温度控 制系统 温度控制系统原理如图 l[4 ]所示。 热电偶测量 出的电压信号值 : 与模具温度成 比例 。 比较 图 l 温 度 控 制 系 统 原理 图 Fi g . 1 Principle diagr am of temper ature c ontrol sy stem 通过调节数字显示调节仪.设定模具温度相 应 的电压信号值 h 并且 : 能够反馈与 比较。 当模具的实测温度与设定温度不等时 , 便产 生了电压差值△ = I 2 . . 放大器放大后控制交流接触器 ,交流接触器又根 据放大信号控制三相电压的断通 。 即 相电压 断开 , V: < 时三相 电压接通 ,实现模具 进行 I。电压差值经过电压 > , 时三 《 热加工工艺》 2008 年 第 37 卷第9 期 维普资讯 http://www.cqvip.com 金属铸锻焊技术Ici n g· Forging·Welding 2伽l8 年5 月 的加 热 。 2成形装置 2. 1 等温锻 造设 备及 模 具 利用 Y AW. 500K N 微机 控制 电液伺服 压力 机进行等温锻造。 等温锻造模具如图 2 所示。 此模 具的模膛 即为炉膛 。 可直接加热镁合金坯料。 采用 模 口导向,即上凸模的导向部位在凹模型腔 内运 动。这种导向在工作过程中能有效减少 由于受到 偏心载荷时产生 的弯 曲力矩 而损坏上 凸模 的危 险。凹模与凹模套为过渡配合 。顶杆是模具型腔 的一部分 , 在制件成形过程中受力 。 故顶杆与下凸 模的内孔亦采用间隙配合 。下凸模与凹模为过盈 配合。 凹 侯 套 图 2 镁合 金等温锻造模具简 图 F ig . 2 T he die sketch of isothermal forg ing for magne sium all oy F 模板内六 角 螺 钉 将热电偶安装在凹模靠近型腔一定距离处的 两个对称孔内, 以便测量模具温度。这两个对称孔 与型腔的距离要合理 ,距离太近则影响型腔强度, 太远则不能准确测定模具温度。 两个孔内分别各插 个热电偶是为了检查模具的温度是否均匀。 2. 2 保 温 隔热 系统 凹模套的外壁与电阻丝陶瓷加热圈的内圈紧 密贴合 .加热圈的外围分别包裹一层起保温作用 的硅酸铝纤维棉和石棉板 。 石棉板起隔热作用。 凹 模套的上表面也紧裹硅酸铝纤维棉和石棉板 。为 防止热量向压力机传递 。下模板和凹模套之间也 安放了硅酸铝纤维棉和石棉板 。 工作时, 上凸模和 压力机滑块之间及下模板与压力机工作台之间均 一用石棉板相隔。 3模具加热时 间的计算 模具加热时的热量可按下式计算 : Q=CmA T 式 中: Q 为加热部分模 具所消耗 的总热量 (J ) ; C 为模具材料 的比热容 , (J ·kg ℃ ) ; , , l 为被加热模 具的总重量(kg) ; △ T 为温度变化值( ℃) 。 模具材料的 比热容 C=481. 5J ·kg ℃~ . 被加热 模具的总重量 m约为 21. 3kg, 模具从室温加热至 300 ℃ , △ T=(300— 20) ℃=280 ℃。 由上式计算得 Q=481. 5x 21. 3x 280=2871 666(J ) 。 加热圈所需要提供的热量Q'~ / n =2871666/ 0.4lO2380(J ) n 为加热效率, 取 0. 7) 。 因所设计 的加热 圈单位面积 的加 热功率 为 4W ·cm。 , 其尺寸为 ~150mmX 140I/ Lrn。 故总功率 P= - 3. 14x 15 X 14x4=2637. 60 0 。 模 具 加热 到 300 ℃ 时需 要 的 时 间 t=Q (1) 7= = 4 102 380 J / 2 637 . 6 W = 1555 . 3 s= 26 min。 4模具加热特性的分析 由于在进行镁合金等温锻造时的温度范围为 250~ 350 ℃。 而所设计的加热圈能承受的最 高温 度为 600 ℃ , 为了保证加热圈的寿命 , 该加热圈的 使用温度不超过 500℃。 模具加热的温度一 时间曲线如图 3。 从室温加 热到 5min 时 , 模具温度缓慢上升到 4O℃。这与 模具测温点离加热源有一定距离 。热量还没来得 及传递均匀有关。加热到 27mm 时 。 模具温度升 高到300 ℃, 平均温度上升速率为 12. 4℃/ min。模 具加热到 300℃时的实际时间为 27min.与理论 计算时间 26min 接近。当加热到 36min 时 . 模具 温度升高到 400℃。 之后 。 模具温度上升速率逐渐 5oo 450 400 350 芝300 t赠21 ~2oo50 l 5O l oo 5O O 时间/ min 图 3 模具加热 的温度一 时间曲线 F ig . 3 T emperature-time clLrv o of hea ting die cav ity H ot W orking T echnolog y 200 8, V o1. 37 , N o . 9 维普资讯 http://www.cqvip.com 上半月出版 Casting· Forging· Welding|金属铸锻焊技术 减小。这是因为当模具温度与外界温度相差越大 时, 能量 向外散失得越多所致 。此外 , 模具的材料 为 45 钢。 而碳钢的导热性在温度升高到 800 ℃以 前 , 随着温度的升高而减小昀 。 由 于 Az31B 镁 合 金 的 成 形 温 度 范 围 为 250~ 400 ℃, 希望模膛 ( 炉膛 ) 的温度保持在这个 范围之内。 因此 , 在等温锻造镁合金前先要测定模 具的温度。 为 了保证锻造出合格的镁合金锻件 , 需 要测定设定温度相同 、起始温度不同时模具的加 热 特性 。 将数字显示调节仪的温度设定为 300℃ 。 起 始温度为 23 ℃, 测得 了模具的温度一 时间曲线 , 如 图 4(a)曲线所示。模具温度从 8min 开始迅 速稳 定升高, 当加热到 27min 时, 模具温度升高到 300 ℃ 。 在 32 min 时 , 温度 达 到 345 ℃ , 8min 到 32min 内的平均温度上升速率为 l 1. 9 ℃/ min。此后温度 缓慢上升 , 当到 36min 时 , 温度达到峰值 355 ℃。 在 39min 时, 温度开始缓慢下降。 在 65min 时 。 温 度下降到 300 ℃, 三相电路接通 , 温度再次回升。 三 三 420 39O 36O 330 3oo 270 p 240 毯 2 10 赠 18O 15O 12O 90 6o 3O O _.毒 1O 2O 3O 40 50 60 70 80 90 1oo 时 间 / mi n 图 4 设 定 温 度 为 300 ℃ . 起 始 温度 不 同 时 模具 的温度一 时间曲线 F ig . 4 T emperat u re-time curves of the die ca v ity wi th the setting temperature 3 00 ℃ and the di f f erent ini ti atory temperature 为了掌握起始温度大于室温时模具的加热特 性 ,我们还测定了模具分 别从 130℃和 210℃开 始加热的温度一 时间曲线 , 如图 4(b) 、 (c)所示。由 由图 4(b) 曲线可知 , 当起始温度为 130℃ , 模 具 温度从 8r a in 开始迅速稳 定升高 。加热 到 l9 min 时 ,模具 的温度升高到 300 ℃。温度继续升 高 , 在 24 min 时 , 达 到 357 ℃ , 8 min 到 24 min 内 的平均温度上升速率为 l2℃/ min。此后温度缓慢 上升 , 当到 28min 时 , 达到温度峰值 372℃。 在 3l min 时, 温度开始缓慢下降。在 71min 时 , 温度下 降到 300℃, 三相电路接通 , 温度再次回升。 由图 4(c)曲线可知 , 当起始温度为 210 ℃, 模 具温度从7min 开始迅速稳定升高。 加热到 14min 时 , 模具的温度升高到 300℃。温度继续升高 , 在 22min 时 ,达 到 393 ℃ , 7min 到 22min 的平 均温 度上升速率为 10. 9 ℃/ min。此后温度开始缓慢上 升 , 在 28min 时, 达到温度峰值 408 ℃。在 30min 时 , 温度开始缓慢下降。在 91min 时, 温度下降到 300 ℃, 三相电路接通 , 温度再次回升。 综合上面的情况 ,发现起始温度为 23℃时, 温度升到 300 ℃时需要 27min。升到温度峰值需 要 36min。起 始温 度 为 130 ℃和 210 ℃时 。 温度 升 到 300 ℃时 分别 需要 19 min 和 14 min.升 到 温度 峰值需要 28min。起始温度为 23 ℃和 130℃时的 温度峰值分别为 355℃和 372℃ 。温度峰值的保 持时间均为 3min。 起始温度为 210 ℃时的温度峰 值为 408℃, 温度峰值 的保持时间为 2min。 由此可见 , 起始温度越高 , 温度升到峰值时需 要 的时间越短 , 但起始温度 为 130℃和 210 ℃时 , 上升到温度峰值所用的时间一样 , 为 28min。 起始 温度越高 , 模具 的温度峰值越 大 , 起始温度为 23 ℃、 130℃和 210 ℃的温度峰值分别为 355℃、 372 ℃和 408"1 2。温度峰值越大 , 其保持时间越短 , 但 温度峰值 355℃和 372℃因其相差不大 .散失到 外界中的热量相近 , 故均保持 3min。 从各 自的温度峰值下降到设定温度 3o0℃所 用 的时 间 , 起 始 温度 为 23 ℃时 需 要 29min, 而 起 始 温 度 为 130 ℃ 和 210 ℃ 时 分 别 需 要 43 min 和 63min。即起始温度越高时 。 模具温度在设定温度 值以上的时间越 长。另外 。 在不同的起始温度下 , 模具在加热时的平均温度上升速率和保温时的平 均温度下降速率分别很接近。 因此 , 所研制 的模具的加热特性 良好 。 满足了 镁合金等温锻造的要求。试制出符合性能指标的 镁合金电动螺丝刀套筒锻件如图 5 所示。 由图 4 可知 , 设定温度为 300℃, 模具从不 同 温度开始加热 , 但其初始加热阶段(下转第 5l 页) 《 热加工工艺》 2008 年第 37 卷第9 期 维普资讯 http://www.cqvip.com 上半月出版 Casting· Forging·Welding|金属铸锻焊技术 5 结论 通过 有 限元模 拟 和实验 研究 了凸 凹模直 径 比 和摩擦系数在合理成形 出大直径轮辋挤压件的关 系 , 得 出如下 结论 : ( 1) 凸模的直径取小时, 容易产生翘曲现象, 而 取 大时则 需 要较 大 的挤 压力 。 综 合考 虑 . 直径 比取 1. 25~1. 43, 力能参数为最佳 , 能成形出理想的挤 压件。 (2) 摩擦 系数取 0. 1~0. 3, 有利于金属的流动 成 形 。 参 考 文献: 【 l 】赖 华清 , 范宏训.汽车铝合金轮毂 的成 形工艺【 J 】 .金属成形 工艺 , 2002, 20(6) : 38-40. 【 2】ZAK HA ROV V V .Ef f ect of scandium on the structure and prop- erties of aluminum alloys[J] .Metal science a n d Heat Treatment , 2003, 45(7-8) : 246·253. 【 3】Li Zhongsheng, NiuYongfa.Adj~ty foraluminum alloy forging 【 J】 .Journal of Mate r ialsEngineer- entof strengtha n dplastiei· ing, 1996, (11 ) : 48-49. 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