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      模温机在压铸工艺上应用

    合金熔液被压入模腔后，因为热量散失而凝固成形。假如热量传输率过快，铸件中可能产生冷纹缺点。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。模具表面温度控制对生产高质量压铸件来说，是很关键。模具温度会影响金属熔液在模腔表面上流动，尤其是流动路线较长薄壁件。
    要令金属熔液在凝固前填满模腔，除了选择缩短填充时间设计外，还能够增加浇口速度 (但很轻易产生紊流)，用作提升模具温度。另外，面积较大及表面要求极高铸件，亦需要较高及稳定模具表面温度，才能够降低冷纹及表面缺点。
    不平均或不合适模具温度亦会造成铸件尺寸不稳定，在生产过程中顶出铸件变形，产生热压力、黏模、表面凹陷、内缩孔及热泡等缺点。模温差异较大时，对生产周期中变数，如填充时间、冷却时间及喷涂时间等产生不一样程度影响。另外，模具寿命亦会因受到过冷过热冲击而导至昂贵钢材产生热裂等问题。
合适表面温度
 合适模具表面温度分布必需因应产品形状，如厚度、横切面厚薄改变等表面要求，及生产周期而决定。通常合适温度为：

          Robamat模温机

合金
模具表面温度
铝合金
180-300oC
镁合金
180-280oC
锌合金
100-200oC
    要达至所要求模具温度，压铸厂技师常常使用石油气枪，其次为辐射加热器，或插入式电热管，但效果并不理想，模温未能达成均匀。然而辐射加热器使用较为灵活，对模具伤害较少，但效率较低；插入式电热管只适适用于长久加热位置，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方法，不过此方法对模具寿命有不良影响，不适适用于昂贵精密模具。因为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。在高热猛烈侵入期间，模腔表面高温状态，将使模腔表面发生高应力，相对微裂现象产生机会会倍增。

    最理想加热方法应为热油加热。热油不间断地经过模具内管道，从内部进行模具加热，使模具达成适合生产状态。因为导热油不仅能加热，亦可像水般进行冷却，功效像热交换器般，可保持模具温度在一定范围内，即使生产中止时亦可合适地保持模具温度。
模温机介绍

模温机利用高热传性导热媒体，方便在很短时间内将模具内多出热送走。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。现以奥地利生产之 Robamat 模温机为基础，作具体介绍，图 1 为其工作原理。

以流体种类区分

Robamat 有多个类型，其中一类为热水模温机，最高使用温度分别为 140。 和 160。。因为水在大气压力下，沸点为 100。，当使用温度靠近或高于 100。 时，便需密封加压，令压力为 3.6 bar 及 6.2 bar。用户选择时，要注意使用软水较为合适，以免水管内部受水垢长久积聚而影响其流畅性。
    因为导热油沸点较高，所以使用温度远高于水，在正常大气压力下，可达成 350。。Robamat 生产之热油模温机有 250。、320。 及 350。 可供选择，以配合不一样应用。因为导热油沸点限制，和流体泵轴承寿命，在一些特

殊产品要求高于 350。 使用温度时，必需使用特殊制造之模温机。

Robamat 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，并以尤其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 米速度流动，加热器在管筒中心，所以加热效果均匀，不会像其它热浸式或侧热式设计造成温度局部位置过热。因为中心加热导热效果比侧热式设计很好，失热较少，所以升温速度较快。

    冷却设计方面，采取大口径经过冷却水，达成更均匀效果。用户阅读冷却功率数据时，要尤其留心温差条件。Robamat 所注明冷却功率是在温差 (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。

图2 Robamat加热及冷却单元是以组
   件管筒形式换入，安装灵便
图4 Robamat热油机所选择侧通道
    转轮泵

图1：ROBABAT模温机工作原理
1 加压对流加热器(Pressurized convection heater)
2 加压对流冷却器(Pressurized convection cooler)
3 含有储存器输送泵(Feed pump with reservoir)
4 扩展容缸和液体储存器(Expansion tank and fluid
  reservoir)
5 热传导液水位控制装置(Supervision of heat
  transfer fluid level)
6 控制冷却水电磁阀(Solenoid valve for cooling
  water)
7 旁路(Bypass)
8 温度传感器-热传导液(Temperature sensor-heat
  transfer fluid)
9 温度传感器-加热器(Temperature sensor-heater)

    Robamat 热油机选择侧通道转轮泵。(见图 3 ) 其内为陶瓷轴连 SiC 滑动式轴承，工作寿命专长。马达和泵以磁性连接，无漏油情况。其它类型泵因为滑动环密封圈受力造成磨损，需要常常更换。而磁性连接只有静态密封圈，无常常更换弊病，泵有效使用率所以较高。磁性连接密封性会很好，不会渗漏导热油，工作时较清洁及安全。磁性连接部件工作温度达 300。，最高油温设置超出 350。，对高温热油尤为适合。现在镁合金压铸为热门投资，高温热油对镁合金压铸至为关键，在选购时，更须小心选择。 
   在控制层面上，Robamat 使用最新微电脑控制板，油温控制于 ±5oC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效等。

    机器结构坚固、通风，并易于维修，严格根据欧洲安全标准设计。可供选择附件包含自动吸出回油、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 式正确控制、DN13 快速接头 (最高温度 250oC) 等。 

简单直接选购法（表一）

机器锁模力
T
压铸合金
Zn kg/h  Al kg/h
加热功率
KW
冷却功率
KW
Robamat
型号选择
60-100
390      160
2 x 5或10
2 x 20
3201.10.40
100-300
720      280
Min 2 x 10
2 x 40
3212.10.40
300-750
--       650
2-3 x 10
2 x 40
4212.20.40
750-1000
--      1000
2-4 x 20
2 x 60
4214.20.60
表一为简单选购措施，只作为指导，以下具体介绍实际计算方法。
1. 按下式计算压铸模具加热需要功率：
L1 = (Q1*X1) / (t*3600) watt
   = (M*c*DnV1*X1) / (t*3600) watt
L1 = 压铸模半边必需加热功率，包含镶块或模具其它零件 w (watt)
Q1 = 升高待加热材料温度所必需热量 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) 间温差 。
t = 加热时间 (hr)
X1 = 安全系数，热幅射，热传输到模框、压铸机上热损耗
(伴随模具尺寸增大而升高) 1.2-2

比如：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 200 X 1.5)/2 X 3600=12.5KW

2.在生产中，温度控制器冷却功率可按下式计算：

A2 = (M*fq*X2)/3600 kW (1kW = 860kcal)
A2 = 由金属熔液带来热，即必需经过冷却导出热 kW
M = G*S = 重量 (1 小时重量) kg/h
G = 铸件重量 (超出 1.5kg 铸件，不包含浅道通常见水冷却) 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

比如：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
  假定模具两边面积相等，则两个装置功率为36.6/2=18.3KW 　
3. 泵所需流量取决于通道横截面积 (尽可能使选定通道 ?适合于全部模具) 这里使用经实际验证热载体流速 2~ 3 m/s 为基础，以下数据可为标准值：

通道直径mm         泵 V L/ 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，还必需检验选定泵输送量是否能运输所需能量。这可按下式进行：
V = 60 *(L/c*DnV*p）
V = 输送量 L/min
L = 工作过程要求功率 (L1 或 L2 中取较大值) 
W (Watt)
DnV3 = 模具工作温度和载热体原始温度间最大许可温差 (约 40-100)oC(k)
p = 载热体密度 (见表 2) kg/dm3
c = 比热 (见表 2) J/kgK
比如：依据例3，18.3KW 即 18300W
      若DnV3取40oC（比如：模具表面温度为240oC，油温为200oC，则
      V=60*（18300/（2500*40*0.75））= 14.4L/min
4. 必需深入验算通道表面积

    确定模具内部必需加热通道结构和尺寸是模具设计师任务。通常载热体把热能传给模具或将热量从模具带走，二者情况全部一样，全部决定于热传导系数 a，以 W/cm2 K 表示。

热传导系数 a 关键受下列原因影响：
§ 载热体流速
§  模具和载热体间温差
§  系统均匀工作温度 (初始温度)

最关键是把接触面 (通道表面) 设计成能有效传输所需能量。如通道直径太细或长度不足，会
出现无法升温情况，因为水冷通道通常较热油通道直径小，如不改设计，很多时造成接触面不足。

必需通道表面积计算公式以下：

A = L/(a*DnV3)cm2
A = 必需热交换表面积 cm2
L = L1 或 L2 工作必需加热或冷却功率 (取最大值) Watt
a = 热传导系数 W/cm2 K (a = 0.222 / DnV3 = 40, 
a = 0.21 / DnV3 = 60) 
DnV3 = 载热体初始温度和模具工作温度温差oC(k)

    为避免温度波动，温差应尽可能小，努力争取达成40oC。假如用铝，即使 100oC 也能取得良好效果 (比如模具工作温度 250oC，初始温度 150oC)，要避免 DnV3 超出 100oC，初始温度低于 150oC，不然，载热油效率将变得极不理想。
比如：根据 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
      通道直径最小 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
CJ/KgK
熔点
oC
熔化热
Hq(J/Kg)*103
比重
pKg/cm3
冷却系数*1
fq(J/Kg)*103
铝
Al
920
659
356
2.70
798
铅
Pb
130
327
24
11.34
46
铜
Cu
390
1083
210
8.90
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
-
§
实际利用

       全部举例数值全部经实践和试验验证，它们可能受多种原因影响，这些计算只能提供部分参考，并不担保适适用于全部条件。相关具体型号设备深入说明，富来备有充足资料提供，可致电：(852) 2721 0690 查询。

结论

    在现代化压铸工厂中，因应市场竞争，节省人力、提升品质、降低成本经营策略是刻不容缓，模温机使用，可使模具预热时间降低，成品表面质量提升及可完全自动化生产。实际上，提升模具寿命是提升生产力必需手段。
导热油之选择和使用须知

    市面上有颇多可供选择导热油，于选购时必需参考模温机最高温度限制及使用温度，沸点要高于最高温度限制，并留心供给商提议热油寿命数据。老化油会造成沉淀，性能降低，其表现于沸点降低及较易燃烧。通常来说 350。 模温机利用 370。 至 380。 沸点，350。 至 360。 最高操作温度之导热油；320。 模温机选择 350。 沸点，320。 最高操作温度导热油。另外，要留心最低开启油温及最低运行油温数据，以配合当地天气环境。导热油质量特征应包含氧化稳定性、防沈、防泡沬等使用寿命数据。