運(yùn)油式模溫機(jī)降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉鳳波，馬勝賓

（遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營口 115007）

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，模具工業(yè)水平是衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。 工業(yè)要發(fā)展，模具須先行。 模具具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品一致性好和節(jié)能減排的特點(diǎn)，在制造業(yè)中使用廣泛。 隨著制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和對產(chǎn)品質(zhì)量精度的要求越來越高，注塑件產(chǎn)品生產(chǎn)對溫度控制的要求越來越嚴(yán)格。而模溫機(jī)作為模具行業(yè)必不可少的設(shè)備，用于控制注塑模具的溫度，其控溫精度直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是高精尖行業(yè)對其控溫要求更加精確。 因此，模溫機(jī)的溫度控制裝置需要不斷改進(jìn)，以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。 根據(jù)企業(yè)需求，開發(fā)設(shè)計(jì)一種新型模溫機(jī)溫度調(diào)節(jié)裝置，以期為制造業(yè)提供技術(shù)參考。

1 傳統(tǒng)模溫機(jī)降溫方式

1.1 外置油箱降溫模式

當(dāng)模溫機(jī)導(dǎo)熱油溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，模溫機(jī)必須有效地避免溫度繼續(xù)上升且讓導(dǎo)熱油在一定區(qū)域內(nèi)微小變化以保證產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)模溫機(jī)常用低溫液體給導(dǎo)熱油直接或間接降溫，以達(dá)到控溫的目的。

由于注塑模具溫度一般大于100 ℃，運(yùn)油式模溫機(jī)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(dāng)模溫機(jī)加熱油箱溫度超過設(shè)定溫度后，模溫機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)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(jī)加熱油箱來完成降溫，同時(shí)部分熱油會(huì)流入外置降溫油箱。 這種方法需要在外部儲(chǔ)存較多的導(dǎo)熱油，外置降溫油箱占用空間較大，否則，模溫機(jī)工作時(shí)間較長后會(huì)因外部降溫導(dǎo)熱油升溫較高， 而使降溫效果降低，影響溫度調(diào)節(jié)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(tǒng)模溫機(jī)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(dǎo)熱油箱外部放置降溫水箱，當(dāng)冷卻油溫度超過設(shè)定溫度時(shí)，模溫機(jī)導(dǎo)熱油油箱外部包裹的箱體會(huì)注入冷水， 以達(dá)到冷卻導(dǎo)熱油的目的。但因?qū)嵊蜏囟容^高會(huì)導(dǎo)致水達(dá)到沸點(diǎn)，故箱體中的自來水長時(shí)間使用后會(huì)在導(dǎo)熱油箱的外壁和降溫水箱的內(nèi)壁形成厚厚的水垢，嚴(yán)重影響降溫效率甚至出現(xiàn)設(shè)備故障。 而清理水垢需要拆開模溫機(jī)，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(tǒng)的設(shè)計(jì)

模溫機(jī)可以分為水式模溫機(jī)和油式模溫機(jī)，水式模溫機(jī)多采用直接冷卻的方式，油式模溫機(jī)則多采用間接冷卻的方式。模溫機(jī)的內(nèi)部安裝有板式換熱器或油冷器等裝置，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)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(yīng)性強(qiáng)，可應(yīng)用于高溫油循環(huán)溫度控制機(jī)的溫度控制， 且由于先冷卻傳熱介質(zhì)，故對控溫設(shè)備的冷卻沖擊相對較小。 其缺點(diǎn)是降溫速度相對較慢。 為解決傳統(tǒng)模溫機(jī)降溫問題，研發(fā)一種新的直降溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用冷油混合熱油方式調(diào)節(jié)溫度，將導(dǎo)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(tǒng)示意圖Figure 3 Schematic diagram of the new cooling system

新型降溫系統(tǒng)的導(dǎo)熱油進(jìn)口管道2、導(dǎo)熱油出口管道4 分別與導(dǎo)熱油降溫箱6 連接，每個(gè)箱體設(shè)有單獨(dú)的閥門，同時(shí)導(dǎo)熱油降溫箱設(shè)有均勻分布的導(dǎo)熱油間隔板7（防止液體走捷徑），每個(gè)間隔板上分別設(shè)有隔板孔，用以增大導(dǎo)熱油降溫箱的使用壽命；導(dǎo)熱油電磁閥設(shè)置在導(dǎo)熱油進(jìn)口管道2 上，溫度測量儀設(shè)置在導(dǎo)熱油出口管道4 上；冷卻水電磁閥設(shè)置在冷卻水進(jìn)口管道1 上，冷卻水進(jìn)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(shè)有均勻布置的水流隔板，每個(gè)水流隔板上分別設(shè)有水流隔板孔，其作用是即使某個(gè)隔板與箱體的間隙發(fā)生堵塞，也不會(huì)影響液體流通，進(jìn)而延長使用壽命。

3 新型降溫系統(tǒng)工作原理

當(dāng)導(dǎo)熱油需要微調(diào)溫度時(shí)，PLC 控制系統(tǒng)8 發(fā)出指令，導(dǎo)熱油進(jìn)油口處的電磁閥門打開，將部分導(dǎo)熱油導(dǎo)入導(dǎo)熱油降溫箱6。 同時(shí)，PLC 控制系統(tǒng)8 將冷卻水進(jìn)口處電磁閥門打開， 冷卻水進(jìn)入冷卻箱體5（與導(dǎo)熱油降溫箱6 均勻布置）。 由于水溫溫度低、導(dǎo)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(dǎo)熱油直接注入模溫機(jī)油箱，起到微調(diào)溫度的作用。 當(dāng)模溫機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，將信號(hào)反饋給PLC 控制系統(tǒng)8，冷卻水箱5 和導(dǎo)熱油降溫箱6 的電磁閥關(guān)閉，等待下一個(gè)指令。

由于導(dǎo)熱油油溫較高，冷卻水量較大，故可達(dá)到較好的降溫效果，并大大減少水的結(jié)垢現(xiàn)象，提高模溫機(jī)的利用率。 新型降溫系統(tǒng)調(diào)溫精確，利于保障注塑件尺寸的精度要求，減少廢品率。 導(dǎo)熱油進(jìn)口和出口控制閥門、 冷卻水進(jìn)口和出口控制閥門的作用是：當(dāng)降溫裝置需要維修或更換時(shí)，關(guān)閉閥門可方便拆卸維修；當(dāng)某一個(gè)部位出現(xiàn)故障時(shí)，可單獨(dú)關(guān)閉閥門，不影響降溫裝置使用。

隔板7 讓冷卻水或?qū)嵊桶凑請D3d 的方式循環(huán)，可增大接觸面積，更好地吸收熱量；導(dǎo)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(shí)現(xiàn)兩種流體的熱量交換，降溫效果良好。 在導(dǎo)熱油進(jìn)口處增加過濾網(wǎng)，以防止雜質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)熱油降溫箱。

自動(dòng)導(dǎo)熱油降溫系統(tǒng)智能控制所采用的PLC 控制系統(tǒng)能有效緩解滯后現(xiàn)象， 實(shí)現(xiàn)溫控精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，且實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的溫度控制有助于改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。 而水的循環(huán)再利用，達(dá)到了環(huán)保的目的。

4 新型降溫系統(tǒng)的應(yīng)用效果

與傳統(tǒng)降溫方式技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)采用直接降溫方式，具有以下特點(diǎn)：1） 高效節(jié)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(jī)的體積，節(jié)省空間，同時(shí)水可以循環(huán)利用，符合綠色制造的特點(diǎn)。2） 準(zhǔn)確控溫。直接降溫，可在較小范圍對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，溫度控制實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，能夠滿足精密生產(chǎn)及注塑件精度要求。 3） 加熱智能。 完善了控制系統(tǒng)和控制模式，對新型模溫機(jī)的溫控起到補(bǔ)充作用，使設(shè)備具有較高的靈活性、準(zhǔn)確性及可靠性。 4） 模塊化設(shè)計(jì)。 單個(gè)箱體出現(xiàn)問題時(shí)可單獨(dú)關(guān)閉閥門， 不影響設(shè)備使用。5） 安全性高。內(nèi)部間隔板按照熱交換率最高的方式布置，間隔板設(shè)有隔板孔，不易發(fā)生堵塞。降溫箱體間隔板采用插接設(shè)計(jì)，發(fā)生故障時(shí)拆卸維修方便。 降溫箱整體接口對接，拆卸更換時(shí)無需拆卸線路，無漏電安全之憂。6） 兼容性強(qiáng)。對原有模溫機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，降溫模塊安裝在模溫機(jī)外部空間，可根據(jù)要求串聯(lián)一個(gè)或多個(gè)。當(dāng)單個(gè)模塊箱體溫度調(diào)節(jié)不能滿足使用時(shí)，可以多個(gè)串聯(lián)使用，以控制模溫機(jī)溫度偏差，提升注塑產(chǎn)品精密度。如果降溫系統(tǒng)被損壞，可適時(shí)替換且不影響其他模塊使用，造價(jià)低、易維修、更換便捷。 水冷系統(tǒng)設(shè)置在模溫機(jī)外端，其表面溫度可直接觸摸，為一線生產(chǎn)人員創(chuàng)造了環(huán)保、安全、舒適的生產(chǎn)環(huán)境。

5 結(jié)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(jī)。 設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、裝備制造領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈長，覆蓋面廣，所需的注塑產(chǎn)品不僅要耐磨損、耐老化，更要高精度，其產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系生產(chǎn)生活安全。新型模溫機(jī)溫度控制系統(tǒng)作為注塑零件制造裝備的重要組成部分，發(fā)展前景廣闊。