[发明专利]一种自调温模具及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自调温模具装置，尤其涉及一种自调温模具及其使用方法。

背景技术

模具是液态模锻、压铸和金属型铸造中必不可少的工装，模具的温度对成形质量和模具寿命产生重要影响。成形技术的熔点越高，对模具的热冲击和热损伤也越严重。特别是钢铁一类的高熔点合金压铸、挤压铸造和液态模锻时，因模具温度过高导致模具寿命一般只有数千模，经济效果不理想，至今工业化应用也还较少。如何控制模具温度，使其稳定在一定的温度范围内是材料有模成形中一个普遍关心的问题。

现有技术中，为了控制和调节模具温度，使用了温模机和模具控温机。它们的工作原理是：通过控制模具内的载热介质的流量和温度，使其将自身的物理热传给模具达到提温的目的或者将模具的热带走达到冷却模具的目的。所用的载热介质主要是导热油或水。导热油是常用的一种载热介质，其最高温度320℃，导热系数较小，一般0.1Kcal/m·hr·℃左右；比热在0.5-0.6Kcal/kg·℃之间，密度与水相当，沸点较高，约390-400℃，允许使用温度一般在-30～350℃之间。但是，对于高熔点合金成形模具来说，模具工作温度高达400℃以上，这时，导热油就难以适用；水也是一种常用的模具调温介质。水的汽化热相当于等量的水从0-100℃需要的热的5倍，但是水作为载热介质时一般不允许其汽化，主要利用其对流换热来对模具进行冷却。所以，其只有冷却功能，没有加热功能，对模具的温度调节是单向调节，应用受到限制。

金属一般都具有一个特性：凝固时放热，而熔化时吸热。对于纯金属而言，其凝固和熔化发生在一个基本恒定的温度上。如果将金属灌入模具本体内，利用这种固液转变的热效应(凝固放热和熔化吸热)和相变温度基本恒定的特性，就可以实现对模具温度的自动调控：当模具温度高于凝固温度时，金属开始熔化吸热，模具温度停止升高而降温；当模具温度降低至凝固温度时，金属开始凝固放热，阻止模具继续降温。如此这般，可以将模具温度保持在一个恒定的范围内。但是，实际上，很难找到一种纯金属的凝固温度能与模具期望的温度恰好一致。当两种金属形成共晶合金时，其凝固温度也是一个固定值，但其数值低于两个组元的熔点，这种共晶合金的共晶温度与模具工作温度接近时，也可以用来进行模具温度的调节。不妨将这种适于用来调节模具温度的金属称为调温金属。这种利用调温金属进行模具温度调节的方法称为自适应调温，利用自适应调温方法进行模具温度控制的模具称为自调温模具。根据这一思想，提出了本发明。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、使用方便的自调温模具及其使用方法；根据金属在凝固温度熔化时温度虽然不变但可以吸收大量的热，而在凝固时放出大量的热而温度不变的这一特性，将凝固温度与模具工作温度相近的金属(称为调温金属)植入模具体内，当模具温度升高，超过调温金属的熔化温度时，调温金属开始熔化吸热，抑制了模具温度的持续升高；相反，当模具温度低于调温金属的熔化温度时，合金就开始凝固放热，将热量传给模具，抑制了模具的降温。如此反复，就可以使模具温度在一个较小的范围内波动。

本发明的自调温模具，包括模具本体和模具外套，所述模具本体的内部开有形成工件的模具腔，模具本体的外表面上设置导热涂料层，模具本体的外侧设有模具外套，模具外套的内壁上设有若干支撑柱，支撑柱的端部均抵靠在模具本体的外壁上，模具外套的内壁上以及支撑柱的外壁上均设置隔热涂料层，模具外套和模具本体之间形成的调温腔内填充调温金属，调温腔顶部的模具外套上设有封闭塞。

本发明的自调温模具及其使用方法，所述模具本体采用铜合金或热作模具钢制成，模具本体的壁厚为20-50mm。

本发明的自调温模具及其使用方法，所述隔热涂料层的厚度为0.1～0.3mm。

本发明的自调温模具及其使用方法，所述调温金属为凝固温度100～280℃，熔化热40～150J/kg的金属或合金，合金采用锡、锂、锡铋合金或锡锌合金。

一种自调温模具的使用方法，包括以下步骤：

1)选择调温金属：根据模具要求的工作温度范围和材质选择调温金属；要求调温金属无毒，不与模具材料发生反应，还要求调温金属的固相线温度Ts≥模具最低工作温度T1，且其液相线温度TL≤模具最高工作温度T2；

2)组装模具：将内层涂有隔热涂料层的模具外套和外层涂有导热涂料层的模具本体组装在一起并固定和密封牢固，形成容积为模腔体积2～8倍的调温腔；