模具恒溫機(jī)(簡(jiǎn)稱：模溫機(jī))在壓鑄工藝上的運(yùn)用介紹

    合金熔液被壓入模腔后，由于熱量的散失而凝固成形。假如熱量的傳遞率過快，鑄件中可能產(chǎn)生冷紋的缺點(diǎn)。相反地，熱傳率過慢，則會(huì)增加鑄件之成形周期，減低了生產(chǎn)率。模具表面溫度的控制對(duì)生產(chǎn)高質(zhì)量的壓鑄件來(lái)說(shuō)，是非常重要的。模具的溫度會(huì)影響金屬熔液在模腔表面上的流動(dòng)，尤其是流動(dòng)路線較長(zhǎng)的薄壁件。

    要令金屬熔液在凝固前填滿模腔，除了選用縮短填充時(shí)間的設(shè)計(jì)外，還可以增加澆口速度(但很容易產(chǎn)生紊流)，用作提高模具溫度。此外，面積較大及表面要求極高的鑄件，亦需要較高及穩(wěn)定的模具表面溫度，才可以減少冷紋及表面缺陷。不平均或不適當(dāng)?shù)哪＞邷囟纫鄷?huì)導(dǎo)致鑄件尺寸不穩(wěn)定，在生產(chǎn)過程中頂出鑄件變形，產(chǎn)生熱壓力、黏模、表面凹陷、內(nèi)縮孔及熱泡等缺陷。直流高壓發(fā)生器模溫差異較大時(shí)，對(duì)生產(chǎn)周期中的變數(shù)，如填充時(shí)間、冷卻時(shí)間及噴涂時(shí)間等產(chǎn)生不同程度的影響。另外，模具的壽命亦會(huì)因受到過冷過熱的沖擊而導(dǎo)至昂貴鋼

材產(chǎn)生熱裂等問題。

適當(dāng)?shù)谋砻鏈囟?/span>   適當(dāng)?shù)哪＞弑砻鏈囟确植急匦枰驊?yīng)產(chǎn)品的形狀，如厚度、橫切面厚薄變化等表面要求，及生產(chǎn)周期而決定。一般的適當(dāng)溫度為：      

要達(dá)至所要求的模具溫度，壓鑄廠技師經(jīng)常使用石油**，其次為輻射加熱器，或插入式電熱管，但效果并不理想，模溫未能達(dá)到均勻。然而輻射加熱器的使用較為靈活，對(duì)模具的傷害較少，但效率較低；插入式電熱管只適用于長(zhǎng)期加熱的位置，應(yīng)用范圍較為局限。

    另外，利用低速壓射法- 即降低初級(jí)壓射速度，直接以金屬熔液加熱模具亦是極為常見的方法，不過此方法對(duì)模具的壽命有**影響，不適用于昂貴的精密模具。由于射出時(shí)處于瞬間階段，熔液之溫度將侵入模腔表面，其侵入之深度約為鑄件厚度之二倍。在高熱劇烈侵入的期間，模腔表面的高溫狀態(tài)，將使模腔表面發(fā)生高應(yīng)力，相對(duì)微裂現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)會(huì)會(huì)倍增。

    *理想的加熱方法應(yīng)為熱油加熱。熱油不間斷地通過模具內(nèi)管道，從內(nèi)部進(jìn)行模具加熱，使模具達(dá)到適合生產(chǎn)的狀態(tài)。由于導(dǎo)熱油不但能加熱，亦可像水般進(jìn)行冷卻，功能像熱交換器般，可保持模具溫度在一定范圍內(nèi)，即使生產(chǎn)中斷時(shí)亦可適當(dāng)?shù)乇３帜＞邷囟取?/span>

模溫機(jī)介紹

模溫機(jī)利用高熱傳性的導(dǎo)熱媒體，以便在很短的時(shí)間內(nèi)將模具內(nèi)多余的熱送走。模溫機(jī)在設(shè)定好熱平衡溫度后，能自動(dòng)控制其溫度在極小誤差之內(nèi)，且能維持定值?，F(xiàn)以我司生產(chǎn)KSD系列模溫機(jī)為基礎(chǔ)，作詳細(xì)介紹，圖1 為其工作原理。

圖1：模溫機(jī)的工作原理

1 加壓對(duì)流加熱器(Pressurized convection heater)

2 加壓對(duì)流冷卻器(Pressurized convection cooler)
3 具備儲(chǔ)存器的輸送泵(Feed pump with reservoir)
4 擴(kuò)展容缸和液體儲(chǔ)存器(Expansion tank and fluidreservoir)
5 熱傳導(dǎo)液的水位控制裝置(Supervision of heattransfer fluid level)
6 控制冷卻水的電磁閥(Solenoid valve for coolingwater)
7 旁路(Bypass)
8 溫度傳感器-熱傳導(dǎo)液(Temperature sensor-heattransfer fluid)
9 溫度傳感器-加熱器(Temperaturesensor-heater)

以流體種類區(qū)別

KASSEL精機(jī)有多種類型，其中一類為熱水模溫機(jī)，*高使用溫度分別為150°和180°。由于水在大氣壓力下，沸點(diǎn)為100°，當(dāng)使用溫度接近或高于100°時(shí)，便需密封加壓，令壓力為3.6bar 及6.2bar?？蛻暨x用時(shí)，要注意使用軟水較為恰當(dāng)，以免水管內(nèi)部受水垢長(zhǎng)期積聚而影響其流暢性。

    由于導(dǎo)熱油的沸點(diǎn)較高，因此使用溫度遠(yuǎn)高于水，在正常大氣壓力下，可達(dá)到350。。KASSEL精機(jī)生產(chǎn)之熱油模溫機(jī)有200°、300°及350°可供選擇，以配合不同的應(yīng)用。由于導(dǎo)熱油的沸點(diǎn)限制，以及流體泵軸承的壽命，在某些特

殊產(chǎn)品要求高于350°使用溫度時(shí)，必需使用特殊制造的模溫機(jī)。

KASSEL精機(jī)的熱交換設(shè)計(jì)獨(dú)特，(見圖2) 加熱及冷卻單元是以組件管筒形式換入，并以特別之陶瓷纖維作革熱保護(hù)，優(yōu)點(diǎn)是安裝靈活。導(dǎo)熱油在管筒縲紋上以每秒3 米的速度流動(dòng)，加熱器在管筒中心，因此加熱效果均勻，不會(huì)像其他熱浸式或側(cè)熱式的設(shè)計(jì)造成溫度局部位置過熱。由于中心加熱的導(dǎo)熱效果比側(cè)熱式設(shè)計(jì)較好，失熱較少，因而升溫速度較快。

    冷卻設(shè)計(jì)方面，采用大口徑通過冷卻水，達(dá)到更均勻的效果?？蛻糸喿x冷卻功率數(shù)據(jù)時(shí)，要特別留意溫差條件。KASSEL精機(jī)所注明的冷卻功率是在溫差(熱油和冷卻水)150K 情況下。如溫差越大，相等之冷卻功率越大：舉例，60kW/150K≒85kW/190K。

           KASSEL精機(jī)選用側(cè)通道轉(zhuǎn)輪泵。其內(nèi)為陶瓷軸連SiC 滑動(dòng)式軸承，工作壽命特長(zhǎng)。馬達(dá)與泵以磁性連接，無(wú)漏油情況。其他類型的泵由于滑動(dòng)環(huán)密封圈受力導(dǎo)致磨損，需要經(jīng)常更換。而磁性連接只有靜態(tài)密封圈，無(wú)經(jīng)常更換的弊病，泵的有效使用率因而較高。磁性連接的密封性會(huì)較好，不會(huì)滲漏導(dǎo)熱油，工作時(shí)較清潔及**。磁性連接部件的工作溫度達(dá)300。，*高油溫設(shè)置超過350。，對(duì)高溫?zé)嵊陀葹檫m合。目前鎂合金壓鑄為熱門投資，高溫?zé)嵊蛯?duì)鎂合金壓鑄至為重要，在選購(gòu)時(shí)，更須小心選擇。 

    在控制層面上，KASSEL精機(jī)使用*新微電腦控制板，油溫控制于±1°C內(nèi)。

    另外，亦設(shè)有工作時(shí)間顯示；時(shí)間制自動(dòng)控制開關(guān)；熱油自動(dòng)升溫及冷卻程序有雙重過熱保護(hù)；油量過高或過低顯示；機(jī)器使用狀態(tài)顯示功能等。

機(jī)器的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、通風(fēng)，并易于維修，嚴(yán)格按照歐洲**標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。可供選擇的附件包括自動(dòng)吸出回油、冷卻水吹出裝置、RS485 連接壓鑄機(jī)介面、外置感溫線、流量計(jì)、馬達(dá)過濾保護(hù)、PID 式**控制、DN13 快速接頭（*高溫度250°C）等。

簡(jiǎn)單直接選購(gòu)法（表一）    

表一為簡(jiǎn)單的選購(gòu)辦法，只作為指引，以下詳細(xì)介紹實(shí)際計(jì)算方法。

1. 按下式計(jì)算壓鑄模具加熱需要的功率：

L1 = (Q1*X1) / (t*3600) watt

   = (M*c*DnV1*X1) / (t*3600) watt

L1 = 壓鑄模半邊必須的加熱功率，包括鑲塊或模具的其他零件w(watt)

Q1 = 升高待加熱材料的溫度所必需的熱量J(Joule)

M = 待加熱部份重量= 待加熱體質(zhì)量(kg)

c = 比熱模具鋼，約500J /kgK(kg)

DnV1 = 開始加熱和終止加熱(工作溫度) 間的溫差。

t = 加熱時(shí)間(hr)

X1 = **系數(shù)，熱幅射，熱傳遞到?？?、壓鑄機(jī)上的熱損耗

(隨著模具尺寸增大而升高)1.2-2    

2.在生產(chǎn)中，溫度控制器冷卻的功率可按下式計(jì)算：

A2 = (M*fq*X2)/3600 kW (1kW = 860kcal)

A2 = 由金屬熔液帶來(lái)的熱，即必須通過冷卻導(dǎo)出的熱kW

M = G*S = 重量(1 小時(shí)的重量)kg/h

G = 鑄件重量(超過1.5kg 的鑄件，不包括淺道一般用水冷卻)kg

S = 每小時(shí)鑄件數(shù)n

fq = 熱系數(shù)(見表2)

X2 = 修正系數(shù)，模具大時(shí)為1；模具小時(shí)為1.5

3. 泵所需流量取決于通道的橫截面積(盡量使選定的通道?適合于所有模具) 這里使用經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證的熱載體流速2~3m/s 為基礎(chǔ)，以下數(shù)據(jù)可為標(biāo)準(zhǔn)值：

通道直徑mm        泵VL/mm

80 - 11         10 - 14 以齒輪泵為主

12 - 14            - 19 以齒輪泵為主

14 - 16            - 25 側(cè)通道特制離心泵

16 - 18            - 32 側(cè)通道特制離心泵

除「流速」外，還必須檢驗(yàn)選定的泵輸送量是否能運(yùn)送所需的能量。這可按下式進(jìn)行：

V = 60 *(L/c*DnV*p）

V = 輸送量L/min

L = 工作過程的規(guī)定功率(L1 或者L2 中取較大值)

W (Watt)

DnV3 = 模具工作溫度和載熱體原始溫度間的*大允許溫差(約40-100)oC(k)

p = 載熱體的密度(見表2)kg/dm3

c = 比熱(見表2)J/kgK

例如：根據(jù)例3，18.3KW 即18300W
      若DnV₃取40^oC（例如：模具表面溫度為240^oC，油溫為200^oC，則V=60*（18300/（2500*40*0.75））= 14.4L/min

4. 必須進(jìn)一步驗(yàn)算通道表面積

    確定模具內(nèi)部必需的加熱通道的結(jié)構(gòu)和尺寸是模具設(shè)計(jì)師的任務(wù)。通常載熱體把熱能傳給模具或者將熱量從模具帶走，兩者情況都一樣，都決定于熱傳導(dǎo)系數(shù)a，以W/cm2K 表示。

熱傳導(dǎo)系數(shù)a 主要受下列因素影響：

?   載熱體的流速

?   模具與載熱體間的溫差

?   系統(tǒng)均勻工作溫度(初始溫度)

*重要的是把接觸面(通道表面) 設(shè)計(jì)成能有效傳遞所需的能量。如通道直徑太細(xì)或長(zhǎng)度不足，會(huì)

出現(xiàn)無(wú)法升溫的情況，由于水冷通道一般較熱油通道直徑小，如不改設(shè)計(jì)，很多時(shí)導(dǎo)致接觸面不足。

必需的通道表面積計(jì)算公式如下：

A = L/(a*DnV3)cm2

A = 必要的熱交換表面積cm2

L = L1 或者L2 工作必需的加熱或冷卻功率(取*大值)Watt

a = 熱傳導(dǎo)系數(shù)W/cm2 K(a= 0.222 / DnV3 = 40,

a = 0.21 / DnV3 = 60)

DnV3 = 載熱體的初始溫度和模具工作溫度的溫差oC(k)

為避免溫度波動(dòng)，溫差應(yīng)盡可能小，力求達(dá)到40oC。如果用鋁，即使100oC 也能取得良好效果(例如模具工作溫度250oC，初始溫度150oC)，要避免DnV3 超過100oC，初始溫度低于150oC，否則，載熱油的效率將變得極不理想。

?   材料和系數(shù)表（表二）

?實(shí)際運(yùn)用

       所有舉例的數(shù)值都經(jīng)實(shí)踐和試驗(yàn)的驗(yàn)證，它們可能受各種因素的影響，這些計(jì)算只能提供一些參考，并不擔(dān)保適用于所有條件。有關(guān)具體型號(hào)設(shè)備的進(jìn)一步說(shuō)明，卡塞爾公司備有充足資料提供，可致電：0086-571-8133-2951或0086-1357-576-9127查詢。

結(jié)論

    在現(xiàn)代化的壓鑄工廠中，因應(yīng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，節(jié)省人力、提升品質(zhì)、降低直流高壓發(fā)生器成本的經(jīng)營(yíng)策略是刻不容緩的，模溫機(jī)的使用，可使模具預(yù)熱時(shí)間減少，成品表面質(zhì)量提升及可完全自動(dòng)化生產(chǎn)。事實(shí)上，提高模具壽命是提高生產(chǎn)力的必要手段。

導(dǎo)熱油之選擇和使用須知

    市面上有頗多可供選擇的導(dǎo)熱油，于選購(gòu)時(shí)必需參考模溫機(jī)的*高溫度限制及使用溫度，沸點(diǎn)要高于*高溫度限制，并留意供應(yīng)商建議的熱油壽命數(shù)據(jù)。老化的油會(huì)造成沉淀，性能降低，其表現(xiàn)于沸點(diǎn)降低及較易燃燒。一般來(lái)說(shuō)350。模溫機(jī)運(yùn)用370。至380。沸點(diǎn)，350。至360。*高的操作溫度之導(dǎo)熱油；320。模溫機(jī)選用350。沸點(diǎn)，320。*高操作溫度的導(dǎo)熱油。另外，要留意*低啟動(dòng)油溫及*低運(yùn)行油溫的數(shù)據(jù)，以配合當(dāng)?shù)靥鞖猸h(huán)境。導(dǎo)熱油的質(zhì)量的特征應(yīng)包括氧化穩(wěn)定性、防沈、防泡沬等使用壽命數(shù)據(jù)。