文：向 勇 范俊凯 乐 虎 李文仲 彭宝斌 尚桂凡 姚 淼
重庆长安汽车股份有限公司工艺技术部
摘 要：本文主要研究整体式压室冷却系统在铝合金缸体压铸中的应用，通过分析整体式压室的温度分布，浅析不同压室冷却系统的冷却效果，以降低压室在整个工作过程中的温度差，减少压室的变形，提高压室的使用寿命。
关键词：整体式压室；压铸机；冷却；变形
0 前言
随着冷室压铸机的不断发展，压铸机的成本越来越低、效率越来越高、实时控制越来越精细。在冷室压铸机压铸生产过程中，金属液浇入压室后，压射冲头在压室内向前移动将金属液压入型腔，由于压射冲头和压室间相对运动在高温高压的恶劣环境中，经常造成压室腐蚀、冲头磨损失效及咬合卡死等问题，同时压室又是铸造生产中极其重要的消耗品，其使用寿命将直接影响压铸生产的效率和成本，因此对压室的温度控制也越来越重要。
1 生产过程中压室的温度
高温金属液体进入压室到压射完成，压室的温度随着与高温金属液的不断接触，温度会逐渐上升，但由于受到高温金属液的冲击、接触时间、压力等因素的影响，压室的温度分布是不均匀的。压室进料口部位在第一时间受到高温金属液的冲击，此处压室的温度最高，在发动机缸体压铸中该处的温度最高约在 300℃左右；压室靠近浇口套的部位，由于受到铝液接触时间较长，且伴着较高的压力，该处的温度也较高；相对而言，压室中间部位的温度相对较低。由于压铸填充度一般在 40%-75%之间，压室的上部未与高温金属液直接接触，只受到热辐射作用，故压室上部的温度较低，中间部位的温度高于上部，而压室底部长期与高温金属液直接接触，温度最高。由此可见压室的温度分布大致如图 1 所示，实际生产中压室的热成像仪照片如图 2 所示。
2 冷却方案
在压铸生产过程中，压室的温度过高、温差大，会导致压室极易变形；压室的温度过低，则会影响铝液温度从而产生冷料影响铸件质量。Anycasting 公司管文浩等用 anycasting 模拟了压室预热温度与压室凝固层平均厚度的关系，结果表明，在 150℃～280℃温度范围内，压室预热温度越高，冷凝层平均厚度越小，越不易出现冷料。不同的冷却方案，都以更好的控制压室的温度为最终目的。
2.1 局部冷却
根据压室的温度分布，压室进料口区和压室的浇口套区的温度最高，局部冷却方式就是对这两个温度最高的部位进行局部的冷却。
压室进料口区部位受高温金属熔液长期冲蚀，热交变应力集中，下部易形成蜂巢状侵蚀。故在下部设计冷却系统，降低局部温度，减少应力变化范围。需要注意的是冷却水道中心距压室内表面的距离要大于 10mm，这样效果较佳。
压室的浇口套区部位承受高温高压作用，易产生疲劳变形、磨损，从强度考虑，不宜采用内藏式冷却系统。在外部加一个循环水冷却环，冷却环内水道在轴向要尽可能大一些，以增加接触面积提高冷却效果。从受力强度考虑，应保证压室有足够的壁厚和在其外表面加工水道槽。冷却环与压室之间采用压配方法( 过渡配合) 装配,然后接合部位用铜焊封堵严密, 并要求先行试压才可使用。
局部冷却的方式为目前冷室压铸机整体式压室比较普遍应用的方式，该方式能够较好的冷却压室温度较高的区域，而且成本较低、经济性较好，但压室的整体温度平衡性较差。
2.2 整体冷却
整体式冷却对压室整体添加冷却，冷却通道孔沿着压室轴向贯通，压室下方的冷却通道布置较多，压室上方的冷却通道布置较少，能够对压室所有部位起到冷却作用。但压室中间温度相对较低，易产生冷料影响产品质量，同时会降低压室的强度。该方式较适合浇注金属液温度相对较低，压室温差相对较小的合金压铸。
2.3 模温机预热、冷却
IDRA 公司提出了一种利用模温机来预热、冷却压室的方式，该方式在压室进料端设置冷却管路，通过模温机连接到压室，在开班时压室温度低，可以通过模温机来提升压室温度，当温度较高时，亦可通过模温机来降低压室温度。模温机预热、冷却的方式既能够较好的控制压室的温度，降低压室在整个工作过程中的温度差异，实现减少压室变形的效果，但这需要模温机的性能必须满足压室冷却的温度控制范围。该方式目前在国内还未普遍应用。
3 控制系统
常用冷却水直接运用循环水，进水口和出水口连接冷却循环水，冷却水常开，通过流量调整来控制冷却效果，这种方式最为经济实用，无法对冷却效果起到很好的控制。也有通过控制系统定期调整冷却水阀开关，调整冷却水流量大小，来实现在不同时间段的对应不同温度的冷却控制，这需要摸索和试验冷却水在各种状态的时间长短和切换点，且不能通用。而随着压铸机实时控制的不断发展，压室冷却水的控制也趋向于实时控制。冷却水实时控制的系统需要对冷却效果进行监控，通过监控的结果实时控制冷却水的供给。常用的方法通过对出水管冷却水的温度监控来控制冷却水流量，这能够实现对冷却水一定程度的实时控制，但对冷却效果、冷却部位的温度不能够准确的监控，存在偏差，这属于间接的实时控制。而直接的实时控制，需要对冷却部位的温度进行监控，在冷却部位安装热传感器实时采集冷却部位的温度情况，通过冷却部位的温度情况来实时控制冷却水的供给，但遗憾的是目前还未形成有效的、低成本的、可推广的压室温度实时采集的技术。
4 结束语
压铸行业中，压铸机实时控制系统越来越细化、完善，对压室的温度控制也日趋重视。目前大多压铸机对压室的温度还未形成有效的监控，如何准确、全面的监控压室的温度从而更精细的实时控制压室冷却系统，将会成为一个新的课题。
