Чиллер для литья под давлением: расчёт охлаждения пресс-формы

Чиллер для литья под давлением считают по количеству металла, которое застывает в пресс-форме за час, и по нагреву масла гидравлики машины. Калькулятор берёт сплав, металл за час вместе с литниками и мощность насосов гидравлики и показывает тепло отливок, холодопроизводительность с запасом и расход воды.

Расчёт чиллера для литья под давлением

Сплав Алюминиевый Магниевый Цинковый (ЦАМ)

Металл за час, кг/ч Насосы, кВт

Вода от чиллера, °C Запас 10 % 15 % 20 %

Выносной конденсатор

Требуемый чиллер

64,3

кВт

Тепло отливок, кВт

46,7

Гидравлика, кВт

9,25

Расход воды, м³/ч

11,1

Подобрать чиллер на 64,3 кВт

Подбор модели откроется на сайте производителя xiron.ru

Откуда берётся тепло

• Отливки. Сплав заливают перегретым, в форме он отдаёт перегрев, теплоту кристаллизации и остывает до температуры выталкивания, ориентировочно 250–350 °C для алюминия. Это главная нагрузка, и она зависит от сплава и массы металла за час.
• Доля, которая уходит в воду. Часть тепла формы уносят разделительная смазка, которая испаряется при обдуве, и излучение с открытой формы. В воду каналов и термостатов уходит ориентировочно 60–80 %; калькулятор берёт 70 %.
• Гидравлика. Насосы и аккумуляторы машины греют масло: в тепло переходит ориентировочно четверть мощности привода насосов, как у термопластавтомата в задаче о чиллере для ТПА. Масло охлаждают в маслоохладителе той же водой.
• Термостаты формы. Пресс-форму держат при 150–250 °C масляными или водяными термостатами. Они не добавляют тепла сверх отливок, но именно через их теплообменники тепло формы попадает в воду чиллера.

Плавильные и раздаточные печи у машины на воде обычно не стоят; индукционную плавку считают отдельно, в задаче об индукционном нагревателе.

Формула

Q_ф = G × q × 0,7 / 3600

Q = (Q_ф + 0,25 × N) × (1 + k / 100)

V = Q / (1,163 × 5)

Q_ф — тепло отливок, которое уходит в воду, кВт; G — металл за час вместе с литниками и промывниками, кг/ч; q — тепло, которое 1 кг сплава отдаёт от заливки до выталкивания, кДж/кг; 0,7 — доля этого тепла, уходящая в воду; N — мощность привода насосов гидравлики, кВт; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; V — расход воды при её нагреве на 5 °C, м³/ч, как в расчёте мощности по расходу и температурам.

q складывается из перегрева над температурой ликвидуса, теплоты кристаллизации — у алюминиевых сплавов около 400 кДж/кг — и остывания твёрдой отливки. Металл за час считают по массе заливки, а не отливки: G = масса заливки × число циклов в час. Вода на термостаты и маслоохладитель — 15–25 °C; воду теплее 15 °C серийные чиллеры не дают, такую машину подбирают индивидуально.

Пример расчёта

Машина литья под давлением, алюминиевый сплав, заливка 3 кг на 100 циклов в час — 300 кг/ч, насосы гидравлики 37 кВт, вода 15 °C, запас 15 %.

1. Тепло отливок в воду: 300 × 800 × 0,7 / 3600 = 46,67 кВт, округлённо 46,7 кВт.
2. Гидравлика: 0,25 × 37 = 9,25 кВт.
3. Холодопроизводительность: (46,67 + 9,25) × 1,15 = 64,30 кВт, округлённо 64,3 кВт.
4. Расход воды при нагреве на 5 °C: 64,30 / (1,163 × 5) = 11,1 м³/ч.

Как выглядит установка на 64,3 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 65 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать по массе отливки. Литники, промывники и пресс-остаток — ориентировочно 30–50 % массы заливки, и они застывают в той же форме. По одной отливке чиллер выходит меньше нужного на ту же долю.
• Пускать холодную воду прямо в форму. Вода 7 °C в каналах горячей формы даёт тепловой удар и сетку трещин на рабочей поверхности. Форму охлаждают через термостат или регулятор расхода, а чиллер держит воду для их теплообменников.
• Забыть гидравлику. У машины на 400–800 т насосы — десятки киловатт, и масло без охлаждения перегревается за смену.
• Жёсткая вода в каналах. Каналы формы горячие, и накипь в них откладывается быстрее, чем где-либо в цеху. Контур делают закрытым с подготовленной водой — требования в справочнике о воде для чиллера; закалку отливок после литья считают в задаче о закалочной ванне.