運油式模溫機降溫系統設計研究

劉鳳波，馬勝賓

（遼寧農業職業技術學院，遼寧 營口 115007）

制造業是國民經濟的主體，模具工業水平是衡量一個國家制造業水平高低的重要標志。 工業要發展，模具須先行。 模具具有生產效率高、產品一致性好和節能減排的特點，在制造業中使用廣泛。 隨著制造業轉型升級和對產品質量精度的要求越來越高，注塑件產品生產對溫度控制的要求越來越嚴格。而模溫機作為模具行業必不可少的設備，用于控制注塑模具的溫度，其控溫精度直接影響產品質量，尤其是高精尖行業對其控溫要求更加精確。 因此，模溫機的溫度控制裝置需要不斷改進，以適應產業發展需求。 根據企業需求，開發設計一種新型模溫機溫度調節裝置，以期為制造業提供技術參考。

1 傳統模溫機降溫方式

1.1 外置油箱降溫模式

當模溫機導熱油溫度達到設定值時，模溫機必須有效地避免溫度繼續上升且讓導熱油在一定區域內微小變化以保證產品質量。傳統模溫機常用低溫液體給導熱油直接或間接降溫，以達到控溫的目的。

由于注塑模具溫度一般大于100 ℃，運油式模溫機如果采用直接冷卻的方式， 需要外部注入冷卻油，如圖1 所示，其工作原理為：當模溫機加熱油箱溫度超過設定溫度后，模溫機控制系統會控制電磁閥和單向閥打開，將外置降溫油箱的冷油直接注入模溫機加熱油箱來完成降溫，同時部分熱油會流入外置降溫油箱。 這種方法需要在外部儲存較多的導熱油，外置降溫油箱占用空間較大，否則，模溫機工作時間較長后會因外部降溫導熱油升溫較高， 而使降溫效果降低，影響溫度調節精確度。

圖1 外置油箱降溫模式示意圖Figure 1 Schematic diagram of the cooling mode of the external fuel tank

1.2 水冷降溫模式

常見的水冷降溫模式如圖2 所示。

圖2 傳統模溫機水冷降溫模式示意圖Figure 2 Schematic diagram of water cooling mode of traditional mould temperature controller

其工作原理是在導熱油箱外部放置降溫水箱，當冷卻油溫度超過設定溫度時，模溫機導熱油油箱外部包裹的箱體會注入冷水， 以達到冷卻導熱油的目的。但因導熱油溫度較高會導致水達到沸點，故箱體中的自來水長時間使用后會在導熱油箱的外壁和降溫水箱的內壁形成厚厚的水垢，嚴重影響降溫效率甚至出現設備故障。 而清理水垢需要拆開模溫機，不僅操作困難，而且影響密封，增加維修成本，降低使用效率。

2 新型降溫系統的設計

模溫機可以分為水式模溫機和油式模溫機，水式模溫機多采用直接冷卻的方式，油式模溫機則多采用間接冷卻的方式。模溫機的內部安裝有板式換熱器或油冷器等裝置，以實現系統內熱媒體與冷卻水源在換熱器中的熱交換，從而降低模體溫度。 采用間接式冷卻的好處是溫控精度高、適應性強，可應用于高溫油循環溫度控制機的溫度控制， 且由于先冷卻傳熱介質，故對控溫設備的冷卻沖擊相對較小。 其缺點是降溫速度相對較慢。 為解決傳統模溫機降溫問題，研發一種新的直降溫系統。該系統采用冷油混合熱油方式調節溫度，將導熱油分層降溫，增大接觸面積，提高熱交換率，有效減少滯后性問題。 如圖3 所示。

圖3 新型降溫系統示意圖Figure 3 Schematic diagram of the new cooling system

新型降溫系統的導熱油進口管道2、導熱油出口管道4 分別與導熱油降溫箱6 連接，每個箱體設有單獨的閥門，同時導熱油降溫箱設有均勻分布的導熱油間隔板7（防止液體走捷徑），每個間隔板上分別設有隔板孔，用以增大導熱油降溫箱的使用壽命；導熱油電磁閥設置在導熱油進口管道2 上，溫度測量儀設置在導熱油出口管道4 上；冷卻水電磁閥設置在冷卻水進口管道1 上，冷卻水進口管道1、冷卻水出口管道3分別與冷卻水箱6 連接；冷卻水箱設有均勻布置的水流隔板，每個水流隔板上分別設有水流隔板孔，其作用是即使某個隔板與箱體的間隙發生堵塞，也不會影響液體流通，進而延長使用壽命。

3 新型降溫系統工作原理

當導熱油需要微調溫度時，PLC 控制系統8 發出指令，導熱油進油口處的電磁閥門打開，將部分導熱油導入導熱油降溫箱6。 同時，PLC 控制系統8 將冷卻水進口處電磁閥門打開， 冷卻水進入冷卻箱體5（與導熱油降溫箱6 均勻布置）。 由于水溫溫度低、導熱油溫度高， 間隔的水箱和油箱起到熱交換作用，而降溫后的導熱油直接注入模溫機油箱，起到微調溫度的作用。 當模溫機溫度達到設定溫度時，將信號反饋給PLC 控制系統8，冷卻水箱5 和導熱油降溫箱6 的電磁閥關閉，等待下一個指令。

由于導熱油油溫較高，冷卻水量較大，故可達到較好的降溫效果，并大大減少水的結垢現象，提高模溫機的利用率。 新型降溫系統調溫精確，利于保障注塑件尺寸的精度要求，減少廢品率。 導熱油進口和出口控制閥門、 冷卻水進口和出口控制閥門的作用是：當降溫裝置需要維修或更換時，關閉閥門可方便拆卸維修；當某一個部位出現故障時，可單獨關閉閥門，不影響降溫裝置使用。

隔板7 讓冷卻水或導熱油按照圖3d 的方式循環，可增大接觸面積，更好地吸收熱量；導熱油箱6 的水流方向如箭頭所示， 而冷卻水的流向與之相反，實現兩種流體的熱量交換，降溫效果良好。 在導熱油進口處增加過濾網，以防止雜質進入導熱油降溫箱。

自動導熱油降溫系統智能控制所采用的PLC 控制系統能有效緩解滯后現象， 實現溫控精準調節，且實時準確的溫度控制有助于改善產品質量，提高生產效率。 而水的循環再利用，達到了環保的目的。

4 新型降溫系統的應用效果

與傳統降溫方式技術相比，本設計采用直接降溫方式，具有以下特點：1） 高效節能。 采用冷卻水降溫方式，減少了外部冷卻油箱，減小了模溫機的體積，節省空間，同時水可以循環利用，符合綠色制造的特點。2） 準確控溫。直接降溫，可在較小范圍對溫度進行調節，溫度控制實時準確，能夠滿足精密生產及注塑件精度要求。 3） 加熱智能。 完善了控制系統和控制模式，對新型模溫機的溫控起到補充作用，使設備具有較高的靈活性、準確性及可靠性。 4） 模塊化設計。 單個箱體出現問題時可單獨關閉閥門， 不影響設備使用。5） 安全性高。內部間隔板按照熱交換率最高的方式布置，間隔板設有隔板孔，不易發生堵塞。降溫箱體間隔板采用插接設計，發生故障時拆卸維修方便。 降溫箱整體接口對接，拆卸更換時無需拆卸線路，無漏電安全之憂。6） 兼容性強。對原有模溫機的控制系統進行升級，降溫模塊安裝在模溫機外部空間，可根據要求串聯一個或多個。當單個模塊箱體溫度調節不能滿足使用時，可以多個串聯使用，以控制模溫機溫度偏差，提升注塑產品精密度。如果降溫系統被損壞，可適時替換且不影響其他模塊使用，造價低、易維修、更換便捷。 水冷系統設置在模溫機外端，其表面溫度可直接觸摸，為一線生產人員創造了環保、安全、舒適的生產環境。

5 結語

注塑加工離不開加熱，而精密注塑加工離不開精密模溫機。 設施農業領域、裝備制造領域、醫療領域、航空航天領域的產業鏈長，覆蓋面廣，所需的注塑產品不僅要耐磨損、耐老化，更要高精度，其產品質量的優劣直接關系生產生活安全。新型模溫機溫度控制系統作為注塑零件制造裝備的重要組成部分，發展前景廣闊。