B04 脉冲式冷却之模具温度历程探讨及仿真应证

一、前言

3C(Computer, communication, consumer electronic)产品市场一直随着科技进步而演进，多半有着重量轻、外壳薄以及外型绚丽的特性，但是较为轻薄的成品必定伴随着较大的流动阻力，成品受到温度的影响也随之提升。除此之外当产品的开发周期越来越短，为了因应提升生产速度而使用多点进浇来成型，却会有结构强度的问题发生，例如融合线与残留应力的发生。有融合线处机械强度会较其他部份来的脆弱，而残留应力过大会使得成品成型后受到外力较易毁损。因此为了避免缺陷的发生，一般会采用提高模温使熔胶黏度下降来解决此问题，在提高模温的同时相对的流动性便上升。分子亦具有较长的时间可以结晶，此时产品的成型质量可大幅提升，对于一融合线的强度亦因为成型温度较高，使得分子间的混练程度有所提升。

以此成型参数的改变可确实的改善产品的质量，但是唯一的缺点则是整个成型周期会因冷却时间增加使得整体时间也随之拉长，为了保留高模温之优点以及避免增加成型周期，所以使用动态模温控制来解决所有的问题。动态模温控制包含火焰加热、感应加热、模内镀层以及脉冲式冷却，此技术在充填的过程中，可以瞬间给予一高温于模仁表面，使得熔胶流动性较佳。当进入到冷却阶段时，模具温度提升仅限于模仁表面，所以可以在瞬间就使温度下降而不影响整个成型周期。因此能有效的控制温度历程，就能精准地设定整个成型参数及其切换时间，无庸置疑的对于整个射出成型产业更是一大推力。

二、研究方法

本研究在硬件架构上主要是将传统模温机修改为具有脉冲式冷却之功能之模温机，在控制上面有两种功能，能够自由切换模式去搭配拉伸试片模具(图2)与温度传感器，并且完整的量测出温度历程。对于此温度历程所撷取的数据在于稳定后单周期的升温以及最高温度(图1)，在单周期温升方面主要是为了了解在充填时，模温可以提高多少温度已增加流动性。而在最高温度部分则是能测量出，当我们以一低于传统冷却模温所设计的温度却还是有着相同的模温效果，以至于能达到节省能源的结果。

在实验部分将搭配设计的制程参数(表1)去做试验，其中包含改变料温和模温(表2)。撷取温度的方式，则是将温度传感器埋设在距离模面1mm的位置(图3)，分别记录脉冲式与传统式冷却在模具内连续成型周期的温度变化历程。而冷却方式最大的差别在于脉冲式冷却的冷却水会停滞在模具之内，此时冷却水带走的热量大幅减少反而因为熔胶的热量提升了整体模具的滞热效果。同时分析部份依旧采用相同的制程参数以Moldex3D®做分析，模型的建制配合原实体模具绘制而成(图4)，使用的参数以及材料也忠实呈现与实验相同，以Teijin公司所生产的AD-5503做设定。对于所得到的数据将会搭配实验的结果做相互比对，比较结果是否趋势正确，并且以分析的方式探讨温度历程的真实性是否和实验一致。

三、结果与讨论

在搭配不同的制程参数所得到的结果中，稳定后最高升温在实验部份(图5)能观察出会随着模温及料温而提高，虽然幅度并不明显，但是从数据中有的趋势可以证明，当使用脉冲式冷却可以使模具升高大约3~5℃。相对的以稳定后的单周期温升来看(图6)，在不同之制程参数所得到的结果显示传统式冷却升温范围在2~2.4℃的之间，而脉冲式冷却温升范围则是略高于传统式冷却模温的结果。

就分析的数据显示(图7与图8)，其结果在脉冲与传统式冷却差异并不大，温度差异大约都是在小数点下两位，但是数值以及趋势则是非常贴近于我们实验的结果。而在稳定后最大温度于实验对分析的比较结果显示(图9与图11)，脉冲式冷却确实较传统来的高温，但差异有限。对于单周期温升所显示(图10与图12)，在实验与分析的结果亦如同最高温度的所得到的结论。除此之外对于模具温度整体来说，冷却水路设计并非对称的关系，使得我们在公母模的模仁温度会有些许的差异 (图13与图14)，但是分析显示的是平均温度，所以本身公母模并不具太大的温度差。综合以上的信息可以得到实验设计与分析结果是正确的，使我们将来在使用此制程可以预先知道要怎么去决定成型参数。