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經(jīng)冷卻，金屬型鑄件傳熱的三種情況

作者: admin發(fā)布時間: 2019-10-16點(diǎn)擊次數(shù): 2219

將液態(tài)金屬注入鑄型以后，熱交換隨之進(jìn)行，表現(xiàn)為液態(tài)金屬溫度的不斷下降和鑄型受熱溫度的上升。盡管鑄件在冷卻凝固過程中的傳熱系統(tǒng)是由鑄型和形成鑄件的金屬或合金組成，但實(shí)踐證明，鑄型的內(nèi)表面溫度與其接近的鑄件表面溫度是不同的，說明在鑄件和鑄型之間存在著一個中間層。該中間層可能是由于金屬收縮使鑄件各方向的尺寸縮小和鑄型受熱后發(fā)生膨脹形成的，可能是鑄型表面的涂料層，也可能是間隙和涂料兼而有之的中間層。因此，鑄件在冷卻凝固過程中的傳熱交換系統(tǒng)是一個由鑄件-中間層-鑄型構(gòu)成的不穩(wěn)定熱交換系統(tǒng)。
金屬型。采用金屬型鑄造時，傳熱可能有以下三種情況：

（1）當(dāng)金屬型鑄造的鑄件冷卻和鑄型被加熱都不十分激烈時，意味著同為金屬的鑄件和鑄型的斷面具有相近的溫度分布規(guī)律，或其熱阻相近，在鑄件和鑄型之間的中間層的熱交換性質(zhì)對整個傳熱體系具有重要作用。圖2-3所示為上述情況下的鑄件、中間層和鑄型斷面上的溫度分布圖。由圖中可見，在鑄件一中間層一鑄型系統(tǒng)中，大部分溫度降在中間層上。當(dāng)金屬型的工作表面涂有較厚的涂料時，就屬于這種情況。這種類型的傳熱特點(diǎn)是，鑄件斷面上的溫差和鑄型斷面上的溫差與中間層的溫差相比顯得很小，可以忽略不計(jì)。所以，可以認(rèn)為，鑄件和鑄型斷面上的溫度分布實(shí)際上是均勻的，傳熱過程主要取決于涂料層的熱物理性質(zhì)，即中間層的熱阻是控制熱交換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（2）當(dāng)金屬型鑄造的鑄件冷卻和鑄型被加熱均很激烈時，鑄件和鑄型斷面上的溫度分布如圖2-4所示。在這種情況下，鑄件和鑄型斷面上的溫差均較大，且兩者相近，而中間層的溫差則較小。當(dāng)金屬型的涂料層很薄時，就屬于這種傳熱情況。這種類型的傳熱特點(diǎn)是，中間層斷面的溫差與鑄件和鑄型的溫差相比較顯得很小，可以忽略不計(jì)。因此，可以認(rèn)為，鑄型內(nèi)表面溫度和鑄件表面溫度相同，傳熱過程取決于鑄件和鑄型的熱物理性質(zhì)，即鑄件和鑄型的熱阻是熱交換的控制環(huán)節(jié)。

上述兩種情況說明，金屬型鑄造完全可以通過改變涂料層厚度或其熱物理性質(zhì)來控制鑄件的冷卻強(qiáng)度。在實(shí)際生產(chǎn)中，鑄鐵件的金屬型鑄造就是利用涂料或襯料降低鑄型的冷卻速度，防止鑄件產(chǎn)生白口組織的。用金屬型鑄造鋁合金鑄件時，經(jīng)常在冒口用的涂料中加入一定比例的石棉粉，增加中間層的熱阻，進(jìn)一步降低冒口的冷卻能力，以提高冒口的補(bǔ)縮效果。

（3）當(dāng)采用具有很高冷卻能力的鑄型時，其鑄件和鑄型斷面上的溫度分布如圖2-5所示。在這種情況下，從鑄件傳遞出來的熱量可以被鑄型很快地散出，整個鑄型的溫度升高慢，鑄型斷面的溫度差較小，而鑄件將會產(chǎn)生較大的溫差。采用厚壁金屬型或帶有水冷系統(tǒng)的金屬型、非金屬鑄件采用金屬型鑄造、低熔點(diǎn)金屬或合金采用非薄壁金屬型鑄造等，均屬于該種情況。當(dāng)非金屬鑄件采用金屬型鑄造時，由于非金屬鑄件的熱導(dǎo)率低，其內(nèi)部熱量不能及時傳遞至外表面，所以冷卻緩慢，斷面上的溫差很大。相反，由于金屬型的熱導(dǎo)率很高，其斷面上的溫差則很小。熔模精密鑄造中用金屬壓型壓制蠟?zāi)?、在金屬型中制造塑料制品等就屬于這種情況。低熔點(diǎn)金屬或合金，如Al、Mg、Zn等，在厚壁金屬型或帶有水冷系統(tǒng)的金屬型中冷卻時，由于鑄件散出的熱量有限和鑄型具有很高的冷卻能力，由鑄件傳出的熱量能被鑄型及時吸收或傳遞出去，導(dǎo)致鑄件表面溫度下降較大時，在鑄件內(nèi)部還保持有較高的溫度，使鑄件斷面上形成了較大的溫度差，相反，鑄型斷面上的溫度差卻較小。這種類型的熱交換特點(diǎn)是，中間層和金屬鑄型斷面上的溫差很小，可以忽略不計(jì)，傳熱過程主要取決于鑄件本身的熱物理性質(zhì)，即鑄件的熱阻是熱交換的控制環(huán)節(jié)。