热芯盒设计中加热管的选用

2017/10/11 16:56:08      点击:
摘要:根据设计经验,对电加热模具中电热管的选择、布置、计算及安装进行了详细的介绍。并对加热管设计和使用中容易出现的问题提出了解决措施。射芯机厂家整理
关键词:模具;电热管;热芯盒

近年来我国铸造业迅猛发展,使与之配套的模具行业也有了长足的进步。我国目前采用了同发达国家相同的加热固化热芯盒、壳芯盒制芯工艺及气体固化冷芯盒工艺。而加热固化制芯工艺的主要特点是使模具在加热状态下工作,加热方法可采用煤气或电加热等,由于电加热具有加热均匀、清洁、效率高和容易控制等优点[1],而被广泛使用,目前国内模具采用电热管加热的较多。笔者结合在实际模具设计中积累的经验,就加热管的选择、布置、计算、安装提出了一些看法。
1 加热管的选择
(1)确定电热管的形式
电热管分为单头出线和双头出线,在同样的使用环境下应该尽量选择双头出线,双头出线电热管具有效率高,使用安全,寿命长等优点[1]。
(2)确定加热管的布置方式
根据加热管在模具中加热效果的评估,确定了加热管应该按热量均匀分配还是按热量分段分配的原则布置。实际模具多数是按照热量均匀分配原则设计,若模具的某一部位需要加大热量,并只能布置一组加热管,这时可采用加热管热量分段布置的形式制作加热管。
(3)确定加热管的直径
电热管直径的选择取决于模具中加热管布置空间的大小、数量及计算所得的有效功率。应尽量选用加热管供货商所提供的直径规格来设计,以便可以快速采购到所需的加热管。
(4)确定加热管的长度
根据电热管的出线方式,长度的选择标准有所不同。选择时,长度不宜选的太短,以免模具不能有效加热;也不能选的过长,这样在加热过程中,由于加热管加热部分长期暴露于空气中会使加热管寿命受到严重影响。一般认为,加热管的不加热部分留在模具本体内 5 mm 左右适宜。
(5)确定加热管的功率
加热管功率的选择按照公式进行计算,具体在下面的计算中提到。
(6)确定加热管的电压
加热管的电压首先由使用模具现场的实际电压情况来决定。在确定使用环境的实际电压后,需要根据电热管的布置安装情况来确定电压大小,同时也与电热管的接线有关。
2 加热管的布置
在确定模具大小后进行电热管布置。在布置中要注意使加热管在加热过程中热量传递均匀,不会由于热辐射的影响而降低模具零件的使用寿命;加热管最好离模具本体外围周边 10 mm以上,以免模具在高温受热后容易产生变形;在加热管与加热管之间也要保持一定的距离空间,以免加热管产生热辐射冲突,造成不必要的浪费;在加热管与模具中的零件间也要保持一定距离,比如模具中的顶杆、回位杆等,最好能保持 5mm 以上的距离;布置时还要考虑受热产生的热膨胀系数(针对单端出线)。由于模具使用的是工业用电,在接线时一般采用 Y 形接线,因此布置加热管数量时尽量根据 3 的倍数来布置。此外,电热管的布置也会决定电热管额定电压的选择。

例如,模具使用的是 220 V 的工业电压,当采用了 Y 形接线,布置数量是 3 的倍数,则选用的电热管电压应为 127 V,同时选用的功率也需一样;当布置数量为 2 时,则加热管电压应选用110 V,串联而成,选用功率可以不同;当布置数量选用 1 时,则加热管电压应选用 220 V。如图 1所示,选取工业电压为 220 V 为例。

3 加热管功率计算

在电热管的选择中必须确定电热管的功率和数量,这样就要对其参数进行计算。电热管的功率可根据公式 Sd×2πR×L(如图 w 2 所示)计算,式中:Sd 为加热管的单位功率,单位 W/cm2;R 为加热管的半径,单位 mm;Lw 为加热管的有效加热长度,单位 mm。

在计算中,对双头出线加热管 Sd 可根据经验值 2~3 W/cm2 取值,对单头出线加热管 Sd 可根据经验值 3~10 W/cm2 取值。确定了单根加热管的功率后,再根据模具单位体积需要的功率确定加热管的数量。根据国外经验数值,一般模具的单位功率取 0.6~0.9 W/cm3,对一些活动块一般可取 1.1~1.3 W/cm3。
例如对一个 500 mm×500 mm×100 mm 的模块,根据单位体积功率取 0.7 W/cm3,可得出所需的模块总功率为 17 500 W,如果单根加热管所需功率为 800 W,则加热管所需数量为 21.8 根,再根据取 3 的倍数原则,可取 21 根,然后对 21根加热管进行布置。
对单头出线加热管布置时深度方向需要考虑热膨胀因素,具体计算可根据经验公式 L×11.7×10-6×M,式中 L 为加热管长度,单位 mm;11.7×10-6 为热膨胀系数;M 为加热管最终加热温度,单位为℃。
例如:一个长 400 mm 的加热管最终加热温度为 320 ℃,其孔深由于加热管的热膨胀,计算得出 00+400×11.7×10-6×320=401.5 mm,根据取整原则,孔深可做到 402 mm。
4 安装
在模具上安装时,需要把模具中的安装孔做大,一般其孔的公差保持在+0.3 到+0.5,如果模具中的孔打的过大,则加热过程中的热传递会受到一定影响,所以尽量保证在该经验公差范围内。其次是加热管之间的连线安装,需要根据提供的加热管布置方式及加热管电压情况采用不同的接线方式来满足加热管的最终加热效果。
5 结束语
在电加热模具设计中电热管布置的好坏、加热时间的长短都会直接影响其工作效率及制芯效果,因此对电加热管能否很好应用就显得至关重要。射芯机厂家整理