技術通報 300期_電子式冷熱媒分流器用於塑膠射出成型的模具溫度控制 2024.07.01

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參考資料

塑膠射出成型的模具溫度控制，通常利用冷熱液不斷通過模具，來確保模具保持在固定溫度。 如果冷熱液通過模具的流量不足或是水溫不如預期，就無法有效將模具保持在所需求之溫 度。模溫機廠商可以根據模具與產品的尺寸大小，換算出適當模溫機規格；然而射出成型的使用 者利用過往經驗或是用計算模擬得知需求，但目前對於高值化產品需求，需要比以往模溫機輸出 控制溫度要求更為精密，目前高值化塑膠射出成型產線上，模具溫度控制是一個重要的因素，會 影響產品的品質和生產效率。傳統的模具溫度控制方法使用變面積流量計來調節流量，但這種方 法無法真正監測溫度和流量。近年來發展，電子式冷熱媒分流器，對於監測和控制冷熱調整參數 已成為新的一種趨勢。
關鍵詞：流量調控、紊流、節能
電子式調控閥體模組有以下優點：
　　可以實現對製程監控，特別是在3C、光學、醫療、汽車等產業，需要求更高的模具均溫性關鍵 製程參數調控。確保穩定的調變流量控制，即使模具溫度有波動，也可以根據零件資料儲存所選 設定之參數做即時模具溫度上的調控。
在決定正確的流量時，需要追求兩個目標：

1. 紊流：這確保了模具和熱交換介質之間良好的熱傳導。
2. 溫度分佈均勻：這可以通過最小化公母模區域壁溫之間的差異來實現。溫差（ΔT）是模具內溫度 分佈均勻性的衡量標準。受控電子式冷熱媒分流器系統可以選擇性地對單獨控制每個迴路的流量 或溫差。ΔT（溫度升高或降低）控制的優點是可以自動調整單組冷熱迴路各自所需的流量調控。
   建議設置靠近模具安裝電子式冷熱媒分流器測量溫差，可以減少管路傳遞熱損失量，且測量數值 與模具中實際量測的溫差較接近。

以下是一些具體的建議：

• 使用電子式冷熱媒分流器來監測和控制冷卻參數。
• 在決定流量時，考慮紊流和溫度分佈均勻性兩個目標。
• 使用電子式冷熱媒分流器控制來自動調整每個冷卻迴路各自所需的流量與溫度控制。
• 電子式冷熱媒分流器是一種使用電子閥體來調控冷熱媒流速和溫度的設備。它主要由以下幾個 部分組成：電子控制閥：用於控制冷熱媒的流量。溫度感測器：用於監測冷熱媒的溫度。控制 單元：用於接收溫度感測器的信號，並根據製程需求設定控制值，控制電子閥體的開度是對流 速參數調整。

電子式冷熱媒分流器的主要優點包括：

• 精確度高：電子控制閥可以精確的控制冷熱媒的流量，從而確保溫度控制的精確度。可靠性高： 電子控制系統具有很高的可靠性，可以長時間穩定運行。容易使用：電子式冷熱媒分流器通常配 備液晶顯示屏和按鍵，操作簡單易懂，解決人員依據經驗手動調整操作，降低人為操作失誤率等。
• 電子式冷熱媒分流器可以廣泛應用於塑膠射出成型產業中，電子式冷熱媒分流器主要用於控制模 具的均溫性。通過精確控制模具溫度調控，可以提高產品的品質、縮短生產週期、以達節省能源。

以下是電子式冷熱媒分流器的應用示例：
　　在塑膠射出機中，電子式冷熱媒分流器用於控制模具的溫度。是在模具中，電子式冷熱媒分流 器用於控制模具的冷熱系統。在橡膠製品生產中，電子式冷熱媒分流器用於控制橡膠製品的硫 化溫度。
　　隨著電子控制技術的發展，電子式冷熱媒分流器的功能和性能也在不斷進步。未來，電子式冷熱 媒分流器將得到更廣泛的應用。
模具中電子冷熱液分流器的主要功能：

• 精確的溫度控制：電子冷卻液分流器利用電子閥體來精確調節冷熱液流量不同模具部分。這確保 模具溫度保持在一個狹窄的範圍內，防止過熱或過冷。
• 均勻的模具冷與熱分佈：通過控制冷與熱液體流量，電子式冷熱媒分流器可促進整個模具的均勻 加熱或冷卻。可以大幅度地減少了整個模具的溫度變化，降低了最終產品的翹曲、開裂或其他缺 陷的風險。
• 提高產品品質：一致均勻的冷與熱溫度有助於提高產品品質。通過保持所需的模具溫度，電子冷 與熱液分配器有助於確保塑膠產品沒有缺陷，具有均勻的尺寸，並得出最佳的物理性能。

模具流道中冷與熱的紊流：
在模具冷卻的背景下，紊流是指冷卻液在模具冷卻流道內的混亂和不規則流動模式。這種流動狀 態的特點是形成渦流和渦流，從而增強了冷卻液和模具表面之間的傳導與對流交換。

紊流對模具內管路冷與熱的好處：

1. 增加冷卻與熱傳遞：紊流通過增加暴露於冷卻劑的表面積和破壞邊界層來促進有效的熱傳遞， 從而抑制層流中的熱傳導，下圖一為兩種流體在管道內流動行為示意圖。
2. 提高冷卻與加熱均勻性：紊流有助於冷卻液更均勻地分佈在整個冷卻通道中，從而減少模具內 的溫度變化並最大限度地減少熱點。
3. 縮短循環時間：模具的熱傳遞速度更快，冷卻時間更短，進而提高了生產率。
4. 提高產品品質：一致和均勻的模具溫度有助於通過降低翹曲、收縮和殘餘應力的風險來提高產 品品質。

影響模具冷卻與熱傳遞紊流的因素：

1. 雷諾數（Re）：雷諾數是一個無因次量，用於表徵流體流動中慣性力與粘性力的比值。雷諾數 越高，表示紊流的可能性越大，就一般的平滑圓管管流而言：Re<2100層流管流、Re>4000 紊流管流、2100
2. 通道幾何形狀：冷卻通道的形狀和尺寸會影響紊流的發生。急轉彎、橫截面積的突然變化和表 面粗糙度會促進紊流。
3. 冷卻液流量：增加冷卻液流速通常會增加雷諾數，從而更有可能發生紊流。
4. 冷卻液特性：冷卻液的粘度和密度會影響其流動行為和紊流傾向。

藉由軟體分析實現模具冷卻與熱傳遞的最佳紊流：

1. 計算流體動力學（CFD）類比：CFD模擬可用於分析流動模式並識別模具冷卻通道內的潛在紊 流區域。
2. 實驗研究：實驗測試可以為實際條件下的實際流動行為和熱傳導特性提供有價值的見解。
3. 設計優化：基於CFD類比和實驗研究的結果，可以優化冷卻通道的設計，以促進所需區域的 紊流。
4. 冷卻液選擇：選擇具有適當粘度和密度的適當冷卻劑會影響流動行為和紊流的發生。
5. 流量控制：調節冷和熱媒體流速可用於控制雷諾數並達到所需的紊流水準。

　　經過考慮這些因素並採用適當的設計和控制策略，可以在模具冷卻與熱傳遞中實現最佳紊 流，從而改善熱傳遞、縮短循環時間並提高產品品質。
　　流量控制軟體是用於優化塑膠射出成型中應用模具溫度控制過程的工具。它採用獨特的控制 演算法，根據實際數據連續調節溫度控制冷與熱單元中泵浦速度。這種動態方法確保冷卻液流量 精確匹配冷卻要求，從而顯著節省能源使用並減少對環境的影響。
　　以目前國際主要的電子式冷熱媒分流器來說明，大多數知名的模溫機廠都有生產製作電子 式冷熱媒分流器，目前主要的生產多數都是歐系為主其中包含德國：吉维克的（integrat direct R 如下圖二所示）、奧地利：恩格爾的（e-flomo如下圖三所示）與威猛巴頓菲爾的（Flowcon plus如下圖四所示）、瑞士：雷格洛普拉斯的（multiFlow multiple distributor systems如下 圖五所示）、義大利： IECI 的（PIONEER III 如下圖六所示）
　　國內目前已知廠商有推出相關產品則有信易電熱機械股份有限公司的智能流量調節器如下圖 七所示為SIFR(A)-400 系列產品。
流量控制軟體的主要特點：
　　自適應流量控制：根據即時溫度數據持續調整泵浦速，確保最佳冷卻液流量和能源效率。預測控 制：利用預測演算法來預測未來的冷卻需求，防止過冷和不必要的能源消耗。數據驅動優化：分 析歷史數據並識別模式，以進一步完善控制策略並增強節能效果。

使用流量控制軟體的好處：
　　降低能耗：在溫度控制過程中實現高達85% 的節能，顯著降低運營成本和環境影響。提高產品 品質：一致性和精確的溫度控制確保實現相同的產品品質，最大幅度的減少了缺陷和廢品。提高 生產效率：優化的冷卻週期可縮短循環時間並提高整體生產效率。環境責任：顯著減少二氧化碳 排放，有助於降低整體碳足跡，促進可持續發展。

 

▋ 結語
　　全球塑膠溫度控制器市場的研究報告分析目前市場狀況，並提供對產業市場趨勢的見解。在 預測期內，塑膠溫度控制器市場預計將以10%的複合年增長率增長。塑膠溫度控制器行業的一 些主要市場趨勢包括對節能和先進溫度控制系統的需求不斷成長，對製造過程中的自動化和智慧 化控制的日益漸增，以及各行各業越來越多的採用產業發展策略與措施。

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▋ 參考資料

1. 第七章黏性流體之流動FM7.pdf(ncu.edu.tw)
2. https://www.technotrans-solutions.de/
3. https://www.engelglobal.com/
4. https://www.wittmann-group.com.tw/
5. https://www.regloplas.com/
6. https://www.iecionline.com/
7. https://www.shini.com/tw/products_i_Intelligent_Flow_Regulator-SIFRA.html
8. https://www.linkedin.com/pulse/plastics-temperature-controllers-market-report-reveals-latest-5isnc/