冷卻 (Cool)

在射出成型中冷卻系統的設計非常重要。理想的冷卻系統可以冷卻和固化塑件，避免在脫模過程中發生不必要的變形。冷卻階段在整個成型周期占70-80%的時間。一個設計良好的冷卻系統可以縮短成型時間，提高產量；相反地，冷卻系統和冷卻設計不當則是導致翹曲、收縮不均勻和變形的主要原因之一。

經由模具的熱傳導以及水路中冷卻液的熱對流，模具的逐漸熱釋放使得溫度下降。這一過程將持續到整個產品完全頂出。在這之后，被頂出的產品繼續消散其熱能到空氣中直到其溫度降低至室溫，如下圖所示。

冷卻示意圖

從加工的角度來看，熔膠在充填階段時充填模穴。充填過程會提高模具溫度，因為熔膠的熱量經由熱傳導傳遞到模具壁。一個典型的模具溫度變化周期與穩定的冷卻劑作用如下圖所示。在常規的模具冷卻過程中，冷卻劑流動會穩定地將熱熔膠的熱量除去。模具溫度呈動態地變化，溫度在頭幾次注塑中周期中顯著地升高，反復數個周期后，到達一個穩定狀態，在這個時候模具溫度的周期性變化并不會偏離平均值太大。在一般情況下，這個偏差值小于 5℃；因此，通常在仿真中采用周期的平均溫度 (Cycle-average temperature) 作為模具溫度。然而，當涉及到一個復雜非常規的模具溫度控制系統，例如有加熱棒和變溫 (Variotherm) 處理的模具，由于顯著溫度變化很容易就上升到100℃以上，以瞬時冷卻的方法(Transient cool approach) 將更適合來模擬模具的冷卻行為。

典型的模溫變化周期

此外，射出成型的周期時間包括合模時間、充填時間、保壓時間、冷卻時間和頂出時間。冷卻時間在周期中占最大部分，通常會直接影響整個周期和生產力。當塑件冷卻到頂出階段時，其溫度應低于材料熱變形的溫度 (deflection temperature)，如此才可以避免變形的發生，否則，有可能因為脫模時的外力而發生殘留應力的釋放，或翹曲變形等嚴重的問題。冷卻過程無論是周期平均(cycle-average)方法或是全瞬時冷卻(full transient cool)都非常復雜，使用 Moldex3D 的冷卻分析來模擬這個過程可以幫助了解和解決相關問題。

1. 冷卻功能導覽 (Cool Function Overview)

?Solid模型冷卻分析的基本功能 (Basic Functions for Cool Analysis of Solid Model )

Solid模型冷卻分析的基本功能如下：

-能力: 解決冷卻相關問題，例如：

?冷卻時間(Cooling time)

?溫度(Temperature)

?密度(Density)

?熱通量(Heat flux)

?總散熱量(Heat Load)

?冷卻效率(Cooling efficiency)

?熔融區域(Melting core)

?瞬時模溫行為(Transient mold temperature behavior)

-分析結果(Result analysis): 分析結果可以藉由控制顯示設置工具欄(Display Toolbar)在展示窗口(Display Windows)上查看流域分布圖標，或是顯示XY圖( XY Curve)。

2. 全瞬時冷卻分析 (Fully Transient Cool Analysis)

如前所述，當傳統的冷卻系統不再只有冷卻功能時，周期平均(cycle-average)方法則不再適用。更具體地說，當系統的周期時間很長時，例如：光學透鏡的開發 或 variotherm 模具溫度控制機制，必要時使用 全瞬時冷卻分析(fully transient cool) 來分析整個周期的行為。

用戶可以評估周期平均(cycle-average)方法和全瞬時冷卻(full transient cool)方法之間的不同。下圖為從一個周期到下一個周期，塑件平均溫度會發生改變并逐漸達到穩定狀態。如果用戶使用周期平均(cycle-average)方法，則會低估真實的塑件溫度。

我們可以進一步研究 變溫制程(Variotherm process) 如何影響射出塑件的開發。如下圖為具有微小特征的射出塑件。若使用傳統的射出成型，很難制造出具有尖銳微小特征的塑件。

使用變溫制程(Variotherm process)的微小射出成型

經過全瞬時冷卻(full transient cool)分析后，我們可以隨著時間檢查模座內部的溫度行為。在充填過程中，變溫制程(Variotherm process)會從蒸汽中引入大量熱量。如下圖所示，內部溫度可高達150°C。而這將有助于射出成型達到尖銳的微小特征。

具有瞬時行為的模座，用戶可以透過切片功能看見任何時間段的溫度條件

此外，當我們用歷程曲線來追蹤溫度的瞬時行為時，可以明顯地看見 變溫制程(Variotherm process) 將熱效應引入系統中。具體來說，使用傳統方式，塑件的平均溫度約為 25 ~ 30°C，而使用變溫制程(Variotherm process)溫度則變為 25 ~ 163°C。

透過歷程曲線觀看，用戶可以了解變溫制程(Variotherm process)的顯著影響