我们对一个模具的温度场设计进行分析，这个模具生产制造的铝合金产品底部较厚，而且有大量的加强筋和散热片。

铸件总体来说呈盒子形状，在产品的一侧有很多的散热片。

零件的相关尺寸如下：

长度=246毫米 宽度=192毫米 深度=112毫米 零件的体积=840立方厘米

从零件的截面图可以看到，零件较厚，并且动模一侧上很多高散热片。

零件底板的厚度是9.7毫米，而散热片的高度是37毫米。带有散热片的部分在动模一侧，而平整的盒子部分在定模一侧。

设计温度场时，需要仔细观察零件，评估产品散热到动定模的热量大小。首先计算模具定模部分获得的热量：

定模内的零件主要包括两个基本的区域，上半部和下半部，如上图所示。在上半部，左侧箭头所指的位置有一个较厚的凸台部分。在下半部分主要是有两个支撑柱子。

再看铸件在动模内的部分：

这部分表面有很多较深的散热片。散热片顶部要布置很多顶出销，因此这个区域布置冷却非常困难。左上部有一块区域没有散热片，但是此处有一个凸台柱子，计算冷却时也需要考虑。同时，铸件的底端呈盒子状。因此，动模部分的冷却主要靠脱模剂喷涂。

总的来说：动模部分有很多散热片导致无法通过内冷却水道进行冷却，但是我们可以通过内冷却来冷却定模部分。因此我们可以设计成定模部分带走铸件底板散发到模具表面热量的75%。这意味着动模部分仅仅需要带走铸件底板所散发热量的25%以及所有散热片的热量，这部分热量也是相当可观的。这样设计，脱模剂带走的热量可以大幅度减小。

定模部分的分析与冷却水设计：

首先我们看看上半部分

这里我们所设计的模具需要带走底板热量的75%以及铸件侧边热量的50%，另外50%侧壁的热量将通过模具其他部分带走。

这一部分的冷却需要通过喷泉式深井冷却实现 (有时被称为点冷)，如图所示。

上半部分宽度是192毫米而长度是60毫米，侧壁的高度是60毫米。

我们使用点冷的方式进行冷却，每个点冷负责冷却铸件上半部分的一半。我们先考虑每个点冷负责的这上半部份左侧的这半部分，底板热量的75%和侧壁热量的50%都通过定模上的点冷进行冷却。

底板体积=9.7(厚)*192/2(宽)*60(长)=55872立方毫米=55.9立方厘米。

这部分的左侧包含三面侧壁而右侧包含两面侧壁及一个凸台。因此，可以认为每一半都有三面侧壁。侧壁包括一个尺寸为192/2毫米的一半长侧壁，以及如图所示的长度60毫米的垂直侧壁，再加上上方的一个尺寸为192/2毫米的侧壁。

侧壁的体积=宽度*高度*厚度=(192/2+60+192/2)*60*3=10992立方毫米=11.0立方厘米

现在，计算底板产生热量的75%(也就是体积的75%) 以及侧壁产生热量的50%。

上半部分二分之一的体积=75%的底板体积+50%的侧壁体积=0.75*55.9（立方厘米）+0.5*11.0（立方厘米）=41.9立方厘米+5.5立方厘米=47.4立方厘米

我们知道每立方厘米的热量损失是：

每立方厘米热量损失=1500焦耳/立方厘米

我们需要计算出每小时的热量损失，我们假设生产循环节拍是60秒。

每小时生产的铸件数量=60件，

那么，这一部分每小时带走的热量通过计算得到：

每小时的热量=每小时的铸件产量*体积*1500 （焦耳/立方厘米)=60(每小时的铸件产量)*(47立方厘米*1500焦耳/立方厘米)=4266千焦/小时

接下来我们需要计算出这部分模具的表面积是多少以及铸件所传递的热量。当我们查看体积时，体积 (因此也就是热量) 的主要部分来自于铸件的底板。

因此，我们应该专注于底板表面积的大小。

表面积=底板面积=60*(192/2)=5760平方毫米=57.6平方厘米

现在我们利用图表来计算水冷水道位置的布置。

我们首先利用左上方的图表，即

我们已知：

这部分模具散发的热量=4266千焦/小时

表面积=57.6平方厘米

从垂直线上的4266的位置画一条线穿过表面积右侧垂直线的57.6的位置，线与热密度坐标轴相交得到75，从这里往左直到和铝合金曲线相交，然后从交叉点再向下。

一直到图表底部，也就是左下方的部分，如下图所示

直线从左上方的图表中横坐标的点出发一直向下，来到左下方的图表。铸件虽然基本形状是平板，但由于侧壁的存在，热量路径为汇聚型。而且由于大部分热量来自于底部，来自于侧壁的热量非常少，因此有效半径值非常大。所以，我们估算的汇聚半径是100毫米。这样得到的冷却水道距离模具表面大约是35毫米深。

现在，我们来看一下冷却水道的计算图。

前面计算得到，需要带走的热量是4266千焦/小时。我们粗略选择水道的通常流量，也就是6升每分钟。 上移至”10毫米水冷线”得到的冷却水带走的热流量是500千焦/小时/厘米。已知每小时需要带走的热量(4266)以及每厘米水冷管每小时热量的移除量(500), 我们可以计算出冷却水管的长度。因此，我们可以把两项相除，得到冷却水管的长度是8厘米。

对于点冷来说8厘米的长度太长。因此，可以将点冷的直径增加，使表面积增加到3倍 (17毫米直径的点冷)，并且长度为2.3厘米，或者可以使用两个点冷，每个点冷的长度分别是4厘米，均匀分布在定模部分。

既然铸件上半部分的右侧和左侧类似，那么我们可以使用相同的计算原则。

这里点冷却在模具表面冷却的范围是在点冷水管道的顶端按照45度角度发散所在的区域。这样，就可以定义两个冷却水道之间的距离。在长度192的铸件长度方向，需要4个点冷。其间距是48毫米。

铸件的下半部分我们也进行同样的计算

同样，热量也主要来自于铸件的底板，我们希望从定模部分带走75%的热量。下半部分需要分解成更小的单元确定每一条水冷管线。得到的冷却水道布局应当如上图所示。

这样，对于定模部分，点冷却水管道的位置，流量，距离模具表面远近，冷却水管道的直径还有冷却水道之间的距离就都计算出来了：点冷却水道直径是10毫米；水流量是6升每分钟；点冷水道顶端距离模具表面是35毫米；位置布置如图所示。班产量循环时间是60件产品每小时，即连续生产状态下每24小时生产1440件产品。

动模部分

我们只能通过脱模剂对这部分模具进行冷却，这部分部件有很多的散热片，需要使用很多顶针，那么将无法通过模具冷却水道进行冷却。

因此我们需要计算出，冷却所需的脱模剂喷涂量。

在模具喷涂部分，通过表格给出了模具脱模剂的喷涂量。

压铸的材料是铝，并且存在很多的散热片，那么每立方厘米的铝需要喷脱模剂的喷涂量应该是0.7立方厘米。我们需要计算出动模冷却的金属体积，即：散发的热量。我们假定75%的底板热量是由定模部分带走的，那么底板25%的热量将由动模移除。同样，加强筋和侧壁的热量也需要移除。因此，我们来估算金属的总量。

铸件底板部分的体积是

底板体积=9.7*246*192=458立方厘米

25%的热量是通过动模移除的。

由动模冷却的底板体积=0.25*458立方厘米=114.5立方厘米

加强筋所有的热量都进入动模，预估加强筋的体积=280立方厘米

因此，动模负责冷却铸件的体积=395立方厘米

上面的法则可以帮助我们估算每次压射时动模部分需要喷涂多少脱模剂。请注意，我们需要的是雾化的模具喷涂，而非”救火软管”式的喷涂。

动模需要的脱模剂喷涂量=395*0.7=280立方厘米

该计算结果作为起点是比较合适的，在模具的试模阶段可以做一些调整。

如果脱模剂的喷涂是模具的主要冷却方式，那么还需要确认几个重要的事项。

1．模具喷涂的喷嘴应该正对模具散热片部分，脱模剂可进入散热片缝隙。

2．模具喷涂的喷嘴应贴近模具，将脱模剂强压喷入散热片底部。

3．模具喷涂必须沿着模具扫动，保证动模型腔获得均匀分布的脱模剂。

4．小心脱模剂的浪费：如果现场发现脱模剂沿着模具表面流下来，这些额外的脱模剂并没有起到冷却模具或者润滑模具的作用。应尽量减少这类情况的发生，这不但会增加脱模剂的使用量，而且会增加成本，给后续的废水处理增加负担。

5.校准模具冷却所需的脱模剂喷涂量: 损失到模板的热量以及合模时损失到定模的热量都是比较难以计算的。因此，动模热量并非全部由脱模剂带走。应该用红外测温仪或者接触式的热电偶在模具喷涂之前和之后测量模具表面的温度。从而可以校正模具的喷涂量。过度的模具喷涂会冲刷掉模具表面的润滑剂。

温度场计算公式的使用：

案例列举了如何通过计算来定义冷却水管道的位置，距离表面的远近，冷却水道的直径，冷却水道间距，冷却水的流量，这些参数。温度场模拟分析软件均有凝固场分析。在模拟凝固场分析时，需要输入这些冷却水道的参数，尤其是位置，距离表面远近，流量，水孔直径，模拟凝固场才能给出正确的结果。

对于温度场设计，比较典型的压铸产品是厚壁件产品，如：缸体模具。在缩减生产节拍方面，温度场即：冷却水道系统的设计与安装尤其重要。因为缸体铸件铝合金产品壁厚较厚通常会在20毫米以上，有些钻孔是在铸件厚壁部分表面的中间位置。由于壁厚部分的铝合金在凝固后，中间位置会有缩孔存在，这些钻孔位置就需要使用高压点冷却。

作为模具冷却水道设计的起点，可以把温度场部分的列线图输入到excel办公室软件里。如果压铸一个重量22公斤的缸体铝合金产品，那么，把铸件的重量以及模具与铸件接触的表面积的数值输入到表格中，其给出的结果是冷却水道的总长度为12.3米。也就是说，这个22公斤重的缸体模具各个部分冷却水道的长度相加起来总的长度要在12.3米长。这样才能达到压铸设计的循环周期为90秒的设定值。

在实际生产过程中，很多压铸企业，铝合金缸体产品的压铸循环周期一直在120秒以上。只有少数的日本企业，能够达到100秒以内的压铸循环周期，也就是班产量时间是90几秒，提高了生产效率。众多压铸企业，达不到提高班产量与生产效率的原因之一，是因为冷却水道的设计没有进行合理的计算与分析。

脱模剂的喷涂时间与喷涂量可以按照案例的公式计算出铝合金产品的体积，进而计算出水基脱模剂的喷涂体积总量。计算出喷涂喷嘴的总流量，把喷涂体积除以喷涂流量就是喷涂时间。

当然，也有其他因素影响班产量例如：没有使用高压点冷却或者使用的数量不足，也是导致班产量滞后的原因之一。 而有些部位由于模具与产品有效接触面积较大或者被铝合金产品包裹，例如：一些凸台，热量不能及时带走，此时可以考虑使用高导热模具材料法撕酷（Fastcool○R）系列的产品。这类高导热模具材料的热传导系数是H13 材料的2倍以上，可以有效的克服压铸模具的粘模问题。由于此类材料可以快速带走铝合金产品在凝固过程中所散发的热量，铸件产品的内部质量也得到有效的提高与改善。

图示是高导热法斯酷（Fastcool○R55）模具材料在模具上使用的效果。通常使用的模具材料是H13改良类材料如：Dievar等，模具这个部分有粘模现象并且铸件产品会有热裂纹，这个产品的90％以上需要做浸渗处理。而使用了法斯酷材料后，有效的解决了粘模问题，铸件产品此处的热裂纹消失。无需为产品做浸渗，节省了大量的成本。

使用法斯酷（Fastcool○R55）高导热模具材料，铝合金铸件产品此处的热裂纹消失。

高导热材料在模具上镶块位置。