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经冷却,金属型铸件传热的三种情况
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经冷却,金属型铸件传热的三种情况

作者:admin    发布时间:2016-4-5 15:45:11    点击次数:

将液态金属注入铸型以后,热交换随之进行,表现为液态金属温度的不断下降和铸型受热温度的上升。尽管铸件在冷却凝固过程中的传热系统是由铸型和形成铸件的金属或合金组成,但实践证明,铸型的内表面温度与其接近的铸件表面温度是不同的,说明在铸件和铸型之间存在着一个中间层。该中间层可能是由于金属收缩使铸件各方向的尺寸缩小和铸型受热后发生膨胀形成的,可能是铸型表面的涂料层,也可能是间隙和涂料兼而有之的中间层。因此,铸件在冷却凝固过程中的传热交换系统是一个由铸件-中间层-铸型构成的不稳定热交换系统。
金属型。采用金属型铸造时,传热可能有以下三种情况:

(1)当金属型铸造的铸件冷却和铸型被加热都不十分激烈时,意味着同为金属的铸件和铸型的断面具有相近的温度分布规律,或其热阻相近,在铸件和铸型之间的中间层的热交换性质对整个传热体系具有重要作用。图2-3所示为上述情况下的铸件、中间层和铸型断面上的温度分布图。由图中可见,在铸件一中间层一铸型系统中,大部分温度降在中间层上。当金属型的工作表面涂有较厚的涂料时,就属于这种情况。这种类型的传热特点是,铸件断面上的温差和铸型断面上的温差与中间层的温差相比显得很小,可以忽略不计。所以,可以认为,铸件和铸型断面上的温度分布实际上是均匀的,传热过程主要取决于涂料层的热物理性质,即中间层的热阻是控制热交换的关键环节。

(2)当金属型铸造的铸件冷却和铸型被加热均很激烈时,铸件和铸型断面上的温度分布如图2-4所示。在这种情况下,铸件和铸型断面上的温差均较大,且两者相近,而中间层的温差则较小。当金属型的涂料层很薄时,就属于这种传热情况。这种类型的传热特点是,中间层断面的温差与铸件和铸型的温差相比较显得很小,可以忽略不计。因此,可以认为,铸型内表面温度和铸件表面温度相同,传热过程取决于铸件和铸型的热物理性质,即铸件和铸型的热阻是热交换的控制环节。

上述两种情况说明,金属型铸造完全可以通过改变涂料层厚度或其热物理性质来控制铸件的冷却强度。在实际生产中,铸铁件的金属型铸造就是利用涂料或衬料降低铸型的冷却速度,防止铸件产生白口组织的。用金属型铸造铝合金铸件时,经常在冒口用的涂料中加入一定比例的石棉粉,增加中间层的热阻,进一步降低冒口的冷却能力,以提高冒口的补缩效果。

(3)当采用具有很高冷却能力的铸型时,其铸件和铸型断面上的温度分布如图2-5所示。在这种情况下,从铸件传递出来的热量可以被铸型很快地散出,整个铸型的温度升高慢,铸型断面的温度差较小,而铸件将会产生较大的温差。采用厚壁金属型或带有水冷系统的金属型、非金属铸件采用金属型铸造、低熔点金属或合金采用非薄壁金属型铸造等,均属于该种情况。当非金属铸件采用金属型铸造时,由于非金属铸件的热导率低,其内部热量不能及时传递至外表面,所以冷却缓慢,断面上的温差很大。相反,由于金属型的热导率很高,其断面上的温差则很小。熔模精密铸造中用金属压型压制蜡模、在金属型中制造塑料制品等就属于这种情况。低熔点金属或合金,如Al、Mg、Zn等,在厚壁金属型或带有水冷系统的金属型中冷却时,由于铸件散出的热量有限和铸型具有很高的冷却能力,由铸件传出的热量能被铸型及时吸收或传递出去,导致铸件表面温度下降较大时,在铸件内部还保持有较高的温度,使铸件断面上形成了较大的温度差,相反,铸型断面上的温度差却较小。这种类型的热交换特点是,中间层和金属铸型断面上的温差很小,可以忽略不计,传热过程主要取决于铸件本身的热物理性质,即铸件的热阻是热交换的控制环节。