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淺析模具溫度控制機/在壓鑄工藝的應用
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，鑄件中可能產生冷紋的缺點。相反地，熱傳率過慢，則會增加鑄件之成形周期，減低了生產率。模具表面溫度的控制對生產高質量的壓鑄件來說，是非常重要的。模具的溫度會影響金屬熔液在模腔表面上的流動，尤其是流動路線較長的薄壁件。
要令金屬熔液在凝固前填滿模腔，除了選用縮短填充時間的設計外，還可以增加澆口速度（但很容易產生紊流），用作提高模具溫度。此外，面積較大及表面要求*的鑄件，亦需要較高及穩定的模具表面溫度，才可以減少冷紋及表面缺陷。
不平均或不適當的模具溫度亦會導致鑄件尺寸不穩定，在生產過程中頂出鑄件變形，產生熱壓力、粘模、表面凹陷、內縮孔及熱泡等缺陷。模溫差異較大時，對生產周期中的變量，如填充時間、冷卻時間及噴涂時間等產生不同程度的影響。另外，模具的壽命亦會因受到過冷過熱的沖擊而導至昂貴鋼材產生熱裂等問題。
適當的表面溫度
適當的模具表面溫度分布必需因應產品的形狀，如厚度、橫切面厚薄變化等表面要求，及生產周期而決定。一般的適當溫度為：
Robamat模溫機
合金模具表面溫度
鋁合金180-300oC
鎂合金180-280oC
鋅合金100-200oC
要達至所要求的模具溫度，壓鑄廠技師經常使用石油氣槍，其次為輻射加熱器，或插入式電熱管，但效果并不理想，模溫未能達到均勻。然而輻射加熱器的使用較為靈活，對模具的傷害較少，但效率較低；插入式電熱管只適用于長期加熱的位置，應用范圍較為局限。
另外，利用低速壓射法-即降低初級壓射速度，直接以金屬熔液加熱模具亦是極為常見的方法，不過此方法對模具的壽命有不良影響，不適用于昂貴的精密模具。由于射出時處于瞬間階段，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，將使模腔表面發生高應力，相對微裂現象產生的機會會倍增。
的加熱方法應為熱油加熱。熱油不間斷地通過模具內管道，從內部進行模具加熱，使模具達到適合生產的狀態。由于導熱油不但能加熱，亦可像水般進行冷卻，功能像熱交換器般，可保持模具溫度在一定范圍內，即使生產中斷時亦可適當地保持模具溫度。
模具溫度控制機/介紹
模具溫度控制機/利用高熱傳性的導熱媒體，以便在很短的時間內將模具內多余的熱送走。模具溫度控制機/在設定好熱平衡溫度后，能自動控制其溫度在極小誤差之內，且能維持定值。現以奧地利生產之Robamat模溫機為基礎，作詳細介紹，圖1為其工作原理。
以流體種類區別
Robamat有多種類型，其中一類為熱水模具溫度控制機/，zui高使用溫度分別為140。和160。。由于水在大氣壓力下，沸點為100。，當使用溫度接近或高于100。時，便需密封加壓，令壓力為3.6bar及6.2bar。客戶選用時，要注意使用軟水較為恰當，以免水管內部受水垢長期積聚而影響其流暢性。
由于導熱油的沸點較高，因此使用溫度遠高于水，在正常大氣壓力下，可達到350。。Robamat生產之熱油模溫機有250。、320。及350。可供選擇，以配合不同的應用。由于導熱油的沸點限制，以及流體泵軸承的壽命，在某些特殊產品要求高于
350。使用溫度時，必需使用特殊制造之模具溫度控制機。
Robamat的熱交換設計*，（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，優點是安裝靈活。導熱油在管筒縲紋上以每秒3米的速度流動，加熱器在管筒中心，因此加熱效果均勻，不會像其它熱浸式或側熱式的設計造成溫度局部位置過熱。由于中心加熱的導熱效果比側熱式設計較好，失熱較少，因而升溫速度較快。
冷卻設計方面，采用大口徑通過冷卻水，達到更均勻的效果。客戶閱讀冷卻功率數據時，要特別留意溫差條件。Robamat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。
ROBABAT模溫機的工作原理
1加壓對流加熱器（Pressurizedconvectionheater）
2加壓對流冷卻器（Pressurizedconvectioncooler）
3具備儲存器的輸送泵（Feedpumpwithreservoir）
4擴展容缸和液體儲存器（Expansiontankfluid
reservoir）
5熱傳導液的水位控制裝置（Supervisionofheat
transferfluidlevel）
6控制冷卻水的電磁閥（Solenoidvalveforcooling
water）
7旁路（Bypass）
8溫度傳感器-熱傳導液（Temperaturesensor-heat
transferfluid）
9溫度傳感器-加熱器（Temperaturesensor-heater）
Robamat熱油機選用側信道轉輪泵。（見圖3）其內為陶瓷軸連SiC滑動式軸承，工作壽命特長。馬達與泵以磁性連接，無漏油情況。其它類型的泵由于滑動環密封圈受力導致磨損，需要經常更換。而磁性連接只有靜態密封圈，無經常更換的弊病，泵的有效使用率因而較高。磁性連接的密封性會較好，不會滲漏導熱油，工作時較清潔及安全。磁性連接部件的工作溫度達300。，zui高油溫設置超過350。，對高溫熱油尤為適合。目前鎂合金壓鑄為熱門投資，高溫熱油對鎂合金壓鑄至為重要，在選購時，更須小心選擇。
在控制層面上，Robamat使用微電腦控制板，油溫控制于±5oC內。圖2Robamat的加熱及冷卻單元是以組件管筒形式換入，安裝靈便
另外，亦設有工作時間顯示；時間制自動控制開關；熱油自動升溫及冷卻程序有雙重過熱保護；油量過高或過低顯示；機器使用狀態顯示功能等。
機器的結構堅固、通風，并易于維修，嚴格按照歐洲安全標準設計。可供選擇的附件包括自動吸出回油、冷卻水吹出裝置、RS485連接壓鑄機接口、外置感溫線、流量計、馬達過濾保護、PID式控制、DN13快速接頭（zui高溫度250oC）等。
簡單直接選購法，Robamat熱油機所選用的側信道
轉輪泵
機器鎖模力
T壓鑄合金
Znkg/hAlkg/h加熱功率
KW冷卻功率
KWRobamat
型號選擇
60-1003901602x5或102x203201.10.40
100-300720280Min2x102x403212.10.40
300-750--6502-3x102x404212.20.40
750-1000--10002-4x202x604214.20.60
表一為簡單的選購辦法，只作為指引，以下詳細介紹實際計算方法。
1.按下式計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它零件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=待加熱體質量（kg）例如：模具重量600Kg
加熱時間表2小時
加熱到220oC（VF）（室內溫度VA為20oC）
DnV1=VF-VA=220-20=200oC
L1=（600X500X200X1.5）/2X3600=12.5KW
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=加熱時間（hr）
X1=安全系數，熱幅射，熱傳遞到模框、壓鑄機上的熱損耗
（隨著模具尺寸增大而升高）1.2-2
2.在生產中，溫度控制器冷卻的功率可按下式計算：
A2=（M＊fq＊X2）/3600kW（1kW=860kcal）
A2=由金屬熔液帶來的熱，即必須通過冷卻導出的熱kW
M=G＊S=重量（1小時的重量）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=每小時鑄件數n
fq=熱系數（見表2）
X2=修正系數，模具大時為1；模具小時為1.5例如：鑄件重量2.5Kg
鑄件數60/h
材料鋁（fq=798）
X21.1
A2=（2.5x60x798x1.1）/3600=36.6KW
假定模具的兩邊面積相等，則兩個裝置的功率為36.6/2=18.3KW
3.泵所需流量取決于信道的橫截面積（盡量使選定的信道?適合于所有模具）這里使用經實際驗證的熱載體流速2~3m/s為基礎，以下數據可為標準值：
信道直徑mm泵VL/mm
80-1110-14以齒輪泵為主
12-14-19以齒輪泵為主
14-16-25側信道特制離心泵
16-18-32側信道特制離心泵
除「流速」外，還必須檢驗選定的泵輸送量是否能運送所需的能量。這可按下式進行：
V=60＊（L/c＊DnV＊p）
V=輸送量L/min
L=工作過程的規定功率（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zui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：根據例3，18.3KW即18300W
若DnV3取40oC（例如：模具表面溫度為240oC，油溫為200oC，則
V=60＊（18300/（2500＊40＊0.75））=14.4L/min
4.必須進一步驗算信道表面積
確定模具內部必需的加熱信道的結構和尺寸是模具設計師的任務。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，都決定于熱傳導系數a，以W/cm2K表示。
熱傳導系數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
系統均勻工作溫度（初始溫度）
zui重要的是把接觸面（信道表面）設計成能有效傳遞所需的能量。如信道直徑太細或長度不足，會出現無法升溫的情況，由于水冷信道一般較熱油信道直徑小，如不改設計，很多時導致接觸面不足。
必需的信道表面積計算公式如下：
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zui大值）Watt
a=熱傳導系數W/cm2K（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，溫差應盡可能小，力求達到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。
例如：按照3，假定DnV3=40oCw=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橫切面積=V/w=0.8cm2
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，鑄件中可能產生冷紋的缺點。相反地，熱傳率過慢，則會增加鑄件之成形周期，減低了生產率。模具表面溫度的控制對生產高質量的壓鑄件來說，是非常重要的。模具的溫度會影響金屬熔液在模腔表面上的流動，尤其是流動路線較長的薄壁件。
要令金屬熔液在凝固前填滿模腔，除了選用縮短填充時間的設計外，還可以增加澆口速度（但很容易產生紊流），用作提高模具溫度。此外，面積較大及表面要求*的鑄件，亦需要較高及穩定的模具表面溫度，才可以減少冷紋及表面缺陷。
不平均或不適當的模具溫度亦會導致鑄件尺寸不穩定，在生產過程中頂出鑄件變形，產生熱壓力、粘模、表面凹陷、內縮孔及熱泡等缺陷。模溫差異較大時，對生產周期中的變量，如填充時間、冷卻時間及噴涂時間等產生不同程度的影響。另外，模具的壽命亦會因受到過冷過熱的沖擊而導至昂貴鋼材產生熱裂等問題。
適當的表面溫度
適當的模具表面溫度分布必需因應產品的形狀，如厚度、橫切面厚薄變化等表面要求，及生產周期而決定。一般的適當溫度為：
Robamat模溫機
合金模具表面溫度
鋁合金180-300oC
鎂合金180-280oC
鋅合金100-200oC
要達至所要求的模具溫度，壓鑄廠技師經常使用石油氣槍，其次為輻射加熱器，或插入式電熱管，但效果并不理想，模溫未能達到均勻。然而輻射加熱器的使用較為靈活，對模具的傷害較少，但效率較低；插入式電熱管只適用于長期加熱的位置，應用范圍較為局限。
另外，利用低速壓射法-即降低初級壓射速度，直接以金屬熔液加熱模具亦是極為常見的方法，不過此方法對模具的壽命有不良影響，不適用于昂貴的精密模具。由于射出時處于瞬間階段，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，將使模腔表面發生高應力，相對微裂現象產生的機會會倍增。
的加熱方法應為熱油加熱。熱油不間斷地通過模具內管道，從內部進行模具加熱，使模具達到適合生產的狀態。由于導熱油不但能加熱，亦可像水般進行冷卻，功能像熱交換器般，可保持模具溫度在一定范圍內，即使生產中斷時亦可適當地保持模具溫度。
模具溫度控制機/介紹
模具溫度控制機/利用高熱傳性的導熱媒體，以便在很短的時間內將模具內多余的熱送走。模具溫度控制機/在設定好熱平衡溫度后，能自動控制其溫度在極小誤差之內，且能維持定值。現以奧地利生產之Robamat模溫機為基礎，作詳細介紹，圖1為其工作原理。
以流體種類區別
Robamat有多種類型，其中一類為熱水模具溫度控制機/，zui高使用溫度分別為140。和160。。由于水在大氣壓力下，沸點為100。，當使用溫度接近或高于100。時，便需密封加壓，令壓力為3.6bar及6.2bar。客戶選用時，要注意使用軟水較為恰當，以免水管內部受水垢長期積聚而影響其流暢性。
由于導熱油的沸點較高，因此使用溫度遠高于水，在正常大氣壓力下，可達到350。。Robamat生產之熱油模溫機有250。、320。及350。可供選擇，以配合不同的應用。由于導熱油的沸點限制，以及流體泵軸承的壽命，在某些特殊產品要求高于
350。使用溫度時，必需使用特殊制造之模具溫度控制機。
Robamat的熱交換設計*，（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，優點是安裝靈活。導熱油在管筒縲紋上以每秒3米的速度流動，加熱器在管筒中心，因此加熱效果均勻，不會像其它熱浸式或側熱式的設計造成溫度局部位置過熱。由于中心加熱的導熱效果比側熱式設計較好，失熱較少，因而升溫速度較快。
冷卻設計方面，采用大口徑通過冷卻水，達到更均勻的效果。客戶閱讀冷卻功率數據時，要特別留意溫差條件。Robamat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。
ROBABAT模溫機的工作原理
1加壓對流加熱器（Pressurizedconvectionheater）
2加壓對流冷卻器（Pressurizedconvectioncooler）
3具備儲存器的輸送泵（Feedpumpwithreservoir）
4擴展容缸和液體儲存器（Expansiontankfluid
reservoir）
5熱傳導液的水位控制裝置（Supervisionofheat
transferfluidlevel）
6控制冷卻水的電磁閥（Solenoidvalveforcooling
water）
7旁路（Bypass）
8溫度傳感器-熱傳導液（Temperaturesensor-heat
transferfluid）
9溫度傳感器-加熱器（Temperaturesensor-heater）
Robamat熱油機選用側信道轉輪泵。（見圖3）其內為陶瓷軸連SiC滑動式軸承，工作壽命特長。馬達與泵以磁性連接，無漏油情況。其它類型的泵由于滑動環密封圈受力導致磨損，需要經常更換。而磁性連接只有靜態密封圈，無經常更換的弊病，泵的有效使用率因而較高。磁性連接的密封性會較好，不會滲漏導熱油，工作時較清潔及安全。磁性連接部件的工作溫度達300。，zui高油溫設置超過350。，對高溫熱油尤為適合。目前鎂合金壓鑄為熱門投資，高溫熱油對鎂合金壓鑄至為重要，在選購時，更須小心選擇。
在控制層面上，Robamat使用微電腦控制板，油溫控制于±5oC內。圖2Robamat的加熱及冷卻單元是以組件管筒形式換入，安裝靈便
另外，亦設有工作時間顯示；時間制自動控制開關；熱油自動升溫及冷卻程序有雙重過熱保護；油量過高或過低顯示；機器使用狀態顯示功能等。
機器的結構堅固、通風，并易于維修，嚴格按照歐洲安全標準設計。可供選擇的附件包括自動吸出回油、冷卻水吹出裝置、RS485連接壓鑄機接口、外置感溫線、流量計、馬達過濾保護、PID式控制、DN13快速接頭（zui高溫度250oC）等。
簡單直接選購法，Robamat熱油機所選用的側信道
轉輪泵
機器鎖模力
T壓鑄合金
Znkg/hAlkg/h加熱功率
KW冷卻功率
KWRobamat
型號選擇
60-1003901602x5或102x203201.10.40
100-300720280Min2x102x403212.10.40
300-750--6502-3x102x404212.20.40
750-1000--10002-4x202x604214.20.60
表一為簡單的選購辦法，只作為指引，以下詳細介紹實際計算方法。
1.按下式計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它零件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=待加熱體質量（kg）例如：模具重量600Kg
加熱時間表2小時
加熱到220oC（VF）（室內溫度VA為20oC）
DnV1=VF-VA=220-20=200oC
L1=（600X500X200X1.5）/2X3600=12.5KW
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=加熱時間（hr）
X1=安全系數，熱幅射，熱傳遞到模框、壓鑄機上的熱損耗
（隨著模具尺寸增大而升高）1.2-2
2.在生產中，溫度控制器冷卻的功率可按下式計算：
A2=（M＊fq＊X2）/3600kW（1kW=860kcal）
A2=由金屬熔液帶來的熱，即必須通過冷卻導出的熱kW
M=G＊S=重量（1小時的重量）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=每小時鑄件數n
fq=熱系數（見表2）
X2=修正系數，模具大時為1；模具小時為1.5例如：鑄件重量2.5Kg
鑄件數60/h
材料鋁（fq=798）
X21.1
A2=（2.5x60x798x1.1）/3600=36.6KW
假定模具的兩邊面積相等，則兩個裝置的功率為36.6/2=18.3KW
3.泵所需流量取決于信道的橫截面積（盡量使選定的信道?適合于所有模具）這里使用經實際驗證的熱載體流速2~3m/s為基礎，以下數據可為標準值：
信道直徑mm泵VL/mm
80-1110-14以齒輪泵為主
12-14-19以齒輪泵為主
14-16-25側信道特制離心泵
16-18-32側信道特制離心泵
除「流速」外，還必須檢驗選定的泵輸送量是否能運送所需的能量。這可按下式進行：
V=60＊（L/c＊DnV＊p）
V=輸送量L/min
L=工作過程的規定功率（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zui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：根據例3，18.3KW即18300W
若DnV3取40oC（例如：模具表面溫度為240oC，油溫為200oC，則
V=60＊（18300/（2500＊40＊0.75））=14.4L/min
4.必須進一步驗算信道表面積
確定模具內部必需的加熱信道的結構和尺寸是模具設計師的任務。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，都決定于熱傳導系數a，以W/cm2K表示。
熱傳導系數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
系統均勻工作溫度（初始溫度）
zui重要的是把接觸面（信道表面）設計成能有效傳遞所需的能量。如信道直徑太細或長度不足，會出現無法升溫的情況，由于水冷信道一般較熱油信道直徑小，如不改設計，很多時導致接觸面不足。
必需的信道表面積計算公式如下：
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zui大值）Watt
a=熱傳導系數W/cm2K（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，溫差應盡可能小，力求達到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。
例如：按照3，假定DnV3=40oCw=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橫切面積=V/w=0.8cm2
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