由于鎂合金的鑄造性能如流動(dòng)性對(duì)模具溫度和澆注溫度相當(dāng)敏感，在充型過程中，鎂合金液極易凝固，因此為了保證鎂合金壓鑄件的表面和內(nèi)在質(zhì)量，降低壓鑄生產(chǎn)的廢品率，提高壓鑄的生產(chǎn)率，同時(shí)提高壓鑄模的使用壽命，必須***地控制壓鑄模具溫度。為了滿足鎂合金壓鑄加工的需要，有必要研制壓鑄模具控溫的設(shè)備。
一、模具溫度控制功能要求
在鎂合金壓鑄生產(chǎn)中，根據(jù)其生產(chǎn)特點(diǎn)，壓鑄模的溫度控制包括模具的預(yù)熱和冷卻兩個(gè)方面。溫度與壓鑄的材料有關(guān)，也與壓鑄件的尺寸有關(guān)，一般為澆注溫度的1/3左右，對(duì)于鎂合金，通常為180~ 280℃。此外，在預(yù)熱過程中，應(yīng)盡量使模具的各部分均勻加熱，避免劇烈地加熱和局部過熱對(duì)模具的使用壽命帶來的不利影響。
一般情況下，模具吸收的熱量要大于自然散熱量，因此隨著壓鑄生產(chǎn)進(jìn)行，模具的溫度會(huì)越來越高。為了進(jìn)行正常的壓鑄生產(chǎn)，必須維持模具的溫度基本恒定。一般通過在模具中開冷卻水道并通冷卻水對(duì)模具進(jìn)行冷卻。由上所述，為了對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱和冷卻的恒溫控制，可以采用導(dǎo)壓鑄專用模溫機(jī)對(duì)模具進(jìn)行控溫，導(dǎo)熱油不間斷地通過模具內(nèi)部管道，從內(nèi)部對(duì)模具進(jìn)行加熱或冷卻，使模具維持一定的溫度，處于合適的生產(chǎn)狀態(tài)。
二、壓鑄專用模溫機(jī)控溫原理
壓鑄專用模溫機(jī)采用導(dǎo)熱油循環(huán)控溫，當(dāng)導(dǎo)熱油在模具的冷卻通道中循環(huán)流動(dòng)時(shí)，由于導(dǎo)熱油和模具通道壁（模具）之間存在溫差，它們之間存在著熱量的傳遞。熱交換量與導(dǎo)熱油的熱力學(xué)性能、模具通道截面積、導(dǎo)熱油流量、油溫、模溫等因素有關(guān)。
在確定了導(dǎo)熱油型號(hào)、模具通道截面積后，熱交換量可用牛頓冷卻公式
φ=Ah（Tm-Tf）來計(jì)算，
其中，φ為系統(tǒng)的熱流量，A為換熱表面面積，Tm為模具溫度，Tf為導(dǎo)熱油溫度，h為模具內(nèi)部流體通道的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，與導(dǎo)熱油流速有關(guān)。
由于模具通道截面積已確定，導(dǎo)熱油流速可由導(dǎo)熱油流量計(jì)算確定。故系統(tǒng)的熱交換量可由下述的函數(shù)關(guān)系式表示：φ=f（q，Tm，Tf）式中，q為導(dǎo)熱油流量，m³/s。
模具溫度Tm是被控制量，希望能保持恒定，即Tm基本是一個(gè)常數(shù)。因此，只要控制導(dǎo)熱油流量q或?qū)嵊蜏豑f，在一定范圍內(nèi)，即可控制它們之間的換熱量，從而控制模具的加熱和冷卻，進(jìn)而控制模具的溫度。為控制方便起見，可采用固定導(dǎo)熱油流量調(diào)整導(dǎo)熱油溫度的方法，這樣只要控制好導(dǎo)熱油的溫度即可控制壓鑄模具的溫度。
模具的熱交換通道與模具溫控杌的循環(huán)油泵、閥、管路、加熱器、冷卻器等部件一起構(gòu)成一個(gè)完整的導(dǎo)熱油循環(huán)通路，除模具外，其他部件都進(jìn)行隔熱保溫處理。高溫油泵將導(dǎo)熱油吸人循環(huán)通路，控制系統(tǒng)控制導(dǎo)熱油在要求的溫度下進(jìn)行循環(huán)。當(dāng)油溫低于設(shè)定的溫度時(shí)，系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，升高油溫到設(shè)定的溫度；當(dāng)油溫高于設(shè)定溫度時(shí)，打開冷卻水控制電磁閥，降低油溫到設(shè)定的溫度。
三、系統(tǒng)關(guān)鍵部件的選購與設(shè)計(jì)
壓鑄專用模溫機(jī)中***關(guān)鍵的外購件是高溫導(dǎo)熱油泵，對(duì)油泵的基本要求是在高溫導(dǎo)熱油的作用下，油泵仍能正常工作且具有良好的密封性。此外，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，由模具的熱平衡核算模具冷卻時(shí)需由導(dǎo)熱油帶走的熱量值，計(jì)算出所需的導(dǎo)熱油流量，根據(jù)導(dǎo)熱油流量的大小，選擇相應(yīng)的高溫油泵。
壓鑄專用模溫機(jī)的設(shè)計(jì)主要是考慮滿足對(duì)模具預(yù)熱的要求。加熱器的外部必須包上一層足夠厚的絕熱材料，以減少熱損失。在不考慮溫控機(jī)本身循環(huán)通路的散熱情況下，可根據(jù)模具的大小、升溫的時(shí)間以及模具自身的散熱對(duì)加熱功率進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選用相應(yīng)功率的棒狀加熱器。在加工時(shí)，可將加熱棒與多根細(xì)油管通過鑄鋁形成一個(gè)整體，這樣可以保證加熱均勻、快速，同時(shí)避免過熱造成導(dǎo)熱油的碳化。
壓鑄專用模溫機(jī)冷卻器的設(shè)計(jì)主要是滿足模具散熱的要求。對(duì)模具進(jìn)行熱平衡核算，得到需由導(dǎo)熱油帶走的熱量，這些熱量通過冷卻器進(jìn)行熱交換，由冷卻水帶走。冷卻器設(shè)計(jì)成套管式換熱器，冷卻水在內(nèi)管內(nèi)流過，導(dǎo)熱油在內(nèi)管和外殼之間的夾層中流過。套管式換熱器加工制造簡單，但是套管式換熱器的換熱面較小，傳熱量不大，因此在使用中可以根據(jù)需要將兩個(gè)或更多的套管式換熱器串聯(lián)起來，形成多管程和多殼程的換熱器，滿足設(shè)計(jì)和使用要求。
另外壓鑄專用模溫機(jī)都必須保證在高溫導(dǎo)熱油的作用下處處嚴(yán)格密封，否則，會(huì)在機(jī)件表面產(chǎn)生較大的煙霧，對(duì)車間的工作環(huán)境產(chǎn)生不利影響。
四、控制系統(tǒng)開發(fā)
壓鑄專用模溫機(jī)的控制系統(tǒng)由PLC、人機(jī)界面顯示器、傳感器以及相應(yīng)的執(zhí)行元件組成。
系統(tǒng)采用西門子PLC作為核心控制器，完成各種類型的開關(guān)量輸入信號(hào)檢測、傳感器信號(hào)檢測以及控制信號(hào)輸出等。在生產(chǎn)過程中，人機(jī)界面顯示器通過與PLC通訊，將PLC采集到的數(shù)據(jù)送到人機(jī)界面顯示器中，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，并將用戶設(shè)置的參數(shù)（如溫度）發(fā)送到PLC中實(shí)現(xiàn)用戶參數(shù)設(shè)定。
壓鑄專用模溫機(jī)采用電阻式加熱器，加熱時(shí)采用固態(tài)繼電器過零觸發(fā)的調(diào)功控制方式；系統(tǒng)冷卻時(shí)采用接通電磁閥通冷卻水降溫的控制方式。在控制算法上，采用模糊控制進(jìn)行溫度控制。由于生產(chǎn)中壓鑄模具和壓鑄件大小不一、尺寸各異，且不時(shí)要更換模具，溫度控制中經(jīng)常采用的PID算法有較大的局限性，必須根據(jù)不同的模具整定不同的控制參數(shù)，這很不方便。因此在算法設(shè)計(jì)上，模具的控溫采用模糊控制。
在模具升溫過程初期，采用全功率輸出，以使模具迅速升溫，當(dāng)模具溫度達(dá)到設(shè)定溫度的80%左右時(shí)，系統(tǒng)對(duì)輸出變量（即輸出功率）采用模糊控制方式，避免系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)；在連續(xù)壓鑄進(jìn)行降溫控制時(shí)，系統(tǒng)同樣采用模糊控制算法對(duì)冷卻水控制電磁閥的通斷進(jìn)行控制，維持模具的溫度在某一預(yù)先設(shè)定的溫度。由于固態(tài)繼電器的調(diào)功和冷卻水控制電磁閥的通斷都是開關(guān)的方式，系統(tǒng)將模糊運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其輸出為周期固定，占空比可調(diào)的方波，形成所需的控制信號(hào)。這種控制方法對(duì)不同尺寸大小的模具具有良好的適應(yīng)性，在設(shè)定的模具溫度上保持較高的穩(wěn)定性和***性。