模具恒温机(简称：模温机)在压铸工艺上的运用介绍
合金熔液被压入模腔后，由于热量的散失而凝固成形。假如热量的传递率过快，铸件中可能产生冷纹的缺点。相反地，热传率过慢，则会增加铸件之成形周期，减低了生产率。模具表面温度的控制对生产高质量的压铸件来说，是非常重要的。模具的温度会影响金属熔液在模腔表面上的流动，尤其是流动路线较长的薄壁件。
要令金属熔液在凝固前填满模腔，除了选用缩短填充时间的设计外，还可以增加浇口速度(但很容易产生紊流)，用作提高模具温度。此外，面积较大及表面要求极高的铸件，亦需要较高及稳定的模具表面温度，才可以减少冷纹及表面缺陷。不平均或不适当的模具温度亦会导致铸件尺寸不稳定，在生产过程中顶出铸件变形，产生热压力、黏模、表面凹陷、内缩孔及热泡等缺陷。直流高压发生器模温差异较大时，对生产周期中的变数，如填充时间、冷却时间及喷涂时间等产生不同程度的影响。另外，模具的寿命亦会因受到过冷过热的冲击而导至昂贵钢
材产生热裂等问题。
适当的表面温度 适当的模具表面温度分布必需因应产品的形状，如厚度、横切面厚薄变化等表面要求，及生产周期而决定。一般的适当温度为：
合金 | 模具表面温度 |
铝合金 | 180-280oC |
镁合金 | 180-320oC |
锌合金 | 100-200oC |
要达至所要求的模具温度，压铸厂技师经常使用石油**，其次为辐射加热器，或插入式电热管，但效果并不理想，模温未能达到均匀。然而辐射加热器的使用较为灵活，对模具的伤害较少，但效率较低；插入式电热管只适用于长期加热的位置，应用范围较为局限。
另外，利用低速压射法- 即降低初级压射速度，直接以金属熔液加热模具亦是极为常见的方法，不过此方法对模具的寿命有**影响，不适用于昂贵的精密模具。由于射出时处于瞬间阶段，熔液之温度将侵入模腔表面，其侵入之深度约为铸件厚度之二倍。在高热剧烈侵入的期间，模腔表面的高温状态，将使模腔表面发生高应力，相对微裂现象产生的机会会倍增。
*理想的加热方法应为热油加热。热油不间断地通过模具内管道，从内部进行模具加热，使模具达到适合生产的状态。由于导热油不但能加热，亦可像水般进行冷却，功能像热交换器般，可保持模具温度在一定范围内，即使生产中断时亦可适当地保持模具温度。
模温机介绍
模温机利用高热传性的导热媒体，以便在很短的时间内将模具内多余的热送走。模温机在设定好热平衡温度后，能自动控制其温度在极小误差之内，且能维持定值。现以我司生产KSD系列模温机为基础，作详细介绍，图1 为其工作原理。
图1：模温机的工作原理
1 加压对流加热器(Pressurized convection heater)
2 加压对流冷却器(Pressurized convection cooler)
3 具备储存器的输送泵(Feed pump with reservoir)
4 扩展容缸和液体储存器(Expansion tank and fluidreservoir)
5 热传导液的水位控制装置(Supervision of heattransfer fluid level)
6 控制冷却水的电磁阀(Solenoid valve for coolingwater)
7 旁路(Bypass)
8 温度传感器-热传导液(Temperature sensor-heattransfer fluid)
9 温度传感器-加热器(Temperaturesensor-heater)
以流体种类区别
KASSEL精机有多种类型，其中一类为热水模温机，*高使用温度分别为150°和180°。由于水在大气压力下，沸点为100°，当使用温度接近或高于100°时，便需密封加压，令压力为3.6bar 及6.2bar。客户选用时，要注意使用软水较为恰当，以免水管内部受水垢长期积聚而影响其流畅性。
由于导热油的沸点较高，因此使用温度远高于水，在正常大气压力下，可达到350。。KASSEL精机生产之热油模温机有200°、300°及350°可供选择，以配合不同的应用。由于导热油的沸点限制，以及流体泵轴承的寿命，在某些特
殊产品要求高于350°使用温度时，必需使用特殊制造的模温机。
KASSEL精机的热交换设计独特，(见图2) 加热及冷却单元是以组件管筒形式换入，并以特别之陶瓷纤维作革热保护，优点是安装灵活。导热油在管筒缧纹上以每秒3 米的速度流动，加热器在管筒中心，因此加热效果均匀，不会像其他热浸式或侧热式的设计造成温度局部位置过热。由于中心加热的导热效果比侧热式设计较好，失热较少，因而升温速度较快。
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图2 KASSEL精机的加热及冷却单元是以组件管筒形式换入，安装灵便 | 图4 KASSEL精机热油机所选用的侧通道转轮泵 |
冷却设计方面，采用大口径通过冷却水，达到更均匀的效果。客户阅读冷却功率数据时，要特别留意温差条件。KASSEL精机所注明的冷却功率是在温差(热油和冷却水)150K 情况下。如温差越大，相等之冷却功率越大：举例，60kW/150K≒85kW/190K。
KASSEL精机选用侧通道转轮泵。其内为陶瓷轴连SiC 滑动式轴承，工作寿命特长。马达与泵以磁性连接，无漏油情况。其他类型的泵由于滑动环密封圈受力导致磨损，需要经常更换。而磁性连接只有静态密封圈，无经常更换的弊病，泵的有效使用率因而较高。磁性连接的密封性会较好，不会渗漏导热油，工作时较清洁及**。磁性连接部件的工作温度达300。，*高油温设置超过350。，对高温热油尤为适合。目前镁合金压铸为热门投资，高温热油对镁合金压铸至为重要，在选购时，更须小心选择。
在控制层面上，KASSEL精机使用*新微电脑控制板，油温控制于±1°C内。
另外，亦设有工作时间显示；时间制自动控制开关；热油自动升温及冷却程序有双重过热保护；油量过高或过低显示；机器使用状态显示功能等。
机器的结构坚固、通风，并易于维修，严格按照欧洲**标准设计。可供选择的附件包括自动吸出回油、冷却水吹出装置、RS485 连接压铸机介面、外置感温线、流量计、马达过滤保护、PID 式**控制、DN13 快速接头（*高温度250°C）等。
简单直接选购法（表一）
机器锁模力 | 压铸合金 | 加热功率 | 冷却功率 | KASSEL |
T | Zn kg/h Al kg/h | KW | KW | 型号选择 |
100-300 | 720 280 | 18 | 2 x 40 | KSDM-18 |
400-650 | -- 650 | 36 | 2 x 40 | KSDM-36 |
800 | -- 800 | 48 | 2 x 60 | KSDM-48 |
1000-1200 | -- 1000 | 36 x2 | 4 x 40 | KSDM-36 x 2 |
1600-1800 | -- 1600 | 48 x2 | 4 x 60 | KSDM-48x2 |
表一为简单的选购办法，只作为指引，以下详细介绍实际计算方法。
1. 按下式计算压铸模具加热需要的功率：
L1 = (Q1*X1) / (t*3600) watt
= (M*c*DnV1*X1) / (t*3600) watt
L1 = 压铸模半边必须的加热功率，包括镶块或模具的其他零件w(watt)
Q1 = 升高待加热材料的温度所必需的热量J(Joule)
M = 待加热部份重量= 待加热体质量(kg)
c = 比热模具钢，约500J /kgK(kg)
DnV1 = 开始加热和终止加热(工作温度) 间的温差。
t = 加热时间(hr)
X1 = **系数，热幅射，热传递到模框、压铸机上的热损耗
(随着模具尺寸增大而升高)1.2-2
| 例如：模具 重量 600Kg
加热时间表 2小时
加热到220oC(VF)（室内温度VA为20oC）
DnV1=VF-VA=220-20=200oC
L1=(600 X 500 X 200X1.5)/2 X 3600=12.5KW |
2.在生产中，温度控制器冷却的功率可按下式计算：
例如：铸件重量 2.5Kg
铸件数 60/h
材料 铝(fq=798)
X2 1.1
A2=(2.5x60x798x1.1)/3600=36.6KW
假定模具的两边面积相等，则两个装置的功率为36.6/2=18.3KW |
A2 = (M*fq*X2)/3600 kW (1kW = 860kcal)
A2 = 由金属熔液带来的热，即必须通过冷却导出的热kW
M = G*S = 重量(1 小时的重量)kg/h
G = 铸件重量(超过1.5kg 的铸件，不包括浅道一般用水冷却)kg
S = 每小时铸件数n
fq = 热系数(见表2)
X2 = 修正系数，模具大时为1；模具小时为1.5
3. 泵所需流量取决于通道的横截面积(尽量使选定的通道?适合于所有模具) 这里使用经实际验证的热载体流速2~3m/s 为基础，以下数据可为标准值：
通道直径mm 泵VL/mm
80 - 11 10 - 14 以齿轮泵为主
12 - 14 - 19 以齿轮泵为主
14 - 16 - 25 侧通道特制离心泵
16 - 18 - 32 侧通道特制离心泵
除「流速」外，还必须检验选定的泵输送量是否能运送所需的能量。这可按下式进行：
V = 60 *(L/c*DnV*p）
V = 输送量L/min
L = 工作过程的规定功率(L1 或者L2 中取较大值)
W (Watt)
DnV3 = 模具工作温度和载热体原始温度间的*大允许温差(约40-100)oC(k)
p = 载热体的密度(见表2)kg/dm3
c = 比热(见表2)J/kgK
例如：根据例3，18.3KW 即18300W
若DnV3取40oC（例如：模具表面温度为240oC，油温为200oC，则V=60*（18300/（2500*40*0.75））= 14.4L/min
4. 必须进一步验算通道表面积
确定模具内部必需的加热通道的结构和尺寸是模具设计师的任务。通常载热体把热能传给模具或者将热量从模具带走，两者情况都一样，都决定于热传导系数a，以W/cm2K 表示。
热传导系数a 主要受下列因素影响：
载热体的流速
模具与载热体间的温差
系统均匀工作温度(初始温度)
*重要的是把接触面(通道表面) 设计成能有效传递所需的能量。如通道直径太细或长度不足，会
出现无法升温的情况，由于水冷通道一般较热油通道直径小，如不改设计，很多时导致接触面不足。
必需的通道表面积计算公式如下：
A = L/(a*DnV3)cm2
A = 必要的热交换表面积cm2
L = L1 或者L2 工作必需的加热或冷却功率(取*大值)Watt
a = 热传导系数W/cm2 K(a= 0.222 / DnV3 = 40,
a = 0.21 / DnV3 = 60)
DnV3 = 载热体的初始温度和模具工作温度的温差oC(k)
为避免温度波动，温差应尽可能小，力求达到40oC。如果用铝，即使100oC 也能取得良好效果(例如模具工作温度250oC，初始温度150oC)，要避免DnV3 超过100oC，初始温度低于150oC，否则，载热油的效率将变得极不理想。
例如：按照3， 假定DnV3=40oC w=3m/s A1=18300/0.222*40=2061cm2 或：DnV3=60oC，w=3m/s A2=18300/0.21*60=1452cm2 w=3m/s=183000cm/min V=14.4L/min=14400cm3/min Aq横切面积=V/w=0.8cm2(3.1416*r2)->d=10mm 通道直径*小10mm 通道长度：A1/3.1416*d=2061cm2/3.14cm=656cm |
材料和系数表（表二）
材料 | CH | 比热 | 熔点 | 熔化热 | 比重 | 冷却系数*1 |
CJ/KgK | oC | Hq(J/Kg)*103 | pKg/cm3 | fq(J/Kg)*103 |
铝 | Al | 920 | 659 | 356 | 2.7 | 798 |
铅 | Pb | 130 | 327 | 24 | 11.34 | 46 |
铜 | Cu | 390 | 1083 | 210 | 8.9 | 515 |
黄铜MS72 | - | 390 | 920 | 96 | 8.56 | 440 |
镁 | Mg | 1010 | 650 | 208 | 1.74 | 664 |
锡 | Sn | 230 | 232 | 112 | 7.28 | 172 |
锌 | Zn | 376 | 419 | 191 | 7.14 | 289 |
钢0.6C | - | 460 | - | - | 7.84 | - |
钢8Cr19Ni | - | 500 | - | - | 7.8 | - |
钢18Cr9Ni | - | 500 | - | - | 7.8 | - |
载热油200oC | - | 2540*2 | - | - | 0.75 | - |
水 | | 4182 | - | 33488 | 1 | - |
实际运用
所有举例的数值都经实践和试验的验证，它们可能受各种因素的影响，这些计算只能提供一些参考，并不担保适用于所有条件。有关具体型号设备的进一步说明，卡塞尔公司备有充足资料提供，可致电：0086-571-8133-2951或0086-1357-576-9127查询。
结论
在现代化的压铸工厂中，因应市场的竞争，节省人力、提升品质、降低直流高压发生器成本的经营策略是刻不容缓的，模温机的使用，可使模具预热时间减少，成品表面质量提升及可完全自动化生产。事实上，提高模具寿命是提高生产力的必要手段。
导热油之选择和使用须知
市面上有颇多可供选择的导热油，于选购时必需参考模温机的*高温度限制及使用温度，沸点要高于*高温度限制，并留意供应商建议的热油寿命数据。老化的油会造成沉淀，性能降低，其表现于沸点降低及较易燃烧。一般来说350。模温机运用370。至380。沸点，350。至360。*高的操作温度之导热油；320。模温机选用350。沸点，320。*高操作温度的导热油。另外，要留意*低启动油温及*低运行油温的数据，以配合当地天气环境。导热油的质量的特征应包括氧化稳定性、防沈、防泡沬等使用寿命数据。