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本文的內容主要來自于MAGMA鑄件技術公司的相關研究，該公司應REGLOPLAS公司的要求對應用模溫機提高鑄件質量和生產效率進行了專題研究。
一、 模具的熱平衡
壓鑄模的熱交換可以認為是經過以下的過程：在每一個壓射循環中，熱量處于準平衡狀態，模具散發出來的和導熱油帶出的熱量與液態金屬傳給模具的和鑄件冷卻發出的熱量相平衡。熱量通過熱輻射和熱傳導的方式散發到周圍，通過熱傳導傳給模板。導熱油吸收的熱量通過模溫機散發。(見圖1)
數值為百分比。*估值
A 動能 B 溶化的金屬C 噴嘴加熱器D 噴射E 冷卻
F 溫度控制G 澆鑄 H 熱輻射 I 熱傳導
二、模溫控制的目的和對鑄件的影響
模具的溫度在金屬溶液的熱量散發，充型以及鑄件凝固過程中都是關鍵的因素。
很多情況下不正常的模具溫度會引起鑄造缺陷。模具溫度異常不僅給鑄件質量帶來不利影響，也影響模具壽命，脫模劑的使用效率和生產的連續性。
壓鑄實踐經驗表明在合金熔煉控制合格的情況下，鑄造缺陷主要由模溫不正常引起。
模溫控制的主要目標是：
- 將模具加熱到需要的工作溫度
- 將模具的溫度穩定在工作溫度
達到以上目標后，會產生如下效果：
- 縮短壓鑄周期
- 鑄件質量穩定
- 模具壽命延長
模具溫度會影響：
- 表面質量
- 縮孔、縮松
- 流動性
- 壓鑄周期
- 充型
模溫過高或過低產生的影響
以下情況基本上適用于所有的壓鑄合金，但影響的程度會因合金的種類而變化。
模溫過高：
- 取件困難(因為熱變形或粘模)
- 脫模劑失效
- 增加脫模劑的消耗
- 壓鑄周期延長
- 壓鑄模磨損(滑塊等活動部分失效)
- 鑄件尺寸精度降低
- 結疤
- 縮孔、縮松的增大
模溫過低：
- 取件困難(因為收縮)
- 粘模
- 脫模劑潤滑效率惡化
- 冷隔
- 模具磨損(熱沖擊增加)
- 冷豆(部分凝固)
- 尺寸精度降低
- 流痕
- 充型不足
以上列舉的某些缺陷需要進一步分析：
預熱壓射/模具磨損
利用起始幾次壓射預熱模具會造成很大的溫度梯度和熱應力。預先加熱模具既可減少內應力又可減少預熱壓射的次數。
充型不足/冷隔
這類缺陷大多數發生在模溫不足或下降時，例如在預熱壓射或生產重新開始時。
粘模
模溫過高，噴涂的脫模劑不能在型腔表面生成保護膜，液態金屬粘模的傾向增加，鑄件冷卻也不夠，動模中的鑄件冷卻收縮不足或在頂出時變形。
脫模劑使用
如果不用模溫機，為降低模溫通常也可以噴涂大量的脫模劑，但是過量的噴脫模劑會引起鑄件氣孔缺陷，又會縮短模具壽命，因為型腔表面溫度降低到了允許值以下，表面產生應力集中。
從內部控制模溫可以避免因冷卻而過量使用脫模劑。
三、 模溫控制的準備工作
一個模溫控制系統有以下三個部分
- 模具
- 溫度控制裝置
- 導熱流體
為保證模具的熱量能被帶出，每個部分必須滿足下列條件：
- 在模具上冷卻通道的總表面積越大越好，冷卻通道的直徑必須足夠大以滿足流體壓力的需要。
- 模溫機必須能夠將模溫保持在非常窄的區間內，模溫機必須有足夠的加熱和冷卻能力以及流體輸送能力，達到優化控制。
- 導熱流體必須具有優良的熱傳導能力，因為壓鑄模工作溫度較高，通常需用采用導熱油作為導熱流體。因為導熱油的熱傳導系數較低，模溫機熱交換系統的表面積要比用水做導熱流體時要大一些。
四、 模溫機
1. 油箱2. 加熱器3. 冷卻器 4. 泵5. 冷卻電磁閥6. 液位控制
7. 控制部分8. 注入口 9. 溫度傳感器10. 模具
圖4：300L(D) 原理圖
1 冷卻器2 加熱器3 泵4 膨脹罐 5 冷卻電磁閥
6 外部溫度傳感器7 ― 8 液位開關9 安全熱繼電器
10 旁路 11 水管過濾器12 過濾器 13― 14―15―
16 單向閥17 回吸電磁閥18 壓力計19 內部傳感器20 模具
用泵(4)將導熱流體從帶有加熱器(2)和冷卻器(3)的油箱(1)中抽出，通過模具，流回到油箱。有溫度探頭(9)測量導熱流體的溫度并傳送到控制系統(7)。
控制器調節導熱流體的溫度，在工作時，如果模溫超過控制器的設定值，控制器打開控制閥(5)，冷卻水流入直到導熱流體的溫度(即模具的溫度)回到設定值。如果模具溫度低于設定值，控制器會打開加熱器(2)。
4.2 設計特點和安全裝置
模溫機是與壓鑄工藝配套，又有工作溫度較高的導熱油，實際裝置要比圖3所示的基本工作原理復雜得多。
以REGLOPLAS 300DG型號(圖2)為例：工作原理，主要設計特點和安全裝置在圖4到圖8有詳細描述。
整個系統包括電氣部分(A)，控制部分(B)和泵(B)、泵(C)。
為安全起見，以上各部分是相互獨立的。
電氣部分包括以下主要單元：
- 溫度控制裝置，帶PID調節的三點控制器(加熱/保持/冷卻)。圖8所示的是帶微處理器的控制系統。
安全裝置
- 有過熱保護繼電器(9)在溫度達到最高限度時關閉加熱系統。
- 有過熱保護繼電器防止油泵過載。
泵送系統包括以下主要單元：
加熱器必須設計成能避免導熱油過熱，否則系統的可靠性和導熱油的壽命會大大降低，加熱油有著火或焦化的危險。
在加熱器中是強制流動(圖6)，根據需要的加熱能力，加熱器是一組堆疊在一起的加熱管(2)。加熱元件帶有金屬翅片引導流體流動。冷卻器(圖6，項目1)是由一組管道組成，管中是循環冷卻水，管外是導熱流體。
壓力泵(圖5，項目3)一般是機械密封或磁力驅動離心齒輪泵。磁力泵是最理想的選擇，它不需要機械密封無泄漏之虞，也無磨損。馬達到泵的動力由永磁鐵傳遞，外磁鐵與馬達軸相連，內磁鐵與泵軸相連。
安全裝置
- 膨脹罐(4)：罐中相對較冷和平穩的流體將循環熱油與大氣隔離，防止可燃的油蒸氣逃逸，減少氧化，可以大大延緩導熱油的老化。
- 液面計(8)在液面過低時關閉壓力泵和加熱器。
4.3.1 模具中的溫度變化(圖9)
模具中的溫度各點不同也隨壓射周期而變化。型腔在壓射后溫度最高，這時液態金屬接觸到冷的型腔面，在合型后準備下次壓射時的溫度最低。
鑄件質量控制的關鍵是將整個型腔溫度的周期性變化保持恒定。
這與模具設計和冷卻通道的設置、連接有很大的關系。模具溫度的大幅波動會引起鑄件尺寸精度變差。
模溫機的作用是什么?
模溫機的作用就是使溫度Jo和Jm 保持恒定，在生產或停止時防止溫差Jo-m擴大或縮小。
因為壓鑄模中熱量基本來自于液態金屬，生產停止哪怕只有幾個壓射周期，不借助模溫控制，模溫會急劇下降，鑄件廢品率馬上大幅上升。
4.3.2 控制方法
下面的方法可用于控制模溫：
測控導流流體溫度(出口溫度，圖10)是最常用的方法。其控制精度在大多數情況下是可以接受的。
這種方法的主要缺點是：
對重復性生產最關鍵的模具溫度沒有測量。設定點可以固定，但實際的模溫會受到與模具相關的因素影響而波動。壓射時間的變化，液態金屬的溫度或冷卻水都要引起模溫變動。
用模具中的測溫探頭控制模具(圖11)是模溫需要嚴格恒定和全自動化生產時采用的控制方法。
在全自動化生產時，導熱流體自動切換到吸收熱量(生產時)或放出熱量(加熱，生產中斷時)的溫度。
在控制導熱流體溫度時，生產開始前，控制器的溫度設定點必須設在另外一個較低的點上，以使導熱流體放出熱量。
采用模具溫度測控的主要優點是：
- 控制器上的溫度設定點與模溫一致。
- 直接測量和補償模溫的波動。溫模控制的穩定程度肯定遠好于控制流體溫度的方法。
聯合測控(圖12)是將以上方法組合在一起。流體和模溫同時測控，模溫控制精度提高。
在測控模具溫度和聯合測控時，模具內測溫探頭的位置十分重要，必須考慮到模具的形狀、布局和冷卻通道位置。還有一點，探頭必須靠近鑄件最關鍵的質量控制部位。
4.3.3 與生產過程控制系統的聯接
將一或數個模溫機與生產控制系統聯接的方法很多，考慮操作方便，可靠和減少波動，最好使用數字接口，例如RS485。在生產時模溫機與生產控制系統可進行數據交換。模溫機也可自行獨立工作。
4.4 系統設定
模溫機系統設定主要根據壓鑄合金的品種，模具的重量，需要的預熱時間和生產率(公斤/小時)。
4.5 操作者需采取的安全措施
在一定的條件下，導熱油會燃燒，壓鑄工作溫度也較高，操作者必須采取以下安全措施：
1、 模溫機要遠離熱源(如熔煉爐)
2、模具聯接必須采用包皮管或絕熱管以防泄漏和能承受溫度和壓力(圖13)。溫度超過250℃時，只能用金屬導管。
3、定期檢查模溫機管路，確認無泄漏和功能正常。
4、定期更換導熱油
5、使用熱穩定性好的合成導熱油，減少積垢。
五、模溫機的優點和效率
使用模溫機常帶來以下優點：
延長模具壽命
- 因熱分布均勻可延長模具壽命
- 消除應力裂紋，模具用火焰預熱等常造成局部過熱或間隙水冷形成熱沖擊引起局部內應力。
- 均勻和平穩地預熱模具。
- 型芯不會過熱
降低成本
- 模具修理減少
- 脫模劑用量減少
- 鑄質量穩定，檢驗成本降低
- 預熱時間縮短
- 模溫不過熱，液態金屬不粘模，溫度均勻模具滑塊磨損小
- 用導熱油，冷卻通道不生銹、不結垢
提高生產率
- 生產開始前，有目的地快速預熱模具
- 生產開始時模溫即恒定，廢品減少(不需要預熱壓射)
- 模溫自動控制，與生產過程無關，所以鑄件質量穩定
- 生產中斷重啟，廢品減少，因為模具自動保持熱穩定
改善壓鑄技術
- 模溫控制不依賴操作人員
- 可以生產薄壁鑄件
- 改善生產環境，散發熱量降低
- 全自動化運行，模溫自動控制
提高質量
- 鑄件質量提高，尺寸精度改善，質量穩定，表面光潔，收縮裂紋減少。
六、結論
使用經驗和前面提到MAGMA所做的研究均表明，在合金熔煉控制合格的情況下，鑄造缺陷主要由模溫不正常引起，所以模溫必須控制。
