淺論多通道熱油溫控機(jī)的工作原理及其高溫導(dǎo)熱油閥設(shè)計(jì)

　　眾所周知，決定產(chǎn)品最終質(zhì)量好壞的是各種加工工藝。對(duì)于壓鑄件來說，壓鑄模的精度和溫度無疑將對(duì)壓鑄件的質(zhì)量起著十分關(guān)鍵的作用。就壓鑄工藝來說，壓鑄件從熔融狀態(tài)注入壓鑄模到其冷卻凝固直至接近常溫開模取出，這一過程不容改變。那么，假如我們能采用某種設(shè)備來大大緩沖壓鑄模在其壓鑄過程中急劇的溫度變化，而在其壓鑄后的冷卻過程中又能適當(dāng)加速其冷卻，這無疑對(duì)改善壓鑄件的產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)壓鑄模的使用壽命，提高壓鑄件的生產(chǎn)率極為有利。
　　研制這類設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)是：
　　(1)在高溫導(dǎo)熱油作用下保證各運(yùn)動(dòng)部件仍能正常工作；
　　(2)高溫條件下的密封問題。
　　下面首先從導(dǎo)熱油的工作要求出發(fā)，來分析系統(tǒng)的工作原理和總體結(jié)構(gòu)布局以及關(guān)鍵部件高溫組合截止閥和調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)。
　1　多通道熱油溫控機(jī)的工作原理
　　1.1　導(dǎo)熱油的工作要求
　　導(dǎo)熱油必須滿足在足夠高的工作溫度條件下不變質(zhì)(即化學(xué)穩(wěn)定性好)，同時(shí)具有足夠高的熱效率。本系統(tǒng)選用的是一種國產(chǎn)的高溫導(dǎo)熱油，其最高工作溫度為315℃，說明書要求其正常工作的循環(huán)回路如圖1所示。這一循環(huán)回路的最大特點(diǎn)是回路中有一貯汽包。這是因?yàn)樵趯?dǎo)熱油的加熱過程中因脫水等原因會(huì)產(chǎn)生大量的汽泡，這些汽泡若留在回路中將會(huì)大大降低導(dǎo)熱油的工作壓力。在回路中設(shè)一貯汽包的目的就是使經(jīng)過貯汽包口的導(dǎo)熱油中的汽泡冒入貯汽包中。鑒于此，凡是使用這種導(dǎo)熱油的用戶，在設(shè)計(jì)有關(guān)設(shè)備時(shí)均應(yīng)考慮這一點(diǎn)，否則系統(tǒng)將無法正常工作。
　　1.2　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　設(shè)備的工作原理如圖2所示，這實(shí)際上也就是設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)布局。計(jì)算機(jī)等控制系統(tǒng)的元器件位于設(shè)備的最上方，在控制系統(tǒng)與油箱之間設(shè)有隔熱材料并留有一定的空間，以保證控制系統(tǒng)不受設(shè)備下面回路中高溫的影響。
　　圖2所示總體結(jié)構(gòu)布局的特點(diǎn)之一是：油箱位于整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的上面，這與通常油箱位于設(shè)備底部的常規(guī)設(shè)計(jì)是有所區(qū)別的。這主要是基于這樣的考慮：油箱置于上方除更利于泵的抽吸外，最重要的則是油箱起到了圖1所要求的貯汽包的作用，從而 避免再設(shè)計(jì)貯汽包，設(shè)備結(jié)構(gòu)也趨于簡(jiǎn)單。
　　特點(diǎn)之二是：加熱器置于油箱下方和油泵的上方(即油泵入口之前)，這也是與油泵入口直接接到油箱上的常規(guī)設(shè)計(jì)不同的。這主要是基于這樣的考慮：由于油箱和加熱器之間的油管短而粗(實(shí)際上加熱器出口與油泵之間的油管也是這樣，以便于油泵的抽吸)，這樣導(dǎo)熱油在加熱過程中產(chǎn)生的汽泡便可直接冒入油箱而不必進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，這更有利于系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

　　圖1　導(dǎo)熱油的工作要求
　　特點(diǎn)之三是：調(diào)節(jié)系統(tǒng)中導(dǎo)熱油流向的調(diào)節(jié)閥位于系統(tǒng)的結(jié)束處，即通過調(diào)節(jié)閥開啟通向油箱的出口放出一部分熱油到油箱，來使油箱從加熱器的入口補(bǔ)充一部分冷油給加熱器。
　　圖2中的兩個(gè)截止閥的作用是：當(dāng)系統(tǒng)管路未接上模具時(shí)，這兩個(gè)截止閥可防止導(dǎo)熱油從回路兩端流出。
　　1.3　工作原理
　　本文研制的為四通道的高溫?zé)嵊蜏乜貦C(jī)。每個(gè)通道均自成體系，可以分別對(duì)壓鑄模四處的模溫(往往要求不一樣)進(jìn)行獨(dú)立控制。四個(gè)通道的工作原理是一樣的，只不過共用一個(gè)油箱，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制而已。
　　圖2所示系統(tǒng)(一個(gè)通道)控制壓鑄模模溫的過程分兩種基本情況：
　　(1)壓鑄模尚未工作時(shí)：為了使壓鑄模在首次壓鑄時(shí)不至遭受太大的熱沖擊，有必要對(duì)壓鑄模進(jìn)行預(yù)熱(如將壓鑄模預(yù)熱至80℃左右)。由此可見，在這種情況下，系統(tǒng)將主要是對(duì)壓鑄模加熱。這時(shí)導(dǎo)熱油主要在回路中反復(fù)循環(huán)，即：加熱器→油泵→壓鑄模→調(diào)節(jié)閥→加熱器。
　　由圖2不難看出，調(diào)節(jié)閥有兩個(gè)出口。在上述情況下，流向油箱的出口一般是關(guān)閉的。

　　圖2　溫控機(jī)工作原理圖
　　(2)壓鑄模已投入工作：在壓鑄過程中，壓鑄件是由熔融金屬液體注入壓鑄模，然后冷卻成型的。這樣，壓鑄模一方面在每次壓鑄時(shí)遭受嚴(yán)重的熱沖擊，另一方面在工作多次以后，整個(gè)壓鑄模的溫度將愈來愈高，嚴(yán)重時(shí)以致于往往要中斷生產(chǎn)，待壓鑄模自然冷卻(目前最多采用風(fēng)扇冷卻)一段時(shí)間后再投入使用。這樣一方面影響了生產(chǎn)效率，另一方面模具的壽命也不高。為了改善這狀況，可利用圖2所示的溫控機(jī)去控制壓鑄模的模溫。這時(shí)，系統(tǒng)多處于對(duì)壓鑄模進(jìn)行冷卻的狀態(tài)。導(dǎo)熱油的循環(huán)如下：油箱→加熱器→油泵→壓鑄模→調(diào)節(jié)閥→油箱
　　這時(shí)加熱器中的加熱棒已停止加熱，調(diào)節(jié)閥上通向加熱器入口的出口也將關(guān)閉，管路中的油主要是冷油。
　　當(dāng)然，上述只是兩種極端情況，實(shí)際工作中的實(shí)時(shí)控制遠(yuǎn)非這么簡(jiǎn)單。在一般情況下，根據(jù)所測(cè)模溫及其控制要求，加熱器中的加熱棒并不全部停止工作，而是部分工作。而調(diào)節(jié)閥上二出口可能都打開一部分，從而使一部分熱油流向油箱，一部分熱油則保持在系統(tǒng)回路中循環(huán)，同時(shí)由油箱補(bǔ)充部分冷油。系統(tǒng)到底工作在哪種狀態(tài)下將完全取決于是壓鑄模模溫及其控制要求。
　　此外，在油箱中設(shè)置了冷卻管。這是因?yàn)橛拖渲械挠蜏卦跍乜貦C(jī)投入工作一段時(shí)間后將逐漸升高，為了能有效地給系統(tǒng)提供較低溫度(如不超過60℃)的導(dǎo)熱油，以使壓鑄模得以有效冷卻，這樣就有必要對(duì)油箱里的油溫進(jìn)行控制，當(dāng)超過一定溫度(如60℃)時(shí)，便用冷卻水進(jìn)行冷卻。
　　系統(tǒng)的具體控制過程如下：
　　(1)通過熱電偶檢測(cè)油箱里的油溫來控制冷卻管中電磁閥的工作；
　　(2)通過熱電偶分別檢測(cè)加熱器中的油溫和壓鑄模的模溫來控制加熱器中加熱棒和調(diào)節(jié)閥的工作。 
　2　關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)需設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件有油箱、加熱器、截止閥和調(diào)節(jié)閥。油箱和加熱器的設(shè)計(jì)涉及到熱計(jì)算，作者將以專文論述，這里著重介紹截止閥和調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)。這兩種閥的設(shè)計(jì)要求是：必須保證其在高溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，工作可靠，密封良好。
　　2.1　組合截止閥的設(shè)計(jì)
　　為了結(jié)構(gòu)緊湊，將圖2所示的兩個(gè)截止閥設(shè)計(jì)成組合形式，如圖3所示。為了保證高溫下截止閥的密封性，閥桿1和閥體8的閥孔設(shè)計(jì)成圓錐形，加工時(shí)二配合面需研磨。必須注意的是，圓錐角不能太小，否則將發(fā)生自鎖，導(dǎo)致閥桿無法轉(zhuǎn)動(dòng)。為了加強(qiáng)密封，在閥孔的上下端面都采用了耐高溫的硅橡膠密封圈(2，6)，并分別用上下壓蓋(3，7)固定。在閥的出入口均設(shè)計(jì)成錐管螺紋，以保證連接的密封性。

　　圖3　高溫組合截止閥設(shè)計(jì)
　　1.閥桿　2.硅橡膠密封圈　3.壓蓋　4.內(nèi)六角螺釘　5.壓蓋　6.硅橡膠密封圈　7.內(nèi)六角螺釘　8.閥體
　　2.2　調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)
　　調(diào)節(jié)閥的工作要求是：兩個(gè)出口中，一個(gè)出口開啟多少，另一出口就應(yīng)關(guān)閉多少。為此，在閥桿9上設(shè)計(jì)了一腰形槽孔，槽孔的長(zhǎng)度剛好等于兩出口的中心距，而寬度則等于出入口的直徑，如圖4所示。為了保證閥桿只能相對(duì)閥體移動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)，在閥桿的左端固定了一導(dǎo)向件11，導(dǎo)向件可在電機(jī)座上面的槽中來回移動(dòng)。導(dǎo)向件的來回移動(dòng)是通過與固定在電機(jī)軸上的螺桿的螺旋傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。為了保證密封性，在閥桿的左端嵌入了數(shù)個(gè)耐高溫的硅橡膠密封圈，而在閥體的右端則用壓蓋15固定硅橡膠密封圈來密封。同樣，為了保證連接的密封性，閥的出入口均設(shè)計(jì)成錐管螺紋。此外，為了防止閥體高溫對(duì)步進(jìn)電機(jī)1的影響，固定于電機(jī)軸上的螺桿和固定于閥桿左端的導(dǎo)向件均應(yīng)采用耐高溫且導(dǎo)熱性差的聚四氟乙烯棒料；同時(shí)，電機(jī)與電機(jī)座，電機(jī)座與閥體之間應(yīng)加隔熱材料石棉墊(3，6)。

　　圖4　高溫調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)
    1.電機(jī)　2.螺釘　3.石棉墊　4.螺桿　5.電機(jī)座　6.石棉墊　7.螺釘　8.閥體　9.閥桿　10.緊定螺釘　11.導(dǎo)向件　12.螺釘　13.硅橡膠密封圈　14.螺釘　15.端蓋
　　3　結(jié)論
　　本文介紹的兩種高溫閥的設(shè)計(jì)，成功地應(yīng)用于所研制的四通道高溫?zé)嵊蜏乜貦C(jī)。該溫控機(jī)的結(jié)構(gòu)布局完全不同于常規(guī)設(shè)計(jì)，這主要是考慮到導(dǎo)熱油在高溫工作條件下的特殊要求。該設(shè)備應(yīng)用于壓鑄工藝，可根據(jù)工藝要求，將模溫控制在較小的溫度變化范圍內(nèi)；而在壓鑄模壓鑄后的冷卻過程中可適當(dāng)加快其冷卻速度,從而大大緩沖了壓鑄模的熱沖擊,提高了壓鑄件的質(zhì)量和壓鑄模的使用壽命以及壓鑄件的生產(chǎn)率。