【金型の加熱・冷却時間を手軽に評価】簡易シミュレーションツールを公開しました

金型の加熱時間・冷却時間をサッと見積もりたい──
そんなときに便利な ブラウザで動く軽量シミュレーションツール を作成しました。

金型の質量・比熱・表面積・加熱パワーなどを入力すると、
温度が何分で上がるか／下がるか をグラフで直感的に確認できます。

金型設計、成形条件の初期検討、設備立ち上げ時の目安づくりとして活用できます。

このツールでできること

• 質量 m、比熱 c、表面積 A、対流熱伝達率 h から熱容量と冷却・加熱速度を計算
• 加熱パワー（ヒーター）や負のパワー（強制冷却）を入力可能
• 温度履歴をリアルタイムにグラフ化
• 到達時間（目標温度に何秒で到達するか）の自動計算
• CSV 出力（Excel解析や検証に便利）
• シングルHTMLファイルだから、社内ネットでもそのまま使える

計算モデル（集中定数系モデル）

ツールは以下の1次元 lumped-capacity（集中定数系）モデルを使用しています。$$\frac{dT}{dt}=\frac{P – hA(T – T_{\mathrm{env}})}{mc}$$

• P：加熱パワー [W]（負の値で冷却を表現）
• $h$：対流熱伝達率 [W/m²K]
• $A$：表面積 [m²]
• $T_{\mathrm{env}}$​：周囲温度 [℃]
• $m$：質量 [kg]
• $c$：比熱 [J/kgK]

「集中定数系モデル」とは、金型全体の温度が常に一様であると仮定した近似モデルです。内部の温度分布は計算せず、金型全体を「一つの温度を持つかたまり」として扱います。この近似はビオ数（Bi = hL/k）が0.1以下のとき精度が高くなります。

このモデルのメリットは以下の通りです。

• CPU負荷がほぼゼロ
• 初期検討の時間スケール判断には十分
• パラメータ感度（質量・面積・h の影響）を素早く理解できる

というメリットがあります。

使い方

1. 金型の 質量（kg） を入力
2. 材料の 比熱（J/kgK） を入力
   • 鋼：450〜500
   • アルミ：880
3. 表面積 A（m²）
4. 対流熱伝達率 h（W/m²K）
   • 自然対流：10〜20
   • 強制空冷：50〜200
5. 加熱パワー P（正で加熱、負で冷却）
6. 初期温度・周囲温度
7. 目標温度（到達時間を自動表示）
8. 「実行」を押すとグラフが更新

活用シーンの例

• 金型の予熱時間の見積もり：ヒーター容量と金型質量から昇温にかかる時間を概算
• 成形サイクル改善のための冷却時間の感度分析：hや表面積を変えると冷却時間がどう変わるかを確認
• 設計初期段階での冷却水ライン必要能力の検討（概算）
• 材料変更（鋼→アルミ）での温度応答の違いを確認：比熱・密度の違いによる昇温速度の差を比較
• 加熱ヒーターの容量選定の目安：目標温度・目標時間からPの必要値を逆算

実際の画面（UIイメージ）

• 入力フォーム（左）
• 結果サマリ
• 温度履歴グラフ
• CSV出力ボタン

ブラウザだけで動き、インストール不要です。

🔧 金型加熱・冷却時間シミュレーションツール

制限・注意事項

このモデルは簡易なため、次のような用途には不十分です：

• 金型内部の温度分布を知りたい
• 冷却水流路の詳細設計
• 成形サイクル全体を高精度にシミュレーション
• 金型の複合材・多層構造など

金型内部の温度分布が重要な場合は、1次元非定常熱伝導シミュレーターも合わせてご参照ください。こちらは厚さ方向の温度分布を差分法で計算するため、より詳細な解析が可能です。

まとめ

金型の加熱・冷却挙動をざっと見たいときに便利な 軽量シミュレーションツールを公開しました。

• 計算が軽く、パラメータ変更のフィーリングをつかみやすい
• 「どれくらいの時間スケールか？」がすぐ分かる
• ブラウザだけで使えるオールインワンHTML

初期検討の段階で「ヒーター容量はこれで足りるか」「冷却に何分かかるか」を素早く確認するツールとして、ぜひ活用してください。

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