Moldex3D仿真分析之塑件冷却时间理论计算

在实务上，为了能完整的重现射出成型结果，我们建议使用Moldex3D进行完整的成型分析，以利于掌握所有细节。不过在投入时间进行建模与分析前，过去科学家们已经利用各项理论计算出：特定情况下的理论数值，并将其转化为标准计算公式。例如计算非牛顿流体在特定浇口尺寸与外型下，不同流率对应的剪切率；或是计算指定厚度下，平板的冷却时间与温度分布等。对此MHC也整合这些理论公式，并建立互动接口，供用户方便进行理论计算。我们将使用两个理论数值计算的案例进行说明。

图一 利用MHC设计估算器，能立刻利用经典理论求得指定参数的理论值

塑件冷却时间理论计算

在射出成型中，冷却时间是影响产品质量与产能的重要因素。在成型周期中，冷却到开模并取出塑件将占据绝大部分的时间，若能正确的评估冷却时间，将有效的提高产能，降低时间成本。塑料是热的不良导体，塑件的厚薄将会影响冷却效率。为了能正确的评估不同塑件厚度下的冷却时间，科学家们针对平板塑件在模座中的冷却行为进行完整的分析，包含塑件平均温度降温到顶出温度所需的时间，塑件在特定时间下的温度分布等等，推导出的平板冷却时公式如图二所示。

图二 平板平均温度达顶出温度的理论公式

利用MHC设计估算器的｢塑件冷却时间｣功能，为方便计算平板塑件的理论冷却时间，用户可以直接从材料数据库中导入材料参数：包含材料的热性质与加工条件，并依需求调整计算的塑件厚度区间。估算器会把不同厚度下塑件降至顶出温度的时间计算出来，并绘制该时间点距离中心位置的温度分布曲线图。

图三 MHC设计估算器的｢塑件冷却时间｣中，可以直接导入材料库数据

图四 MHC估算器能绘制：(1)不同厚度塑件的冷却时间评估与(2)达冷却时间时的温度分布

浇口剪切率理论计算

塑料在充填过程中会发生剪切生热，过大的剪切率会导致塑料异常高温，进一步发生裂解或黄化现象。浇口的横截面通常是整个零件最小的区域，使该处常伴随着最大剪切率。因此在浇口尺寸优化上，其中一项重要的考虑因素就是浇口最大剪切率。在选定浇口尺寸时，若浇口过大将导致冷却时间的增加，进而影响产能；而如果浇口过小，则会使保压效果降低，也容易使塑料流过浇口时剪切率过大。因此设计浇口尺寸时，评估最大剪切率至关重要。利用MHC设计估算器的｢浇口剪切率｣功能，用户可以藉由调整浇口尺寸，用公式计算出不同流率下标准的网关型浇口跟圆型浇口剪切率数值，圆形浇口的计算公式如下图五所示。

图五 圆形浇口与网关型浇口的剪切率理论公式

图六 不同流率与浇口外型/尺寸下的剪切率计算结果

总结

透过设计估算器，在进行搭建模型并进行完整的模流分析之前，使用者可以先藉由经典理论来初步评估浇口尺寸、冷却时间等问题的理论值。MHC将各种经典理论公式计算出的结果以可视化的方式呈现、并搭配简易的输入接口，方便用户在不需深入了解理论基础的情况下，也能快速计算出理论值，以利进行CAE模拟之前对于各项成型参数能完成初步的评估。