我們在考慮壓鑄模具的設(shè)計(jì)和使用時(shí)，往往較多的是考慮如何生產(chǎn)出幾何形狀符合要求的鑄件。如果我們換一個(gè)觀測點(diǎn)，從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)來看壓鑄機(jī)，把它看作是一個(gè)熱量交換器，一方面我們把熔融的金屬注入模具型腔內(nèi)，在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的熱量，促使模具的溫度提高；另一方面，模具通過傳導(dǎo)，輻射以及對流的方法其中包括我們對模具的噴及水冷吸收部分熱量，使模具溫度下降，經(jīng)過一段時(shí)間，在二者的作用下在一溫度達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，這時(shí)模具的溫度就不上也不下降，這一個(gè)平衡點(diǎn)的溫度對穩(wěn)定生產(chǎn)是很重要。鑄造質(zhì)量和生產(chǎn)率在很大程度上取決于模具熱控制能力，這已經(jīng)被越來越多的壓鑄工作者所認(rèn)識。
假設(shè)每一次壓射合金液帶給模具的熱量為Q0，在頂出鑄件時(shí)由鑄件帶走的熱量為Q1，積蓄到模具上的熱量為Q2，冷卻水帶走的熱量為Q3，通過噴凃，對流和傳導(dǎo)給壓鑄機(jī)的熱量為Q4，那么我們可以得出：Q0=Q1+Q2+Q3+Q4 或者 Q0-Q1=Q2+Q3+Q4
在進(jìn)入熱量平衡狀態(tài)后，模具就應(yīng)是停留在一個(gè)固定的溫度，即Q2=0，因此上式也可以寫成：Q0-Q1=Q3+Q4=常數(shù)
在考慮對模具進(jìn)行熱平衡時(shí)，先要確定這個(gè)平衡點(diǎn)的溫度是多少才是合理，由于模具各個(gè)部位存在溫度梯度，而且在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)溫度也是變化的，為了現(xiàn)場測量的方便，可以把取出鑄件時(shí)型腔附近的模具表面溫度來作為平衡點(diǎn)的溫度（以幾個(gè)測量點(diǎn)的平均溫度），考慮到鑄件壁厚的差別，這個(gè)平衡點(diǎn)應(yīng)該控制在合金澆注溫度的40%—50%的范圍內(nèi)。以使用ZL102合金生產(chǎn)鑄件為例，設(shè)定其澆注溫度為6500C，那么模具的溫度根據(jù)鑄件的壁厚應(yīng)控制在2600C到3250C內(nèi)，如是薄壁零件應(yīng)控制在上限，厚壁零件控制在下限，模溫低于2600C時(shí)，易產(chǎn)生夾渣，冷隔，縮裂等鑄造缺陷，模溫超過3250C，合金的冷凝速度將變慢，鑄件容易產(chǎn)生縮孔，氣孔和粘模的現(xiàn)象。這里有個(gè)矛盾，因薄壁鑄件需要模具溫度較高些，而鑄件由于薄壁金屬液具有的熱量很少，難以保持較高的模溫，相反厚壁鑄件希望模溫低，由于鑄件壁厚熱量大而難以保持較低的模溫，這就需要在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)根據(jù)鑄件的形狀，各部位的要求和生產(chǎn)周期來綜合考慮。如對薄壁鑄件在考慮冷卻前，先通過增加遠(yuǎn)端的集渣包來提高模溫，然后再用冷卻水來保持模溫。在實(shí)際的生產(chǎn)中往往出現(xiàn)由于模具的冷卻能力不足，操作者采用延長噴澮時(shí)間來降低模溫。使生產(chǎn)過程的控制增加了不穩(wěn)定因素，這樣就增加了操作的周期，又不必要的浪費(fèi)了涂料，還由于在一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)周期內(nèi)模具溫度變化過大而加大模具熱疲勞產(chǎn)生的應(yīng)力，提前出現(xiàn)開裂從而降低模具壽命。
為了能自動控制平衡點(diǎn)的溫度，對要求比較高的模具型腔內(nèi)應(yīng)設(shè)置利用熱電偶來控制制冷卻水管電磁閥開關(guān)的溫度自動控制裝置。
在設(shè)置模具冷卻系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮模具總體的熱平衡，如何確定模具總體的熱平衡，我們可以用傳熱學(xué)的公式進(jìn)行計(jì)算：
Q0=mC（T1-T2）
其中m—為單位時(shí)間內(nèi)注入模具的合金總質(zhì)量（含澆排系統(tǒng)的質(zhì)量）
C—為合金的熱容量
T1，T2—為合金澆入時(shí)和開模時(shí)的溫度
由于熱量通過輻射和對流的方法帶走的相對較少，約占Q0的5%，而模具通過傳導(dǎo)傳給壓鑄機(jī)的熱量約占Q0的35%，在確定冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候可以作為不變的因素來考慮，把剩余的熱量都由用水做介質(zhì)的冷卻管來帶走，則單位時(shí)間需要的冷卻水量為：
Ｍ=BQ0×0.6/ C2(T3-T4)
其中C2—為水的熱容量
T3—出水溫度
T4—進(jìn)水溫度
B—常取0.95
由此可求出需要的水道的總傳熱面積:
A=BQ0×0.6/KAΔtT
其中K—為水對管壁的鏡膜傳熱系數(shù)
Δt—為冷卻水的溫差，一般計(jì)算取200C
T—冷卻時(shí)間
由此我們可以根據(jù)需要的水道的總面積求出保持熱平衡時(shí)冷卻水管的數(shù)量，長度和直徑。但是這種計(jì)算是很繁瑣的，在當(dāng)前使用的各種CAE軟件中，都已經(jīng)能很好的對模具的熱平衡模擬和計(jì)算，能夠幫助設(shè)計(jì)者準(zhǔn)確的確定冷卻水管的位置和數(shù)量，這已經(jīng)成為今后模具設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。但要想使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，則必需先對鑄件和模具建立數(shù)學(xué)模型才能進(jìn)行。這對國內(nèi)一般的模具生產(chǎn)工廠來說由于模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡管已經(jīng)使用了CAD，但還是停留在二維設(shè)計(jì)階段，加之模具生產(chǎn)周期緊，人員素質(zhì)等原因，目前還很難做到使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)模擬。同時(shí)由于壓鑄生產(chǎn)中的很多不確定因素，如冷卻水溫，水壓的變動，噴涂時(shí)間的隨意性，冷卻水管的設(shè)計(jì)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)的份量還很重要。
根據(jù)粗略的計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)對冷卻水管的設(shè)置也能滿足一般模具的要求，可按下面的方法進(jìn)行：對于一次澆注合金總量（含澆排系統(tǒng)，下同）在150克以下時(shí)，可只對澆口和分流錐進(jìn)行冷卻；一次繞注合金總量在150克—250克時(shí)，除了澆口套和分流錐進(jìn)行冷卻外應(yīng)在動定模的澆口附近各設(shè)置一個(gè)1/4”的冷卻道或2個(gè)點(diǎn)冷卻；一次澆注合金總量在250克—500克時(shí)，應(yīng)在動定模產(chǎn)品靠近內(nèi)澆口附近再增加一個(gè)1/4”的冷卻道或2—3個(gè)點(diǎn)冷卻；大于500克時(shí)，再相應(yīng)增加冷卻水道或改變冷卻水道的形狀，把直道變成“L”形或“U”形，把管徑改為3/8“從而增加冷卻面積。對于模具上較大的滑塊和大于25mm受熱較大的型芯也應(yīng)設(shè)置直道冷卻或點(diǎn)冷卻。冷卻管離型腔或澆道的距離一般在20-32mm，在分流錐和內(nèi)澆口處熱量集中處可近一點(diǎn)，但小也要大于冷卻管的直徑。
點(diǎn)冷卻在和直道冷卻相比時(shí)，在相同冷卻面積時(shí)冷卻效率能大一倍，故更多的用于澆道，內(nèi)澆口，鑄件厚大及突出部位的冷卻。點(diǎn)冷卻由于數(shù)量較多，為了拆裝模具方便應(yīng)設(shè)置集水管以方便操作，排水用的集水管位置應(yīng)高于模具，使模具內(nèi)的冷卻水管經(jīng)常注滿，把澆口套，分流錐和澆口部分的點(diǎn)冷卻水路設(shè)計(jì)成獨(dú)立而越來越受到重視。在有些不便使用水冷卻的型芯上，可以考慮設(shè)置熱管，因熱管的傳熱效果是模具鋼的十多倍，但由于采購上的困難還是很少采用。
一個(gè)好的壓鑄冷卻設(shè)計(jì)方案還需要正確的使用方法才能有效果，推薦的冷卻水的使用方法順序開啟，逐步到位，具體操作如下；冷模具在初生產(chǎn)的幾模僅給沖頭通水，幾模以后應(yīng)給澆口套和分流錐通少量的水，十模以后給內(nèi)澆口附近的水管或點(diǎn)冷卻通水并加大澆口套和分流錐的水量，之后逐步打開鑄件的遠(yuǎn)端冷卻水管，并根據(jù)出水口的水溫上逐步加大冷卻水量，使之達(dá)到平衡溫度點(diǎn)。要注意動定模出水口的水不溫，盡量使三者溫差要小，要均勻。生產(chǎn)時(shí)水路不要中斷，停機(jī)時(shí)要關(guān)掉水管。要避免冬季在模溫很高時(shí)突然通入溫度很低的水，這時(shí)往往是模具提前開裂的原因之一。壓縮冷卻水應(yīng)使用軟水，硬水會發(fā)生水垢，降低壓鑄冷卻效率，嚴(yán)重的會堵塞冷卻孔使至完全失效。