Moldex3D模流分析之冷却系统建模

冷却系统建模

基本概念

本章教程演示前处理与模拟分析一个具有冷却系统的模型。程序共分为四个部分：开始、建立冷却系统、设定成型条件、执行分析与查看结果。

本章教学所涵盖的功能如下表所列：

1. 准备开始

开启 Moldex3D Studio 并在主页签中点选范例 (或开启) 即可开启一个项目 (文件格式为MRM，储存位置默认为Moldex3D\2021\Samples\Solid\Injection\Gear)。在模型树状表中，目前在组别1中仅有塑件与流道系统，尚未有冷却系统，亦及理想冷却模型在整个成型过程中会将模温假设为常温。为使模穴、模座及塑件成型有更精确的热交换分析，需要建立冷却系统后，利用冷却分析再模拟。首先，在项目模型树中对着组别1右键单击并选择复制组别，选取只有组别信息后点选确定，接着会看到新组别成立并已经内建相同的模型与设定供调整。

2. 建立冷却系统

产生模座

在模型页签中点选模座即可产生模座，由于重新调整模型，因此需重新仿真分析。接着按下继续 (不同于上一步的复制组别) 将会开启模座精灵。软件会根据塑件尺寸自动建立模座边界框用以定义适合的冷却系统区域。确认模座大小(预设) 与开模方向 (Z轴向) 无误后，即可按下确认键。

加入冷却水路

模座建立好之后，单击冷却水路并调整相关参数如方向、管径、水路间距、与塑件间距等(如下图所示)。在水路配置精灵中，点选下一步(箭头)后，取消勾选在塑件的上面并按下确认键。

再一次单击冷却水路，在跳出对话框中选取产生一组新的水路，按下确定后会开启水路配置精灵。调整相关参数 (如下图所示) 并按确认键 (由于先前已在塑件的下面产生水路，此步骤仅会产生在塑件上面的水路)。进出水口及水路的方向在水路生成时就会自动定义(若无则点击进水/出水会自动建立并在精灵中列出，调整后按下确认键即可)。

生成网格

接着换到网格页签并点选生成开启产生BLM精灵。此时会跳出对话框询问是否保留附属实体网格，点选是以保留塑件与流道，且精灵中相对应的项目会打勾。点选精灵中的生成键后即会产生冷却系统的网格模型，完成后再点选网格页签中的最终检查，系统检查完成后会跳出网格已准备完成的对话框，此时点选继续即完成模型准备工作。在模型树形图中，可以自行调整显示/隐藏特定的组件取得较适合的图面呈现(例如将模座取消勾选即可隐藏并可看见内部的其他组件)。

3. 准备完整分析

设定充填成型条件

回到首页签，点选成型条件开启加工精灵，将会跳出一个窗口，这时请选择新建并基于目前的设定，将所有条件保留与复制组别来源相同并点选充填/保压页签中的进阶设定键。在模具热边界设定页签中可以设定熔胶与模穴壁面的热交换作用。将模穴热传部分选取由热传系数并手动调整参数。减少流动参数 (依数值：3000 W/m^2K) 代表着小塑件的快速充填条件，接着点选确认即可。

设定冷却成型条件

接着换到冷却设定页签并点选冷却水路/加热棒进行冷却系统的设定。在冷却水管的表列中，减少EC1的流量 (将120 改成 60 cm^3/sec) 表示非理想的冷却设定，接着点选全部更新为目前设定将所有水管的参数调整一致。接着点选确认键回到加工精灵中选择完成，将会显示此一加工条件档案已成功的储存于项目内，并点选确定。

4. 开始冷却分析

提交分析作业

 检视冷却结果

分析程序结束后，组别2的项目树状表中会新增原本组别(组别1)所没有的结果项。由于已经建立冷却系统，且分析顺序加入冷却分析(C)，因此有一组与冷却结果相关的分析结果可供检视。展开冷却结果并单击温度，即可于显示窗口中检视按照温度图例所绘出的温度分布图。更进一步检视内部的温度分布而非仅表面温度分布，可以透过单击结果页签中的切片开启检视工具(切片页签)。在切片页签中，启用一个平面(YZ)并设定数字(3)显示截面的分布结果。在显示窗口中检视结果后，可按离开关闭任意后处理工具。

在项目树形图的冷却结果项中，有更多不同的结果项目可以检视，如熔融区域可以检视塑件是否可以被顶出，模具温度差则可检视模穴与模仁冷却是否平均。除了上述的结果项外，由于在先前计算参数设定中已开启执行水路分析，因此还有冷却水路流率可供检视冷却水路内部的冷却行为。

5. 评估冷却考虑因素

对进浇 口压预测 的影响

目前组别(组别2)的模型是由原始组别(组别1)加入冷却系统组件所修改而成。为了评估此改变对成型模拟造成的影响，单击结果页签中的历程开启历程曲线精灵。点选修改过后的组别(组别2)，成型阶段选择充填，数据选择成型特性。接着在结果项中选择进浇点压力并单击加入(>>)将该项移至绘图内容清单中并绘出调整过的组别(2)的第一张图。接着点选原始组别(组别1)并设定与先前相同的设定后再次点选加入绘出原始组别(1)的第一张图。

接着点选关闭将历程曲线精灵关闭，便可在显示窗口中检视并比较这两条曲线(若需调整绘制曲线的外观可将光标移到图面上并单击右上角的设定按键开启XY曲线设定精灵)。原始组别(组别1，理想冷却模式无冷却模块)之进浇点压力整体上些微高于修改过后的组别(组别2，模型中有冷却组件)，这是由于理想冷却的假设导致冷却系统的温度较低，因此增加熔胶流动黏度；而具有冷却组件的模型则较接近模座内的真实的情况，并非理想冷却至室温。点选右上角的红色X关闭XY图。

对充填温度的影响

选择项目树形图中的充填结果内的温度，单击结果页签中的比较，并点选该按键旁的同步全部。当显示窗口分割成两个部分时，启用原始组别(点选项目树形图中的组别1)，显示窗口中的其中一个(显示工具栏所在的窗口)分割窗口会自动将另一组别(组别1)的数据带入并显示相同的结果项、视角与相同范围的色杆图示。

为了进一步观察结果分布，双击色杆图示的最大值并编辑所需的值(230.336修改为160℃)，接着可以观察到塑件表面的温度分布颜色差异更明显。从比较来看，具有冷却组件考虑的塑件表面温度确实高于理想冷却假设，符合前段具有真实冷却系统的模型带来较高温的结论。

1. 瞬时冷却分析 

基本概念

本章节教程演示如何准备射出成型的瞬时冷却分析。程序分为：开始、准备瞬时设定与开始分析。

本章教学所涵盖的功能如下表所列：

1. 准备开始

加入冷却系统模型

网格与材料

在网格页签中单击生成，程序会跳出对话框询问是否保留附属网格，选择是并在生成精灵中单击生成键开始生成冷却系统(剩余项目)的网格。当所有网格项目皆显示已完成，单击最终检查确认模型准备完成并单击确定回到主页签。在主页签中单击材料并选择相同的材料(ABS_STYLACVA29)，接着将成型条件设定为新建并基于目前的设定，接着会有新的对话框显示新的加工程序档案以建立完成，而加工精灵亦在此时开启。

2. 准备瞬时设定

冷却程序设定

在加工精灵中单击下一步使设定与先前相同，但冷却方式调整为瞬时并单击冷却水路/加热棒，此时会跳出窗口说明更改冷却方式可能导致 "冷却水路/加热棒" 重置回预设，并按下是。在冷却进阶设定精灵中，设定控制点为2，控制点1-1的时间为充填与保压时间的总和(0.47+5=5.47)，控制点1-2的时间设定为1-1的时间再加上冷却时间 (5.47+20=25.47)。将第一个与第三个时间点(0与25.47秒)的温度增加 (150℃) 并调整冷却液(油)，其余保持不变，单击确认、完成结束加工条件设定步骤。

冷却计算参数

单击主页签中的计算参数开启精灵，弹出窗口选择仅重置不一致设定，将光标移至流动/保压页签里输出档案次数中的充填结果右侧并单击编辑。在数据编辑中，调整充填分析与保压分析的数值(5)后单击确认键。接着换到冷却页签并单击输出档案次数右侧的编辑(将游标移至该处)。在数据编辑中修改冷却结果与开模的数值(20与5)后单击确认键。单击下方计算参数右侧的编辑，调整数据编辑中的计算参数(最大周期=10，温度允许误差为模座内部最大变异温度并依据温度0.1℃)，接着单击确认键离开数据编辑。冷却计算参数已设定完成，单击确认键关闭计算参数设定。

3. 开始分析瞬时模拟 

 提交分析作业

在主页签当中的分析顺序下拉式选单里点选瞬时分析 1 –Ct 后点选开始分析即可提交计算任务。当计算管理器显示分析任务完成后，即可在项目树形图中检视冷却结果。

温度历程曲线

点选结果页签中的历程开启历程曲线精灵。选取现在的组别(组别3)，将成型阶段选为冷却，数据调整为成型特性。并点选模穴表面平均温度将其加入绘图内容。接着显示窗口便会绘出绘图，由绘图可以看出模穴表面温度随着每一个成型周期(充填、保压、冷却、开模)以及迭代改变与增加。

注意：此处可以点选XY图右上角的设定改变显示的设定或双击色杆图示修改图例。

为了检视塑件内部的热行为，单击工具页签中的凿切并圈选模型的一半将其隐藏将断面露出(按ESC键即可完成)。点选结果页签中的探针并指定塑件断面的不同位置(内表面、内壳、核心、外壳与外表面)。接着点选历程再一次开启精灵，将数据调整为全部探针，结果项为温度，并将所有节点的探针加入至右侧绘图内容中。新的绘图结果现在显示着多条仅有最后一个循环的温度变化曲线，可以看出充填与开模过程中的升温、保压与冷却阶段的降温。藉由曲线，亦可看出整个成型的过程中，内层的降温较外层降温慢(黄线与蓝线)。

注意：若仅分析瞬时冷却(Ct)，假设状态为不分析充填过程中任何的热效应，周期开始时熔胶马上充满模穴后冷却。