冷卻系統建模

基本概念

本章教程演示前處理與模擬分析一個具有冷卻系統的模型。程序共分為四個部分：開始、建立冷卻系統、設定成型條件、執行分析與查看結果。

本章教學所涵蓋的功能如下表所列：

位置	圖標	功能
主頁簽	范例	點擊開啟可直接開啟范例所在的文件夾
	材料	經由材料樹狀表中開啟材料精靈并選取材料
	成型條件	開啟加工精靈設定成型條件
	分析順序	選取或調整分析順序
	開始分析	開啟計算管理員并提交分析工作
	結果	切換至結果頁簽并使用后處理工具
模型頁簽	模座	開啟模座精靈建立模座與設定尺寸
	冷卻水路	開啟水路配置精靈加入并調整配置冷卻水路
	進水/出水	軟件自動指定冷卻水路的進水及出水口
	檢查冷卻水路	尋找水路的缺陷并提供自動修復
網格頁簽	生成	開啟邊界層網格精靈生成表面與實體網格
	最終檢查	檢查模型是否有缺陷，若沒問題則確定模型
結果頁簽	切片	檢視自定義平面穿過的結果項分布
	歷程	繪制結果項的全部或探針數據與時間的相關圖
	比較	切割顯示窗口并同時顯示不同項目
	同步視角 / 結果 / 范圍	使比較中的切割窗口間視角、結果或范圍一致
模型樹狀表		顯示 / 隱藏模型組件
專案樹狀表	復制組別	復制成新組別并選擇是否帶入先前的信息全部檔案
	結果	開啟結果樹形圖選擇與檢視分析結果

1. 準備開始

開啟 Moldex3D Studio 并在主頁簽中點選范例 (或開啟) 即可開啟一個項目 (文件格式為MRM，儲存位置默認為Moldex3D\2021\Samples\Solid\Injection\Gear)。在模型樹狀表中，目前在組別1中僅有塑件與流道系統，尚未有冷卻系統，亦及理想冷卻模型在整個成型過程中會將模溫假設為常溫。為使模穴、模座及塑件成型有更精確的熱交換分析，需要建立冷卻系統后，利用冷卻分析再模擬。首先，在項目模型樹中對著組別1右鍵單擊并選擇復制組別，選取只有組別信息后點選確定，接著會看到新組別成立并已經內建相同的模型與設定供調整。

2. 建立冷卻系統

產生模座

在模型頁簽中點選模座即可產生模座，由于重新調整模型，因此需重新仿真分析。接著按下繼續 (不同于上一步的復制組別) 將會開啟模座精靈。軟件會根據塑件尺寸自動建立模座邊界框用以定義適合的冷卻系統區域。確認模座大小(預設) 與開模方向 (Z軸向) 無誤后，即可按下確認鍵。

加入冷卻水路

模座建立好之后，單擊冷卻水路并調整相關參數如方向、管徑、水路間距、與塑件間距等(如下圖所示)。在水路配置精靈中，點選下一步(箭頭)后，取消勾選在塑件的上面并按下確認鍵。

再一次單擊冷卻水路，在跳出對話框中選取產生一組新的水路，按下確定后會開啟水路配置精靈。調整相關參數 (如下圖所示) 并按確認鍵 (由于先前已在塑件的下面產生水路，此步驟僅會產生在塑件上面的水路)。進出水口及水路的方向在水路生成時就會自動定義(若無則點擊進水/出水會自動建立并在精靈中列出，調整后按下確認鍵即可)。

生成網格

接著換到網格頁簽并點選生成開啟產生BLM精靈。此時會跳出對話框詢問是否保留附屬實體網格，點選是以保留塑件與流道，且精靈中相對應的項目會打勾。點選精靈中的生成鍵后即會產生冷卻系統的網格模型，完成后再點選網格頁簽中的最終檢查，系統檢查完成后會跳出網格已準備完成的對話框，此時點選繼續即完成模型準備工作。在模型樹形圖中，可以自行調整顯示/隱藏特定的組件取得較適合的圖面呈現(例如將模座取消勾選即可隱藏并可看見內部的其他組件)。

3. 準備完整分析

設定充填成型條件

回到首頁簽，點選成型條件開啟加工精靈，將會跳出一個窗口，這時請選擇新建并基于目前的設定，將所有條件保留與復制組別來源相同并點選充填/保壓頁簽中的進階設定鍵。在模具熱邊界設定頁簽中可以設定熔膠與模穴壁面的熱交換作用。將模穴熱傳部分選取由熱傳系數并手動調整參數。減少流動參數 (依數值：3000 W/m^2K) 代表著小塑件的快速充填條件，接著點選確認即可。

設定冷卻成型條件

接著換到冷卻設定頁簽并點選冷卻水路/加熱棒進行冷卻系統的設定。在冷卻水管的表列中，減少EC1的流量 (將120 改成 60 cm^3/sec) 表示非理想的冷卻設定，接著點選全部更新為目前設定將所有水管的參數調整一致。接著點選確認鍵回到加工精靈中選擇完成，將會顯示此一加工條件檔案已成功的儲存于項目內，并點選確定。

4. 開始冷卻分析

提交分析作業

在主頁簽中分析順序的下拉選單里選取 完整分析 –C F P C W，接著單擊計算參數開啟計算參數精靈，因為增加了模座與水路，導致當前組別與復制前不一致，因此會挑出一個窗口說明目前設定可能與模模，加工條件不一致，這時請選僅重置不一致設定。在冷卻分析 –C 頁簽當中勾選執行水路分析(進行冷卻水管網絡分析)后點選確認。單擊計算管理員開啟計算管理并提交此次模擬工作。當所有分析皆顯示已完成，接著便可檢視此次分析的結果。

 檢視冷卻結果

分析程序結束后，組別2的項目樹狀表中會新增原本組別(組別1)所沒有的結果項。由于已經建立冷卻系統，且分析順序加入冷卻分析(C)，因此有一組與冷卻結果相關的分析結果可供檢視。展開冷卻結果并單擊溫度，即可于顯示窗口中檢視按照溫度圖例所繪出的溫度分布圖。更進一步檢視內部的溫度分布而非僅表面溫度分布，可以透過單擊結果頁簽中的切片開啟檢視工具(切片頁簽)。在切片頁簽中，啟用一個平面(YZ)并設定數字(3)顯示截面的分布結果。在顯示窗口中檢視結果后，可按離開關閉任意后處理工具。

在項目樹形圖的冷卻結果項中，有更多不同的結果項目可以檢視，如熔融區域可以檢視塑件是否可以被頂出，模具溫度差則可檢視模穴與模仁冷卻是否平均。除了上述的結果項外，由于在先前計算參數設定中已開啟執行水路分析，因此還有冷卻水路流率可供檢視冷卻水路內部的冷卻行為。

5. 評估冷卻考慮因素

對進澆 口壓預測 的影響

目前組別(組別2)的模型是由原始組別(組別1)加入冷卻系統組件所修改而成。為了評估此改變對成型模擬造成的影響，單擊結果頁簽中的歷程開啟歷程曲線精靈。點選修改過后的組別(組別2)，成型階段選擇充填，數據選擇成型特性。接著在結果項中選擇進澆點壓力并單擊加入(>>)將該項移至繪圖內容清單中并繪出調整過的組別(2)的第一張圖。接著點選原始組別(組別1)并設定與先前相同的設定后再次點選加入繪出原始組別(1)的第一張圖。

接著點選關閉將歷程曲線精靈關閉，便可在顯示窗口中檢視并比較這兩條曲線(若需調整繪制曲線的外觀可將光標移到圖面上并單擊右上角的設定按鍵開啟XY曲線設定精靈)。原始組別(組別1，理想冷卻模式無冷卻模塊)之進澆點壓力整體上些微高于修改過后的組別(組別2，模型中有冷卻組件)，這是由于理想冷卻的假設導致冷卻系統的溫度較低，因此增加熔膠流動黏度；而具有冷卻組件的模型則較接近模座內的真實的情況，并非理想冷卻至室溫。點選右上角的紅色X關閉XY圖。

對充填溫度的影響

選擇項目樹形圖中的充填結果內的溫度，單擊結果頁簽中的比較，并點選該按鍵旁的同步全部。當顯示窗口分割成兩個部分時，啟用原始組別(點選項目樹形圖中的組別1)，顯示窗口中的其中一個(顯示工具欄所在的窗口)分割窗口會自動將另一組別(組別1)的數據帶入并顯示相同的結果項、視角與相同范圍的色桿圖示。

為了進一步觀察結果分布，雙擊色桿圖示的最大值并編輯所需的值(230.336修改為160℃)，接著可以觀察到塑件表面的溫度分布顏色差異更明顯。從比較來看，具有冷卻組件考慮的塑件表面溫度確實高于理想冷卻假設，符合前段具有真實冷卻系統的模型帶來較高溫的結論。

1. 瞬時冷卻分析 

基本概念

本章節教程演示如何準備射出成型的瞬時冷卻分析。程序分為：開始、準備瞬時設定與開始分析。

本章教學所涵蓋的功能如下表所列：

位置	圖標	功能
主頁簽	范例	點擊開啟可直接開啟范例所在的文件夾
	材料	經由材料樹狀表中開啟材料精靈并選取材料
	成型條件	開啟加工精靈設定成型條件
	計算參數	開啟計算參數精靈并設定計算參數
	分析順序	選取或調整分析順序
	開始分析	開啟計算管理員并提交分析工作
	結果	切換至結果頁簽并使用后處理工具
模型頁簽	模座	開啟模座精靈建立模座與設定尺寸
	冷卻水路	開啟水路配置精靈加入并調整配置冷卻水路
網格頁簽	生成	開啟邊界層網格精靈生成表面與實體網格
	最終檢查	檢查模型是否有缺陷，若沒問題則確定模型
結果頁簽	探針	指定探針節點取得并顯示該處的信息
	歷程	繪制結果項的全部或探針數據與時間的相關圖
	設定(XY圖)	開啟設定窗口調整顯示樣式
工具頁簽	鑿切	隱藏所選取的網格
專案樹形圖	結果	開啟結果樹形圖選擇并檢視分析結果

1. 準備開始

加入冷卻系統模型

開啟Moldex3D Studio 并在主頁簽中點選 范例(或開啟)即可開啟一個項目(文件格式為MRM，儲存位置默認為Moldex3D\2021\Samples\Solid\Injection\Gear)。在模型樹狀表中，由于組別1的模形中僅有塑件與流道系統，由于要執行瞬時冷卻分析，因此需要建立冷卻系統。由組別1進行水路系統的建立，當程序偵測到模型被調整時，會跳出對話框詢問是否刪除結果項，此時選擇復制組別即會產生新組別并依序設定模座、冷卻水路系統(使用默認值)。

網格與材料

在網格頁簽中單擊生成，程序會跳出對話框詢問是否保留附屬網格，選擇是并在生成精靈中單擊生成鍵開始生成冷卻系統(剩余項目)的網格。當所有網格項目皆顯示已完成，單擊最終檢查確認模型準備完成并單擊確定回到主頁簽。在主頁簽中單擊材料并選擇相同的材料(ABS_STYLACVA29)，接著將成型條件設定為新建并基于目前的設定，接著會有新的對話框顯示新的加工程序檔案以建立完成，而加工精靈亦在此時開啟。

2. 準備瞬時設定

冷卻程序設定

在加工精靈中單擊下一步使設定與先前相同，但冷卻方式調整為瞬時并單擊冷卻水路/加熱棒，此時會跳出窗口說明更改冷卻方式可能導致 "冷卻水路/加熱棒" 重置回預設，并按下是。在冷卻進階設定精靈中，設定控制點為2，控制點1-1的時間為充填與保壓時間的總和(0.47+5=5.47)，控制點1-2的時間設定為1-1的時間再加上冷卻時間 (5.47+20=25.47)。將第一個與第三個時間點(0與25.47秒)的溫度增加 (150℃) 并調整冷卻液(油)，其余保持不變，單擊確認、完成結束加工條件設定步驟。

冷卻計算參數

單擊主頁簽中的計算參數開啟精靈，彈出窗口選擇僅重置不一致設定，將光標移至流動/保壓頁簽里輸出檔案次數中的充填結果右側并單擊編輯。在數據編輯中，調整充填分析與保壓分析的數值(5)后單擊確認鍵。接著換到冷卻頁簽并單擊輸出檔案次數右側的編輯(將游標移至該處)。在數據編輯中修改冷卻結果與開模的數值(20與5)后單擊確認鍵。單擊下方計算參數右側的編輯，調整數據編輯中的計算參數(最大周期=10，溫度允許誤差為模座內部最大變異溫度并依據溫度0.1℃)，接著單擊確認鍵離開數據編輯。冷卻計算參數已設定完成，單擊確認鍵關閉計算參數設定。

3. 開始分析瞬時模擬 

 提交分析作業

在主頁簽當中的分析順序下拉式選單里點選瞬時分析 1 –Ct 后點選開始分析即可提交計算任務。當計算管理器顯示分析任務完成后，即可在項目樹形圖中檢視冷卻結果。

溫度歷程曲線

點選結果頁簽中的歷程開啟歷程曲線精靈。選取現在的組別(組別3)，將成型階段選為冷卻，數據調整為成型特性。并點選模穴表面平均溫度將其加入繪圖內容。接著顯示窗口便會繪出繪圖，由繪圖可以看出模穴表面溫度隨著每一個成型周期(充填、保壓、冷卻、開模)以及迭代改變與增加。

注意：此處可以點選XY圖右上角的設定改變顯示的設定或雙擊色桿圖示修改圖例。

為了檢視塑件內部的熱行為，單擊工具頁簽中的鑿切并圈選模型的一半將其隱藏將斷面露出(按ESC鍵即可完成)。點選結果頁簽中的探針并指定塑件斷面的不同位置(內表面、內殼、核心、外殼與外表面)。接著點選歷程再一次開啟精靈，將數據調整為全部探針，結果項為溫度，并將所有節點的探針加入至右側繪圖內容中。新的繪圖結果現在顯示著多條僅有最后一個循環的溫度變化曲線，可以看出充填與開模過程中的升溫、保壓與冷卻階段的降溫。藉由曲線，亦可看出整個成型的過程中，內層的降溫較外層降溫慢(黃線與藍線)。

注意：若僅分析瞬時冷卻(Ct)，假設狀態為不分析充填過程中任何的熱效應，周期開始時熔膠馬上充滿模穴后冷卻。