寿命，提高压铸件的生产率较为有利。 研制这类设备的关键技术是： (1)在高温导热油作用下保证各运动部件仍能正常工作； (2)高温条件下的密封问题。 下面首先从导热油的工作要求出发，来分析系统的工作原理和总体结构布局以及关键部件高温组合截止阀和调节阀的设计。 1 多通道热油温控机的工作原理 1.1 导热油的工作要求 导热油必须满足在足够高的工作温度条件下不变质(即化学稳定性好)，同时具有足够高的热效率。本系统选用的是一种国产的高温导热油，其较高工作温度为315℃，说明书要求其正常工作的循环回路如图1所示。这一循环回路的较大特点是回路中有一贮汽包。这是因为在导热油的加热过程中因脱水等原因会产生大量的汽泡，这些汽泡若留在回路中将会大大降低导热油的工作压力。在回路中设一贮汽包的目的就是使经过贮汽包口的导热油中的汽泡冒入贮汽包中。鉴于此，凡是使用这种导热油的用户，在设计有关设备时均应考虑这一点，否则系统将无法正常工作。 1.2 总体结构设计 设备的工作原理如图2所示，这实际上也就是设备的总体结构布局。计算机等控制系统的元器件位于设备的较上方，在控制系统与油箱之间设有隔热材料并留有一定的空间，以保证控制系统不受设备下面回路中高温的影响。 图2所示总体结构布局的特点之一是：油箱位于整个循环系统的上面，这与通常油箱位于设备底部的常规设计是有所区别的。这主要是基于这样的考虑：油箱置于上方除更利于泵的抽吸外，较重要的则是油箱起到了图1所要求的贮汽包的作用，从而 避免再设计贮汽包，设备结构也趋于简单。 特点之二是：加热器置于油箱下方和油泵的上方(即油泵入口之前)，这也是与油泵入口直接接到油箱上的常规设计不同的。这主要是基于这样的考虑：由于油箱和加热器之间的油管短而粗(实际上加热器出口与油泵之间的油管也是这样，以便于油泵的抽吸)，这样导热油在加热过程中产生的汽泡便可直接冒入油箱而不必进入循环系统，这更有利于系统的运行稳定。 图1 导热油的工作要求 特点之三是：调节系统中导热油流向的调节阀位于系统的结束处，即通过调节阀开启通向油箱的出口放出一部分热油到油箱，来使油箱从加热器的入口补充一部分冷油给加热器。 图2中的两个截止阀的作用是：当系统管路未接上模具时，这两个截止阀可防止导热油从回路两端流出。 1.3 工作原理 本文研制的为四通道的高温热油温控机。每个通道均自成体系，可以分别对压铸模四处的模温(往往要求不一样)进行独立控制。四个通道的工作原理是一样的，只不过共用一个油箱，由一台计算机控制而已。 图2所示系统(一个通道)控制压铸模模温的过程分两种基本情况： (1)压铸模尚未工作时：为了使压铸模在**压铸时不至遭受太大的热冲击，有必要对压铸模进行预热(如将压铸模预热至80℃左右)。由此可见，在这种情况下，系统将主要是对压铸模加热。这时导热油主要在回路中反复循环，即：加热器→油泵→压铸模→调节阀→加热器。 由图2不难看出，调节阀有两个出口。在上述情况下，流向油箱的出口一般是关闭的。 图2 温控机工作原理图 (2)压铸模已投入工作：在压铸过程中，压铸件是由熔融金属液体注入压铸模，然后冷却成型的。这样，压铸模一方面在每次压铸时遭受严重的热冲击，另一方面在工作多次以后，整个压铸模的温度将愈来愈高，严重时以致于往往要中断生产，待压铸模自然冷却(目前较多采用风扇冷却)一段时间后再投入使用。这样一方面影响了生产效率，另一方面模具的寿命也不高。为了改善这状况，可利用图2所示的温控机去控制压铸模的模温。这时，系统多处于对压铸模进行冷却的状态。导热油的循环如下： 油箱→加热器→油泵→压铸模→调节阀→油箱 这时加热器中的加热棒已停止加热，调节阀上通向加热器入口的出口也将关闭，管路中的油主要是冷油。 当然，上述只是两种较端情况，实际工作中的实时控制远非这么简单。在一般情况下，根据所测模温及其控制要求，加热器中的加热棒并不全部停止工作，而是部分工作。而调节阀上二出口可能都打开一部分，从而使一部分热油流向油箱，一部分热油则保持在系统回路中循环，同时由油箱补充部分冷油。系统到底工作在哪种状态下将完全取决于是压铸模模温及其控制要求。 此外，在油箱中设置了冷却管。这是因为油箱中的油温在温控机投入工作一段时间后将逐渐升高，为了能有效地给系统提供较低温度(如不**过60℃)的导热油，以使压铸模得以有效冷却，这样就有必要对油箱里的油温进行控制，当**过一定温度(如60℃)时，便用冷却水进行冷却。 系统的具体控制过程如下： (1)通过热电偶检测油箱里的油温来控制冷却管中电磁阀的工作； (2)通过热电偶分别检测加热器中的油温和压铸模的模温来控制加热器中加热棒和调节阀的工作。 2 关键部件的设计 系统需设计的关键部件有油箱、加热器、截止阀和调节阀。油箱和加热器的设计涉及到热计算，作者将以专文论述，这里着重介绍截止阀和调节阀的设计。这两种阀的设计要求是：必须保证其在高温条件下运转灵活，工作可靠，密封良好。 2.1 组合截止阀的设计 为了结构紧凑，将图2所示的两个截止阀设计成组合形式，如图3所示。为了保证高温下截止阀的密封性，阀杆1和阀体8的阀孔设计成圆锥形，加工时二配合面需研磨。必须注意的是，圆锥角不能太小，否则将发生自锁，导致阀杆无法转动。为了加强密封，在阀孔的上下端面都采用了耐高温的硅橡胶密封圈(2，6)，并分别用上下压盖(3，7)固定。在阀的出入口均设计成锥管螺纹，以保证连接的密封性。 图3 高温组合截止阀设计 1.阀杆 2.硅橡胶密封圈 3.压盖 4.内六角螺钉 5.压盖 6.硅橡胶密封圈 7.内六角螺钉 8.阀体 2.2 调节阀的设计 调节阀的工作要求是：两个出口中，一个出口开启多少，另一出口就应关闭多少。为此，在阀杆9上设计了一腰形槽孔，槽孔的长度刚好等于两出口的中心距，而宽度则等于出入口的直径，如图4所示。为了保证阀杆只能相对阀体移动而不转动，在阀杆的左端固定了一导向件11，导向件可在电机座上面的槽中来回移动。导向件的来回移动是通过与固定在电机轴上的螺杆的螺旋传动来实现的。为了保证密封性，在阀杆的左端嵌入了数个耐高温的硅橡胶密封圈，而在阀体的右端则用压盖15固定硅橡胶密封圈来密封。同样，为了保证连接的密封性，阀的出入口均设计成锥管螺纹。此外，为了防止阀体高温对步进电机1的影响，固定于电机轴上的螺杆和固定于阀杆左端的导向件均应采用耐高温且导热性差的聚四氟乙烯棒料；同时，电机与电机座，电机座与阀体之间应加隔热材料石棉垫(3，6)。 图4 高温调节阀设计 1.电机 2.螺钉 3.石棉垫 4.螺杆 5.电机座 6.石棉垫 7.螺钉 8.阀体 9.阀杆 10.紧定螺钉 11.导向件 12.螺钉 13.硅橡胶密封圈 14.螺钉 15.端盖 3 结论 本文介绍的两种高温阀的设计，成功地应用于所研制的四通道高温热油温控机。该温控机的结构布局完全不同于常规设计，这主要是考虑到导热油在高温工作条件下的特殊要求。该设备应用于压铸工艺，可根据工艺要求，将模温控制在较小的温度变化范围内；而在压铸模压铸后的冷却过程中可适当加快其冷却速度,从而大大缓冲了压铸模的热冲击,提高了压铸件的质量和压铸模的使用寿命以及压铸件的生产率。 * 1996-11-15 参考文献 1 龚定安，蔡*.机床夹具设计原理.陕西科学技术出版社,1981 2 王永章等.机床的数字控制技术.哈尔滨工业大学出版社,1995 3 过增元.热流体学.清华大学出版社,1992 4 黄方谷，韩凤华.工程热力学与传热学.北京航空航天大学出版社,