注塑模具冷却 - 温控系统与优化指南 2025

引言 - 60-70% 的周期时间用于冷却

注塑模具冷却 是塑料注塑工艺中最被低估的环节。它占60-70% 生产周期总时间，但许多企业在优化生产时却对它关注甚少。

典型的波兰注塑工厂每年因模具冷却效率低下而损失200,000-500,000 PLN。问题并非一眼可见——模具运转正常，零件从机器中顺利取出。但隐藏成本包括：

• 周期时间延长 - 每个周期多5-15 秒（每月50,000次周期=70-210小时机器时间损失）
• 热缺陷 - 翘曲（warpage）、缩痕（sink marks）、内应力——占所有废品的25-40%
• 尺寸不稳定性 - 公差±0,15 mm 而非±0,05 mm，汽车客户投诉
• 能耗更高 - 低效系统冷却耗能多15-30%

好消息？ 采用系统化冷却优化的Tederic注塑机的企业报告周期时间缩短25-45%，热缺陷减少60-80%，仅用3-6个月。本指南提供具体参数、波兰企业的案例研究以及冷却问题诊断矩阵。

什么是注塑模具冷却？

注塑模具冷却 是从成型腔内塑料中控制移除热量的过程。该过程通过冷却剂（水、油或CO₂）在模具板中冷却通道网络中流动，将高温塑料（180-350°C）的热量吸收并排出。

冷却过程关键参数：

• 模具温度 - 控制在±1-2°C范围内以确保尺寸重复性
• 冷却剂流量 - 每个回路10-60 l/min，湍流（Re > 10,000）以实现高效换热
• 温差ΔT - 供水与回水间最佳2-4°C
• 冷却时间 - 占整个周期50-70%，由壁厚和顶出温度决定

现代温控系统 配备PID（比例-积分-微分）控制器，即使在生产条件变化下也能确保热稳定性——不同壁厚、环境温度变化、厂内水压波动。

冷却系统类型

当代注塑行业提供4种主要模具冷却系统，它们在冷却剂、温度范围和运营成本上有所不同。

水冷 - 70%所有安装

水冷 是最常用的系统，使用去离子水或乙二醇作为冷却剂。温度范围：5-90°C。

优点：

• 最高冷却效率 - 水比热容4.18 kJ/kg·K（是油的4倍）
• 运营成本低 - 去离子水5-10 PLN/m³，乙二醇20-30 PLN/升
• 热响应快 - 低粘度确保湍流
• 安全性高 - 不燃且无毒

缺点：

• 温度受限 - 最高90-95°C（蒸发风险）
• 腐蚀 - 需要抑制剂、去离子化（硬度< 5°dH）、pH控制（7.0-8.5）
• 沉积与结垢 - 需要定期柠檬酸冲洗

适用场景： 80%应用 - PP、PE、ABS、PS、PMMA、PC（至90°C）。适合包装、家电零件、电子产品生产。

油冷 - 高温90-300°C

油冷 使用恒温油，支持90-300°C 范围。适用于需高温模具的结晶塑料。

优点：

• 宽温度范围 - 无蒸发风险
• 无腐蚀 - 无需抑制剂
• 热稳定性好 - 合成油保持性能

缺点：

• 效率较低 - 比热容1.8-2,5 kJ/kg·K（水的2倍低）
• 成本高 - 油25-50 PLN/升，每2-3年更换
• 火灾风险 - 闪点200-320°C
• 能耗更高 - 加热至150-200°C需3-5 kW连续功率

适用场景： POM（90-120°C）、PA6/PA66（80-110°C）、PBT（90-130°C）、PPS（130-160°C）、PEEK（180-220°C）。汽车技术零件、轴承、齿轮。

Conformal cooling - 周期时间缩短20-50%

Conformal cooling 是一种革命性技术，冷却通道 精确跟随制品几何形状，与成型面保持恒定8-15 mm距离。通过3D金属打印（DMLS、SLM）实现。

显著益处：

• 冷却时间缩短50% - 均匀吸热
• 翘曲消除80% - 无收缩差异
• 表面质量更好 - 无冷区
• 内应力降低70%
• ROI 12-24 个月（年产 >50,000 件）

成本： 金属3D打印嵌件30,000-150,000 PLN（传统钻孔5-10倍），但效率节省可在 1-2 年内收回投资。

冷却问题诊断 - 解决方案矩阵

以下诊断矩阵可快速识别冷却问题并实施相应解决方案。85%热问题 属于这6类。

问题1：周期时间延长（>40%整个周期）

• 症状： 零件需长时间冷却，提前顶出时变形
• 原因： 模具温度过高、通道低效、流量过低
• Tederic解决方案： 降低模具温度10-15°C，增加流量20-30%，检查ΔT（应为2-4°C）
• 参数： 控制器温度：当前-10°C，流量：+5 l/min

问题 2：翘曲 > 0,5 mm/100 mm

• 症状： 零件弹出后弯曲，尺寸不对称
• 原因： 冷却不均匀，模具两侧温度不同，保压时间过短
• 解决方案 Tederic： 平衡型腔和型芯温度（差值最大 5°C），延长保压时间 15-20%
• 参数： T_型腔：55°C，T_型芯：52°C（适用于 PP），保压：+2-3 秒

问题 3：缩痕 深度 > 0,1 mm

• 症状： 肋或厚壁截面表面上的凹陷
• 原因： 表面冷却过快、保压不足、壁厚过大
• 解决方案 Tederic： 提高模具温度 10°C，增加保压压力 10-15%，延长保压时间
• 参数： T_模具：+10°C，P_保压：从 400 bar → 450 bar，t_保压：+3 s

问题 4：熔接线 可见

• 症状： 零件上塑料流汇合处可见线条
• 原因： 模具温度过低、注射速度过慢
• 解决方案 Tederic： 提高模具温度 15-20°C，增加注射速度 20%
• 参数： T_模具：从 50°C → 65-70°C（适用于 ABS），V_注射：从 80 mm/s → 100 mm/s

问题 5：内部应力（装配后开裂）

• 症状： 零件使用数周/数月后开裂，尤其接触油/溶剂时
• 原因： 模具温度过低、冷却时间过短、凝固过快
• 解决方案 Tederic： 提高模具温度 20-30°C，延长冷却时间 25%
• 参数： T_模具：从 40°C → 60-70°C（适用于 PC），t_冷却：+5-8 s

问题 6：尺寸不稳定（偏差 > ±0,1 mm）

• 症状： 零件尺寸在各周期间变化
• 原因： 模具温度波动 > ±3°C，冷却剂流量不稳
• 解决方案 Tederic： 检查温控器（应保持 ±1°C），更换过滤器，检查泵
• 参数： 稳定性：±1°C，流量：稳定（监测回水压力）

在 Tederic 注塑机上优化参数

Tederic 注塑机 配备先进温度监测和控制系统，可实现冷却的精准优化。以下是在 Tederic 机器上优化冷却的详细步骤。

步骤 1：审计当前冷却系统

• 在 4-6 个点测量模具温度（红外测温仪或热电偶）
• 在温控器上记录 ΔT（供水 vs 回水）
• 用流量计测量冷却剂流量（l/min）
• 确定当前冷却时间和总周期时间
• 目标： 识别与优化值的偏差

步骤 2：优化流量（最常见问题）

• 原则： ΔT 应为 2-4°C
• 如果 ΔT > 5°C → 增加流量 20-30%
• 如果 ΔT < 1°C → 减少流量（节省泵能耗）
• 在 Tederic 上： 将泵压力设置为 4-6 bar，在 HMI 屏幕上监测
• 典型值：小型模具 15-25 l/min，中型 25-40 l/min，大型 40-80 l/min

步骤 3：根据塑料调整温度

• 按照“8 种塑料参数”部分的表格配置温控器
• 在 Tederic 温控器上设置结晶塑料容差 ±1°C，非晶塑料 ±2°C
• 启用 HIGH/LOW TEMP 报警，设定值为 ±5°C
• Tederic 功能： 利用内置常见塑料热配置文件

步骤 4：平衡型腔/型芯温度

• 对于不对称零件：将型腔温度设置为比型芯高 2-5°C
• 监测翘曲——如果零件向型腔侧弯曲，则降低其温度
• 在 Tederic 上： 使用两个独立冷却回路（多区选项）
• 将每个模具的参数保存在机器内存中

步骤 5：优化冷却时间

• 参考公式： t_冷 =（壁厚 [mm]）² × 2 s 秒（适用于 PS、ABS 时 60°C）
• 从理论值开始，每 10 个周期减少 1-2 s
• 出现翘曲或零件脱模失败时停止
• 在 Tederic 上： 使用“Cycle Time Optimization”功能——自动建议
• 典型减少量：初始设置的 15-25%

步骤 6：文档化和监测

• 将优化参数保存到 MES 系统或表格中
• 设置自动警报：偏差 > ±3°C 或 ΔT > 6°C
• 在 Tederic 上： 利用 OPC-UA 协议与工厂系统集成
• 每周分析温度趋势——检测系统退化

8 种关键塑料的冷却参数

下表列出最常用塑料的具体冷却参数。值针对 Tederic 注塑机 配备工业级温控器进行了优化。

PP（聚丙烯）——注塑市场 35%

• 模具温度： 40-80°C（典型 50-60°C）
• 系统： 水冷带 6-9 kW 温控器
• 流量： 20-30 l/min/回路
• 冷却时间： 壁厚 3 mm 时 18-25 s
• ΔT 最佳： 3-4°C
• 注意： 收缩率高 1,5-2,5%——需均匀冷却，大零件推荐 conformal cooling
• Tederic 参数： 温控器 55°C ±2°C，报警 ±5°C，配置文件“PP Standard”

HDPE/LDPE（聚乙烯）- 25% 市场

• 模具温度： 20-50°C（低于大多数塑料）
• 系统： 水冷配冷水机组至 25-35°C
• 流量： 40-60 l/min（高流量用于快速吸热）
• 冷却时间： 10-18 s，壁厚 3 mm（最短）
• ΔT 最佳： 2-3°C
• 注意： 模具低温带来高生产率
• Tederic 参数： 温控器 30°C ±2°C + 冷水机组，“PE Fast Cycle”曲线

ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）- 15% 市场

• 模具温度： 50-80°C（典型 60-70°C）
• 系统： 标准水冷
• 流量： 25-35 l/min
• 冷却时间： 20-30 s
• ΔT 最佳： 3-4°C
• 注意： 均匀冷却对表面质量至关重要，审美部件采用 conformal cooling
• Tederic 参数： 温控器 65°C ±2°C，“ABS Aesthetic”曲线

PC（聚碳酸酯）- 8% 市场

• 模具温度： 80-120°C（典型 90-100°C）
• 系统： 水冷至 95°C 或油冷 > 100°C
• 流量： 20-30 l/min
• 冷却时间： 30-50 s（长）
• ΔT 最佳： 3-4°C
• 注意： 精确控制 ±1°C 可防止内应力
• Tederic 参数： 温控器 95°C ±1°C，“PC Optical”曲线适用于透明件

PA6/PA66（尼龙）- 7% 市场

• 模具温度： 80-110°C
• 系统： 油冷 > 95°C 或水冷至 90°C
• 流量： 25-35 l/min
• 冷却时间： 25-40 s
• ΔT 最佳： 3-5°C
• 注意： 较高温度=较高结晶度和强度，较低温度=更短周期
• Tederic 参数： 油温控器 95°C ±2°C，“PA Technical”曲线

POM（Delrin，缩醛）- 4% 市场

• 模具温度： 90-120°C（最高之一）
• 系统： 油冷必备
• 流量： 20-30 l/min
• 冷却时间： 35-60 s（长）
• ΔT 最佳： 3-4°C
• 注意： 对均匀性非常敏感，不均匀会导致开裂
• Tederic 参数： 油温控器 105°C ±1°C，“POM Precision”曲线

PET（聚对苯二甲酸乙二酯）- 4% 市场

• 模具温度： 10-40°C（瓶子）或 120-140°C（预成型）
• 系统： 水冷配冷水机组或油冷
• 流量： 80-120 l/min（瓶子）或 25-35 l/min（预成型）
• 冷却时间： 12-20 s（瓶子）或 40-70 s（预成型）
• ΔT 最佳： 2-3°C
• 注意： 瓶子极快周期，冷却至关重要
• Tederic 参数： 温控器 15°C + 冷水机组，“PET Bottle Fast”曲线

PEEK（高性能）- 2% 市场

• 模具温度： 180-220°C（最高）
• 系统： 专高温油冷
• 流量： 15-25 l/min
• 冷却时间： 60-120 s（很长）
• ΔT 最佳： 4-6°C
• 注意： 极端温度，能源成本高 3-5 倍，航空、医疗
• Tederic 参数： 合成油温控器 200°C ±2°C，“PEEK High-Temp”曲线

案例研究：周期时间缩短 43% - 大波兰地区公司

以下介绍一个真实案例，一家波兰公司优化了 Tederic 注塑机模具冷却，实现了显著节省。

公司： 大波兰地区化妆品包装制造商
产品： PP 小罐 50mml 带盖（2 个模具，每个 8 型腔）
机器： 2 台 Tederic D120
年产量： 2,400,000 件

优化前状态：

• 周期时间： 28 s 秒（其中冷却 18 s = 64%）
• 模具温度： 45°C（水温控器无优化）
• ΔT： 8°C（过高 - 冷却无效）
• 流量： 12 l/min（过低）
• 热相关缺陷： 4,2%（变形、缩痕）
• 月产量： 154,000 件（6000h / 28s × 8 型腔）

实施变更：

第一阶段：冷却系统审计（第1周）

• 在8个点测量模具温度 - 识别出型腔间不均匀性 ±8°C
• 冷却通道分析 - 在3个通道中检测到水垢沉积（流量下降 40%）
• 控制器检查 - PT100传感器偏差 +3°C（错误读数）

第二阶段：维护与修复（第2周）

• 柠檬酸冲洗通道 10% 持续6小时 - 清除沉积物
• 更换过滤器芯（堵塞程度 70%）
• PT100传感器校准（偏差 < 0,5°C）
• 成本：2,500 PLN（人工 + 材料）

第三阶段：Tederic 参数优化（第3周）

• 增加流量：12 l/min → 28 l/min（新泵 0,75 kW → 1,5 kW）
• 降低模具温度：45°C → 38°C（PP更快结晶）
• ΔT 优化后：8°C → 3°C（有效换热）
• 在Tederic控制器上设置“PP Fast Cycle”曲线
• 成本：3,800 PLN（泵）+ 1,200 PLN（配置）

第四阶段：周期时间优化（第4周）

• 逐步减少冷却时间：18 s → 14 s → 10 s（监控质量）
• 调整保压：+8% 压力以消除短冷却下的缩痕
• 新周期时间：28 s → 16 s（减少 43%）
• 短射缺陷：4,2% → 0,8%（减少 81%）

6 个月后结果：

• 周期时间： 28 s → 16 s（减少 43%）
• 月产量： 154,000 → 270,000 件（+75%）
• 废品率： 4,2% → 0,8%（材料年节省 81,600 PLN）
• 能耗： 增加 12%（新泵），但单位成本 -38%

投资ROI：

• 总成本： 7,500 PLN（维护 + 泵 + 配置）
• 额外产量： 116,000 件/月 × 0,35 PLN 利润率 = 40,600 PLN/月
• 废品减少： 6,800 PLN/月
• 总节省： 47,400 PLN/月 = 568,800 PLN/年
• ROI： 7,500 / 47,400 = 0.16 个月（约 5 天）

关键结论：

• 问题往往无需新设备 - 维护和参数优化即可解决
• ΔT > 5°C 为警报信号 - 冷却效率低下
• 流量比温度更重要 - 湍流确保高效换热
• Tederic 文档和曲线加速后续模具优化

如何选择冷却系统？决策树

选择合适的 注塑模具冷却系统 取决于多种因素。以下决策树将帮助您做出正确决策。

问题1：所需模具温度是多少？

• < 90°C → 水冷（转至问题2）
• 90-150°C → 标准油冷
• > 150°C → 高温油冷（合成油）

问题2：年产量规模如何？

• < 10,000 件 → 传统冷却（钻孔通道）
• 10,000-100,000 件 → 关键零件考虑等通道冷却
• > 100,000 件 → 等通道冷却经济合理（ROI 12-24 个月）

问题3：质量要求如何？

• 标准（±0,1-0,2 mm） → 6-9 kW 水温控制器，精度 ±3°C
• 严格（±0,05 mm） → PID 调节控制器，精度 ±1°C
• 超精密（±0,02 mm） → 等通道冷却 + 多点监测 + ±0,5°C 控制器

问题4：投资预算多少？

• 基础（8,000-15,000 PLN） → 单工位 6 kW 水温控制器
• 中等（15,000-40,000 PLN） → 12 kW 油温控制器带通讯
• 高级（60,000-150,000 PLN） → 多通道 + 等通道冷却模仁

问题5：生产中主导塑料是什么？

• PP、PE、PS、ABS → 标准水冷，6-12 kW 控制器
• PC、PMMA（透明） → 精度 ±1°C 水冷
• PA、POM、PBT（工程塑料） → 推荐油冷
• PEEK、PPS、LCP（高性能） → 合成油冷必备

典型中国工厂推荐：

• 80% 应用： Tederic 9 kW 水温控制器带PID调节，范围10-90°C，成本12,000-18,000 PLN
• 15% 应用： Tederic 12 kW 油温控制器，范围90-200°C，成本25,000-35,000 PLN
• 5% 应用： 高产量精密生产用等通道冷却

维护与保养 - 计划表

正确维护 冷却系统 确保工艺稳定和长寿命。疏忽维护会导致周期时间增加15-30% 并提前磨损部件。

每日（5 分钟）：

• 目视检查模具接头泄漏
• 检查水箱液位（MIN与MAX之间）
• 验证显示屏温度 - 是否保持 ±2°C
• 检查泵压力 - 稳定4-6 bar

每周（15 分钟）：

• 清洗控制器进水过滤网
• 检查快接连接
• 测试 HIGH TEMP 和 LOW LEVEL 报警
• 检查柔性管路（裂纹、磨损）

每月（1-2小时）：

• 更换或清洗机械过滤器芯
• 检查水pH值（7,0-8,5）-超出范围有腐蚀风险
• 模具冷却通道泄漏测试（压力 6 bar，降压 < 0.2 bar/10 分钟）
• 检查 PT100 传感器精度（偏差 > 2°C → 重新校准）

每季度（4-6小时）：

• 用柠檬酸清洗板式换热器 5%
• 检查泵噪音水平（增加 10 dB → 问题）
• 检查柔性管路状态
• 分析最近 3 个月的温度趋势

每年（全面检查 - 1-2天）：

• 完全更换冷却介质（水每年一次，油每2-3年）
• 用柠檬酸冲洗模具通道 10% 持续4-8小时
• 由授权服务重新校准控制器
• 检查循环泵（叶轮、密封、轴承）
• 检查加热元件（绝缘电阻 > 2 MΩ）
• 电气检查（紧固端子、热成像、漏电保护器）

需要定期更换的耗材：

• 过滤器芯： 每 3-6 个月，成本 50-150 PLN
• 快接 O 型圈： 每 3-6 个月，成本 3-8 PLN/个
• 泵密封： 每 3-5 年，成本 200-600 PLN
• PT100传感器： 每 3-5 年，成本 150-400 PLN
• 电加热器： 每 5-8 年，成本 800-2000 PLN
• 柔性管路： 每 3-5 年，成本 80-200 PLN/米

年度维护成本： 3,000-8,000 PLN /个控制器（包括零件+人工），仅占无效冷却成本的2-5%（每年200,000-500,000 PLN）。

冷却优化 ROI - 计算

模具冷却优化是注塑生产中最具成本效益的投资之一。下面我们为典型场景提供详细的 ROI 计算。

场景1：维护和参数优化（最低成本）

• 投资： 5,000-10,000 PLN（冲洗通道、更换过滤器、校准、新泵）
• 效果： 周期时间减少15-25%，热缺陷下降40-60%
• 年度节省（年产值 100,000 s 兹罗提）： 80,000-150,000 PLN
• ROI： 1-2 个月

场景2：新温度控制器

• 投资： 12,000-35,000 PLN（水基或油基控制器 Tederic）
• 效果： 精度 ±1°C 取代 ±5°C，过程稳定，消除质量波动
• 年度节省： 50,000-120,000 PLN（缺陷减少+更好重复性）
• ROI： 3-6 个月

场景3：Conformal cooling（战略投资）

• 投资： 50,000-150,000 PLN（3D打印模芯）
• 效果： 周期时间减少30-50%，翘曲消除50-80%
• 年度节省（年产值 200,000 s 兹罗提）： 120,000-250,000 PLN
• ROI： 12-24 个月

与其他投资比较：

• 新注塑机 Tederic： 400,000-800,000 PLN，ROI 3-5 年
• 冷却优化： 10,000-50,000 PLN，ROI 1-6 个月
• 成本效益： 冷却投资回报快10-20倍，成本仅为其1/10

ROI 计算公式：

• 额外产量 =（当前产量 × 周期时间减少[%]）× 单件利润
• 缺陷减少 = 当前缺陷% × 减少[%] × 年度产量价值
• ROI [个月] = 投资 /（额外产量 + 缺陷减少）/ 12

总结和下一步行动

注塑模具冷却是成型过程的核心环节，占周期时间60-70%，决定制品质量。高效冷却系统是提升产能、质量和竞争力的战略投资。

指南关键结论：

• 周期时间60-70%是冷却 - 优化潜力最大
• 系统类型： 水冷（5-90°C，70% 安装成本）、油冷（90-300°C）、conformal cooling（时间减少20-50%）
• ΔT = 2-4°C 是黄金法则 - 更高值表示低效
• 诊断： 85% 热问题归为6类，每类有具体解决方案
• 案例： 周期时间减少 43%，ROI 5天内实现，额外 568,800 PLN/年
• 维护： 3,000-8,000 PLN/年避免损失200,000-500,000 PLN/年
• 优化 ROI： 1-6 个月（比新注塑机快10-20倍）

下一步行动：

1. 现行系统审计 - 在4-6点测量温度，记录 ΔT，检查流量
2. 问题识别 - 使用本指南诊断矩阵
3. 维护 - 冲洗通道、更换过滤器、校准传感器
4. 参数优化 - 根据塑料调整温度和流量
5. 文档记录 - 在 Tederic 系统记录每套模具的最佳参数
6. 监测 - 跟踪温度趋势，检测系统退化

如果您计划优化注塑工艺或更新注塑机设备，请联系 TEDESolutions 的专家. 作为 Tederic 的授权合作伙伴，我们提供：

• 免费冷却系统审计（适用于 Tederic 客户）
• 根据生产特点选配温控器
• 操作员冷却参数优化培训
• 实施 conformal cooling 的技术支持

另请查看我们关于 注塑缺陷及其消除、注塑模具与精密注塑 以及 TCO 和注塑机能效 的文章。