射出成型的模具溫度控制，通常利用冷卻液不斷通過模具，來確保模具保持在固定溫度。 如果冷卻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指定溫度。模溫機廠商可以根據模座與塑件的尺寸大小，換算出適當模溫機規格；然而射出成型CAE模擬的使用者，要如何評估模溫機有足夠能力維持模溫？以下將說明使用模流分析軟體評估模溫機的原則。

圖一 模溫機與模具水管示意圖

水管的流量與壓力關係

模擬過程中要控制冷卻水路的液體流動，通常可以設定兩種邊界條件種類：流量或壓力。在流量方面，當冷卻液在水管內流動時，進水口與出水口的流量必定是相等的，使用者只要量測水管一端流量，就可知另一端流量，所以流量是較容易掌握的水管邊界條件。至於壓力方面，水管進水口壓力會大於出水口壓力，便是此壓力差才產生流動現象。使用Moldex3D模流分析軟體，出水口壓力默認值則為零，使用者只需要設定進水口的壓力邊界，此壓力值就會等於進出水口壓力差。如果繪製水管流量與壓力關係圖，可以看見壓力差越大、流量就越大，大約呈現正比關係(如圖二)。

圖二 水管流量與壓力關係

除了壓力差之外，流動阻力也是影響流量的因素之一，流動阻力會隨著幾種條件改變，例如：水管管徑、水管長度、管壁光滑度、冷卻液性質及流量等等。這些關係可以參考達西–威斯巴哈方程式(Darcy–Weisbach equation)的各種參數得知(圖三)。

圖三 達西─威斯巴哈方程式

模溫機的流量與壓力關係

模溫機是幫助冷卻液流動，並且穩定冷卻液溫度的機器。模溫機裡面裝有幫浦，是推動冷卻液流動的動力來源。與水管流量壓力關係不同，模溫機幫浦輸出壓力越大，流量輸出越小；流量越大，輸出壓力就越小。當我們在閱讀模溫機規格書時，可以看見最大流量及最大壓力值，須注意這兩個條件並不會同時發生。 如果繪製模溫機流量與壓力關係圖，可以看見壓力與流量呈現反比(如圖四)。

圖四 模溫機幫浦流量與壓力關係

從射出成型模擬找出模溫機需求

在射出成型模擬之中進行水管分析，可以取得每根水管的流量與壓力差。水管的總流量代表模溫機必須提供的流量；而水管之中的最大壓力差，代表模溫機必須提供的最小壓力。評估時我們將水管總流量及最大壓力差的座標位置，標在模溫機流量與壓力關係圖中。這個座標位置如果落在模溫機流量與壓力關係線之下，代表模溫機可以提供足夠流量及壓力；這個座標位置如果落在關係線之上，代表模溫機無法提供足夠流量及壓力(圖五)。Moldex3D最新發布的R17版本中已可提供冷卻水管的流量、壓降以及模具散熱的資料，藉由應用幫浦性能曲線，也可進一步評估模溫機的性能是否足夠。

圖五 模溫機可負載區域

模擬注意事項

在射出成型模擬過程之中，往往使用大流量作為理想水管條件；如果換算模溫機需求，將會得到一個很大量值。所以如果想要精確換算，最好參考自家模溫機流量規格，作為水管邊界條件值，避免預估過大。 除了流量壓力之外，模溫機冷卻與加熱能力也是評估模溫機的參數。模擬過程中，使用者可以查閱水管的熱負載量值，比對模溫機規格書內的冷卻與加熱能力，只要模溫機冷卻能力大於模擬水管的熱負載量值，或是模溫機加熱能力大於模擬水管的負數熱負載值，就可以視為符合需求。Moldex3D提供查閱功能，使用者可在CSV檔取得整理過後的需求資訊(圖六)。模擬技術可為使用者提供一定的參考值，在實務上評估模溫機有很大的幫助。

圖六 Moldex3D水管壓力、流量及冷卻能力需求