طراحی حرارتی قالب ( نگرشی ساده برای کاهش چرخه تولید )

در قالب گیری تزریقی، دمای قالب نسبت به دمای محیط افزایش می یابد تا به یک دمای ثابت برسد. بنابراین حداقل زمان مورد نیاز برای سرد کردن نیز افزایش می یابد. بهبود طراحی گرمایی قالب، زمان سرد کردن را بهینه خواهد کرد و در نتیجه آن مقدار نهایی زمان چرخه تولید کاهش می یابد. 
هدف از انجام این کار توسعه دادن نرم افزاریست که توانایی شبیه سازی چند چرخه را داشته باشد و همزمان، زمان شبیه سازی را با دقت بالایی با روند چرخه ها هماهنگ کند. در این تحقیق سه نمونه مورد مطالعه قرار گرفته اند که یکی از آنها در آزمایشگاه نویسندگان انجام شده و دوتای دیگر در یک مجموعه ماشین سازی مورد آزمون قرار گرفته است. 
قالب گیری تزریقی رایج ترین فرایند برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی است. این روش مزایای زیادی دارد از جمله: دقت (صحت)، تولید بالا، زمان تولید کم و انعطاف پذیری فرایند. در بازارهای فوق رقابتی امروز، کیفیت عالی و زمان تولید کم از ملزومات موفقیت است. در قالب گیری تزریقی بیش ترین زمان تولید صرف سرد کردن قطعه می شود. متأسفانه اغلب قالب سازان هر بار که قالب جدیدی را می سازند از روش سعی و خطا برای پیدا کردن زمان سردسازی مکفی استفاده می کنند. کاهش دادن بیش از حد زمان سردسازی تأثیر نامطلوبی بر کیفیت قطعه می گذارد. قطعه ای که نادرست سرد شده باشد ایرادهایی از قبیل تاول، تغییر شکل های ناخواسته و تاب برداشتن و … خواهد داشت و اگر فرایند سردسازی را خیلی محتاطانه زیاد در نظر بگیریم، تأثیرات نامطلوبی بر روند اقتصادی تولید خواهیم گذاشت و چیزی که به پیچیدگی مسأله می افزاید طبیعت تکراری فرایند است. به عنوان یک نتیجه منطقی، شرایط قالب از ابتدا تا زمانی که قالب به یک حالت پایدار گرمایی برسد تغییر میکند. پس حداقل زمان سردسازی مورد نیاز تا زمانی که دمای قالب به یک دمای تعادل برسد افزایش پیدا می کند. به طور کلی تا زمانی می توان شبیه سازی انتقال حرارت سه بعدی را با استفاده از بسته های نرم افزاری المان محدود، برای پیش بینی کردن وضعیت دمایی قالب استفاده کرد که حالتی مشابه حالت پایدار برای قالب ایجاد شود، در آن صورت به راحتی می توان زمان خنک سازی مورد نیاز را پیش بینی کرد؛ اگرچه بنابر پیچیدگی اغلب قالب ها استفاده از این روش کاری، زمان زیادی را طلب می کند. 
هدف کلی این پروژه توسعه راهکارهای ساده برای پیش بینی دمای قطعه و تخمین زدن کمترین زمان سردسازی مطمئن با استفاده از شبیه سازی انتقال حرارت یک بعدی و ایجاد کردن قانون ها یا خط‌ مشی‌هایی است درباره این که چگونه می توان این روش کاری را برای قطعات پیچیده نیز به کار برد. ما در این مقاله ابتدا روش کار را ارائه کرده و سپس نتیجه عملی را با جواب های پیش بینی شده توسط نرم افزار در قالب های ساده و پیچیده مقایسه می کنیم. 
طرح: 
چرخه گرمایی در فرایند قالب گیری تزریقی می تواند به دو قسمت تقسیم گردد: گرم کردن بسیار تا دمای ذوب آن و به دنبال آن تزریق بسپار ذوب شده به داخل حفره (Cavity) و سردسازی قطعه برای افزایش استحکام و جدا کردن آن از قالب. در فرایند قالب گیری تزریقی زمان چرخه به چند بخش تقسیم می شود: پر کردن، سرد کردن، باز شدن قالب، پراندن قطعه و بستن قالب. ما در این تحقیق برای تجزیه و تحلیل کردن اهداف؛ زمان چرخه را به سه گام تقسیم کردیم . گام اول مراحل پرکردن و سردکردن را نمایش می دهد. گام دوم مراحل باز شدن قالب و پران را نمایش داده است. به دلیل چسبیدن قطعه به یک طرف قالب؛ شرایط دمایی متفاوتی برای هر یک از دو نیمه قالب وجود دارد. گام نهایی تأخیر در تزریق را قبل از مرحله پرکردن را نشان می دهد. فرض شده که قالب در شروع تحلیل ها کاملاً پر شده باشد.  همچنین قطعه در جایی که ترموکوپل واقع شده است به کناره قالب چسبیده است. بنابراین هیچ افت دمای ناگهانی در وقتی که قالب جدا می شود مشاهده نشده است. دو برآمدگی کوچک روی منحنی فشار نشانگر جداشدن قالب و پراندن قطعه می باشد (ثانیه 21ام و 28ام علامت گذاری شده اند)
هدف، تولید قطعاتی با کیفیت خوب در شرایط حالت پایدار است. چرخه های تزریق متعددی برای قالب لازم است تا به یک دمای تعادل برسد. تعداد چرخه های مورد نیاز برای رسیدن به چرخه ای ثابت به این بستگی دارد که چقدر طراحی دمایی قالب خوب باشد. برای اینکه وضعیت دمایی قالب را همان طور که در طول زمان توسعه می یابد پیش بینی کنیم، نیاز است که مدل شبیه سازی مناسبی داشته باشیم. در صورتی که یکی از سه وجه قطعه در مقایسه با دو وجه دیگر خیلی کوچک تر باشد؛ می توانیم معادله تعادل حرارتی سه بعدی را به یک معادله یک بعدی ساده تر کنیم. این مورد برای اغلب قطعاتی که بوسیله فرایند قالب گیری تزریقی ساخته می‌شوند صادق است.