运油式模温机降温系统设计研究
时间：2023-01-27 18:55:02 来源：天一资源网 本文已影响 人 
刘凤波，马胜宾
（辽宁农业职业技术学院，辽宁 营口 115007）
制造业是国民经济的主体，模具工业水平是衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。
工业要发展，模具须先行。
模具具有生产效率高、产品一致性好和节能减排的特点，在制造业中使用广泛。
随着制造业转型升级和对产品质量精度的要求越来越高，注塑件产品生产对温度控制的要求越来越严格。而模温机作为模具行业必不可少的设备，用于控制注塑模具的温度，其控温精度直接影响产品质量，尤其是高精尖行业对其控温要求更加精确。
因此，模温机的温度控制装置需要不断改进，以适应产业发展需求。
根据企业需求，开发设计一种新型模温机温度调节装置，以期为制造业提供技术参考。
1.1 外置油箱降温模式
当模温机导热油温度达到设定值时，模温机必须有效地避免温度继续上升且让导热油在一定区域内微小变化以保证产品质量。传统模温机常用低温液体给导热油直接或间接降温，以达到控温的目的。
由于注塑模具温度一般大于100 ℃，运油式模温机如果采用直接冷却的方式， 需要外部注入冷却油，如图1 所示，其工作原理为：当模温机加热油箱温度超过设定温度后，模温机控制系统会控制电磁阀和单向阀打开，将外置降温油箱的冷油直接注入模温机加热油箱来完成降温，同时部分热油会流入外置降温油箱。
这种方法需要在外部储存较多的导热油，外置降温油箱占用空间较大，否则，模温机工作时间较长后会因外部降温导热油升温较高， 而使降温效果降低，影响温度调节精确度。
图1 外置油箱降温模式示意图Figure 1 Schematic diagram of the cooling mode of the external fuel tank
1.2 水冷降温模式
常见的水冷降温模式如图2 所示。
图2 传统模温机水冷降温模式示意图Figure 2 Schematic diagram of water cooling mode of traditional mould temperature controller
其工作原理是在导热油箱外部放置降温水箱，当冷却油温度超过设定温度时，模温机导热油油箱外部包裹的箱体会注入冷水， 以达到冷却导热油的目的。但因导热油温度较高会导致水达到沸点，故箱体中的自来水长时间使用后会在导热油箱的外壁和降温水箱的内壁形成厚厚的水垢，严重影响降温效率甚至出现设备故障。
而清理水垢需要拆开模温机，不仅操作困难，而且影响密封，增加维修成本，降低使用效率。
模温机可以分为水式模温机和油式模温机，水式模温机多采用直接冷却的方式，油式模温机则多采用间接冷却的方式。模温机的内部安装有板式换热器或油冷器等装置，以实现系统内热媒体与冷却水源在换热器中的热交换，从而降低模体温度。
采用间接式冷却的好处是温控精度高、适应性强，可应用于高温油循环温度控制机的温度控制， 且由于先冷却传热介质，故对控温设备的冷却冲击相对较小。
其缺点是降温速度相对较慢。
为解决传统模温机降温问题，研发一种新的直降温系统。该系统采用冷油混合热油方式调节温度，将导热油分层降温，增大接触面积，提高热交换率，有效减少滞后性问题。
如图3 所示。
图3 新型降温系统示意图Figure 3 Schematic diagram of the new cooling system
新型降温系统的导热油进口管道2、导热油出口管道4 分别与导热油降温箱6 连接，每个箱体设有单独的阀门，同时导热油降温箱设有均匀分布的导热油间隔板7（防止液体走捷径），每个间隔板上分别设有隔板孔，用以增大导热油降温箱的使用寿命；
导热油电磁阀设置在导热油进口管道2 上，温度测量仪设置在导热油出口管道4 上；
冷却水电磁阀设置在冷却水进口管道1 上，冷却水进口管道1、冷却水出口管道3分别与冷却水箱6 连接；
冷却水箱设有均匀布置的水流隔板，每个水流隔板上分别设有水流隔板孔，其作用是即使某个隔板与箱体的间隙发生堵塞，也不会影响液体流通，进而延长使用寿命。
当导热油需要微调温度时，PLC 控制系统8 发出指令，导热油进油口处的电磁阀门打开，将部分导热油导入导热油降温箱6。
同时，PLC 控制系统8 将冷却水进口处电磁阀门打开， 冷却水进入冷却箱体5（与导热油降温箱6 均匀布置）。
由于水温温度低、导热油温度高， 间隔的水箱和油箱起到热交换作用，而降温后的导热油直接注入模温机油箱，起到微调温度的作用。
当模温机温度达到设定温度时，将信号反馈给PLC 控制系统8，冷却水箱5 和导热油降温箱6 的电磁阀关闭，等待下一个指令。
由于导热油油温较高，冷却水量较大，故可达到较好的降温效果，并大大减少水的结垢现象，提高模温机的利用率。
新型降温系统调温精确，利于保障注塑件尺寸的精度要求，减少废品率。
导热油进口和出口控制阀门、 冷却水进口和出口控制阀门的作用是：当降温装置需要维修或更换时，关闭阀门可方便拆卸维修；
当某一个部位出现故障时，可单独关闭阀门，不影响降温装置使用。
隔板7 让冷却水或导热油按照图3d 的方式循环，可增大接触面积，更好地吸收热量；
导热油箱6 的水流方向如箭头所示， 而冷却水的流向与之相反，实现两种流体的热量交换，降温效果良好。
在导热油进口处增加过滤网，以防止杂质进入导热油降温箱。
自动导热油降温系统智能控制所采用的PLC 控制系统能有效缓解滞后现象， 实现温控精准调节，且实时准确的温度控制有助于改善产品质量，提高生产效率。
而水的循环再利用，达到了环保的目的。
与传统降温方式技术相比，本设计采用直接降温方式，具有以下特点：1） 高效节能。
采用冷却水降温方式，减少了外部冷却油箱，减小了模温机的体积，节省空间，同时水可以循环利用，符合绿色制造的特点。2） 准确控温。直接降温，可在较小范围对温度进行调节，温度控制实时准确，能够满足精密生产及注塑件精度要求。
3） 加热智能。
完善了控制系统和控制模式，对新型模温机的温控起到补充作用，使设备具有较高的灵活性、准确性及可靠性。
4） 模块化设计。
单个箱体出现问题时可单独关闭阀门， 不影响设备使用。5） 安全性高。内部间隔板按照热交换率最高的方式布置，间隔板设有隔板孔，不易发生堵塞。降温箱体间隔板采用插接设计，发生故障时拆卸维修方便。
降温箱整体接口对接，拆卸更换时无需拆卸线路，无漏电安全之忧。6） 兼容性强。对原有模温机的控制系统进行升级，降温模块安装在模温机外部空间，可根据要求串联一个或多个。当单个模块箱体温度调节不能满足使用时，可以多个串联使用，以控制模温机温度偏差，提升注塑产品精密度。如果降温系统被损坏，可适时替换且不影响其他模块使用，造价低、易维修、更换便捷。
水冷系统设置在模温机外端，其表面温度可直接触摸，为一线生产人员创造了环保、安全、舒适的生产环境。
注塑加工离不开加热，而精密注塑加工离不开精密模温机。
设施农业领域、装备制造领域、医疗领域、航空航天领域的产业链长，覆盖面广，所需的注塑产品不仅要耐磨损、耐老化，更要高精度，其产品质量的优劣直接关系生产生活安全。新型模温机温度控制系统作为注塑零件制造装备的重要组成部分，发展前景广阔。
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