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
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