Moldex3D模流分析之SYNC for SOLIDWORKS的冷却分析

冷却 (Cool)

在射出成型中冷却系统的设计非常重要。理想的冷却系统可以冷却和固化塑件，避免在脱模过程中发生不必要的变形。冷却阶段在整个成型周期占70-80%的时间。一个设计良好的冷却系统可以缩短成型时间，提高产量；相反地，冷却系统和冷却设计不当则是导致翘曲、收缩不均匀和变形的主要原因之一。

经由模具的热传导以及水路中冷却液的热对流，模具的逐渐热释放使得温度下降。这一过程将持续到整个产品完全顶出。在这之后，被顶出的产品继续消散其热能到空气中直到其温度降低至室温，如下图所示。

冷却示意图

从加工的角度来看，熔胶在充填阶段时充填模穴。充填过程会提高模具温度，因为熔胶的热量经由热传导传递到模具壁。一个典型的模具温度变化周期与稳定的冷却剂作用如下图所示。在常规的模具冷却过程中，冷却剂流动会稳定地将热熔胶的热量除去。模具温度呈动态地变化，温度在头几次注塑中周期中显著地升高，反复数个周期后，到达一个稳定状态，在这个时候模具温度的周期性变化并不会偏离平均值太大。在一般情况下，这个偏差值小于 5℃；因此，通常在仿真中采用周期的平均温度 (Cycle-average temperature) 作为模具温度。然而，当涉及到一个复杂非常规的模具温度控制系统，例如有加热棒和变温 (Variotherm) 处理的模具，由于显著温度变化很容易就上升到100℃以上，以瞬时冷却的方法(Transient cool approach) 将更适合来模拟模具的冷却行为。

典型的模温变化周期

此外，射出成型的周期时间包括合模时间、充填时间、保压时间、冷却时间和顶出时间。冷却时间在周期中占最大部分，通常会直接影响整个周期和生产力。当塑件冷却到顶出阶段时，其温度应低于材料热变形的温度 (deflection temperature)，如此才可以避免变形的发生，否则，有可能因为脱模时的外力而发生残留应力的释放，或翘曲变形等严重的问题。冷却过程无论是周期平均(cycle-average)方法或是全瞬时冷却(full transient cool)都非常复杂，使用 Moldex3D 的冷却分析来模拟这个过程可以帮助了解和解决相关问题。

1. 冷却功能导览 (Cool Function Overview)

•Solid模型冷却分析的基本功能 (Basic Functions for Cool Analysis of Solid Model )

Solid模型冷却分析的基本功能如下：

-能力: 解决冷却相关问题，例如：

•冷却时间(Cooling time)

•温度(Temperature)

•密度(Density)

•热通量(Heat flux)

•总散热量(Heat Load)

•冷却效率(Cooling efficiency)

•熔融区域(Melting core)

•瞬时模温行为(Transient mold temperature behavior)

-分析结果(Result analysis): 分析结果可以藉由控制显示设置工具栏(Display Toolbar)在展示窗口(Display Windows)上查看流域分布图标，或是显示XY图( XY Curve)。

2. 全瞬时冷却分析 (Fully Transient Cool Analysis)

如前所述，当传统的冷却系统不再只有冷却功能时，周期平均(cycle-average)方法则不再适用。更具体地说，当系统的周期时间很长时，例如：光学透镜的开发 或 variotherm 模具温度控制机制，必要时使用 全瞬时冷却分析(fully transient cool) 来分析整个周期的行为。

用户可以评估周期平均(cycle-average)方法和全瞬时冷却(full transient cool)方法之间的不同。下图为从一个周期到下一个周期，塑件平均温度会发生改变并逐渐达到稳定状态。如果用户使用周期平均(cycle-average)方法，则会低估真实的塑件温度。

我们可以进一步研究 变温制程(Variotherm process) 如何影响射出塑件的开发。如下图为具有微小特征的射出塑件。若使用传统的射出成型，很难制造出具有尖锐微小特征的塑件。

使用变温制程(Variotherm process)的微小射出成型

经过全瞬时冷却(full transient cool)分析后，我们可以随着时间检查模座内部的温度行为。在充填过程中，变温制程(Variotherm process)会从蒸汽中引入大量热量。如下图所示，内部温度可高达150°C。而这将有助于射出成型达到尖锐的微小特征。

具有瞬时行为的模座，用户可以透过切片功能看见任何时间段的温度条件

此外，当我们用历程曲线来追踪温度的瞬时行为时，可以明显地看见 变温制程(Variotherm process) 将热效应引入系统中。具体来说，使用传统方式，塑件的平均温度约为 25 ~ 30°C，而使用变温制程(Variotherm process)温度则变为 25 ~ 163°C。

透过历程曲线观看，用户可以了解变温制程(Variotherm process)的显著影响