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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳文凱
研究生(外文):Kevin
論文名稱:液體輔助射出成型件之表面光澤探討
論文名稱(外文):A Study of the Surface Glossy Difference of Liquid-Assisted Injection Molded Parts
指導教授:劉士榮劉士榮引用關係
指導教授(外文):Shih-Jung Liu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:173
中文關鍵詞:表面光澤差液體輔助射出成型冷卻時間
外文關鍵詞:surface gloss differencewater assisted injection moldedglossmeterRoughness meter
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本研究藉由液體輔助射出成型此項製程探討在工業界使用氣體輔助射出成型所遭遇之表面光澤差現象( Surface Glossy Difference ),此問題乃在成品表面相對於氣道位置與其他部分因光澤不同而有明顯痕跡,造成視覺上的缺陷,影響美觀。然而因為液體輔助射出成型此項創新的生產製程技術有著許多氣體輔助射出成型製程所沒有的優點(較佳的冷卻效果、可獲得較薄的殘留壁厚…..等),所以本研究將利用此項製程技術,針對成品表面光澤差的問題進行深入的研究與探討,並與氣輔做一比較。
為了能有系統的進行表面光澤差現象的探討,本研究設計一組實驗模具與實驗方法,經由單一參數、田口式實驗,找尋各個製程參數對表面光澤差的影響性,並以有限元素軟體ANSYS、C-Mold分析模擬與微觀實驗以瞭解表面光澤差的成因,並加以比較表面光澤差現象在液輔與氣輔製程上的差別。
實驗結果顯示提高模具溫度、減少保壓時間、降低液體壓力、水針孔靠近模面,皆能有助於改善液體輔助射出成型件之表面光澤現象。與氣體輔助射出成型比較下,液體輔助射出成型確實具有較佳的冷卻效果,可縮短冷卻時間約1/10,大幅降低成型週期時間;且從電腦輔助工程軟體分析結果得知與實驗結果趨勢相符合。
This study is devoted to investigating the gloss difference phenomenon occurring on the surface of water assisted injection molded parts. Experiments were carried out on an 80-ton injection-molding machine equipped with a lab scale water injection system, which included a water pump, a water injection pin, a water tank equipped with a temperature regulator, and a control circuit. The material used was pigmented polypropylene. A plate cavity with a rib across the center was used. Various processing variables were studied in terms of their influence on the surface gloss difference of molded parts: melt temperature, mold temperature, melt filling speed, short-shot size, water pressure, water temperature, water hold and water injection delay time. After molding, a glossmeter was used to measure the surface gloss profiles of the parts. Roughness meter and differential scanning calorimeter were also employed to characterize the surface quality of molded parts. In addition, a numerical analysis of the filling stage as well as the cooling stage of the molding process was carried out to better understand the formation mechanism of the surface gloss difference phenomenon. It was found that the surface gloss difference mainly occurs at the rib/plate transition area of molded parts and results from the roughness gradient of parts’ surface. Crystallinity as well as the molecular chain orientation induced by the shear stress in molded materials may also be the factors leading to the gloss difference of molded products.
摘要……………………………………………………………..………...I
目錄………………………………………………………………….…...II
圖目錄…………………………….………………………………….....VI
表目錄………………….……………………….………………..……XIII
第一章 導論………………………….…………………….…………….1
1.1 塑膠材料…………………………………………………………1
1.2 射出成型技術……………………………………………………3
1.3 氣體輔助射出成型………………………………………………6
1.3.1 氣體輔助射出成型之原理…………..…………..…………..6
1.3.2 氣體輔助射出成型之優點及缺點…………………………..8
1.4 液體輔助射出成型……………………………………………..10
1.4.1 液體輔助射出成型之原理…………………………………11
1.4.2 液體輔助射出成型之優點…………………………………15
1.4.3 液體輔助射出成型目前遭遇的問題與限制………………16
1.4.4 液體輔助射出成型目前發展概況…………………………17
1.5 研究動機………………………………………………….…….18
1.6 研究目標………………………………………………………..19
1.7 論文架構………………………………………………………..20
第二章 文獻回顧………………………………………………………21
2.1 液體輔助射出成型相關文獻....………………………………..21
2.2 氣體輔助射出成型及其他射出成型相關文獻………………..23
2.3 文獻總結………………………………………………………..25
第三章 實驗材料與設備………………………………………………26
3.1 實驗描述………………………………………………………..26
3.2 實驗設計………………………………………………………..26
3.2.1 實驗模具之設計製作.….…………………………………..26
3.2.2 實驗材料……….…….……………………………………..30
3.2.3 實驗設備及規格.…….……………………………………..30
3.3 實驗架設………………………………………………………..37
3.4 單一參數………………………………………………………..38
3.5 田口式實驗....…………………………………………………..39
3.5.1 田口式實驗設計..…………………………………………..39
3.5.2 變異數分析…...……...……………………………………..45
3.6 實驗流程及注意事項…………………………………………..48
3.7 實驗數據量測方法…..…………………………………………51
3.7.1 表面光澤差量測.….…………..……………………………51
3.7.2 液輔與氣輔成品之中空截面觀察實驗…..………………..52
3.7.3 表面粗度量測….….…………..……………………………52
3.7.4 不同水針孔位置實驗………………………………………54
3.7.5 成型過程之溫度量測實驗..…..……………………………55
3.8 DSC實驗…..……..........…………………………………………57
3.8.1 不同深度量測…….…………..……………………………58
3.8.2 不同位置量測…….…………..……………………………58
3.8電腦輔助分析軟體模擬…………………………………………59
第四章 實驗結果與討論………………………………………………60
4.1 成品量測結果....………………………………………………..60
4.2 單一參數實驗結果……………………………………………..62
4.3 田口氏實驗討論………………………………………………..76
4.3.1 田口氏實驗結果….…………..……………………………76
4.3.2 表面光澤差分析….…………..……………………………76
4.3.3 結果分析與討論….…………..……………………………80
4.3.4 確認實驗結果…….…………..……………………………81
4.3.5 變異數分析結果….…………..……………………………82
4.4 液輔與氣輔成品之中空截面觀察實驗結果…………………..83
4.5 表面粗度量測結果……………………………………………..85
4.6 水針孔不同位置實驗結果……………………………………..87
4.7 成型過程之溫度量測……..……..……………………………..90
4.8 DSC微觀實驗……………………..……………………………..92
4.8.1 DSC不同深度量測結果………..……………………………92
4.8.2 DSC不同位置量測結果………..……………………………93
4.9 有限元素分析軟體模擬結果.…...……………………………..94
4.9.1 C-Mold有限元素分析模擬結果…………………………....94
4.9.2 液輔成型冷卻模擬分析結果-不同液體溫度..……………99
4.9.3 液輔成型冷卻模擬分析結果-不同水道掏空截面..……..107
4.9.4 液輔與氣輔冷卻模擬分析結果比較…….……………....115
4.9.5 溫度量測實驗結果與數值分析結果比較.……………....124
4.9.6 液輔與氣輔冷卻模擬分析之水溫與氣溫比較.………....126
第五章 結論與未來發展……………………………………………...127
5.1 結論..………..…………………………………………………127
5.2 表面光澤差現象之加工對策與建議…………………………129
5.3 未來發展方向…………………………………………………127
參考文獻……………………………………………………………….130
圖目錄
圖1-1 射出成型過程示意圖…………………………………………….5
圖1-2 氣體輔助射出成型之示意圖…………………………………….7
圖1-3 氣體推動熔膠過程示意圖……………………………………...8
圖1-4 液體輔助射出成型示意圖……………………………………...11
圖1-5 Short shot process………………………………………………...13
圖1-6 Push back process………………………………………………...13
圖1-7 Overflow process………………………………………………...14
圖1-8 Flow process……………………………………………………...14
圖1-9 表面光澤差現象之產品.…………………………………...18
圖3-1 實驗模具尺寸圖………………………………………………...28
圖3-2 實際模具圖……………………………………………………...29
圖3-3 氣針(水針)埋設位置………………………………………...29
圖3-4 台中精機Victor-7000/Vs-80型射出機…………………………30
圖3-5 循環式模溫機…………………………………………………...31
圖3-6 烘料機…………………………………………………………...32
圖3-7 氣體輔助射出設備……………………………………………...33
圖3-8 液體輔助射出設備......………………………………………….34
圖3-9 水針示意圖(1)...…..…………………………………………….35
圖3-10 水針示意圖(2)...……………………………………………….35
圖3-11 光澤量測計.….………………………………………………...36
圖3-12 實驗架設示意圖..……………………………………………...37
圖3-13 控制因素之魚骨圖......………………………………………...41
圖3-14 整體實驗流程圖...…………...………………………………...49
圖3-15 液體輔助射出成型實驗流程圖..……………………………...50
圖3-16 成品光澤量測位置示意..……………………………………...51
圖3-17 表面粗度量測區域..…………………………………………...52
圖3-18 表面粗度儀控制器..……….…………………………………..53
圖3-19 探頭與基座...……………...…………………………………...53
圖3-20 不同水針孔位置示意圖..……………………………………...54
圖3-21 Agilent 34970A 資料擷取器…...……………………………...55
圖3-22 溫度量測位置…………………………………….……………56
圖3-23 DSC示差掃描熱卡量計……………………………………….57
圖3-24 試片取樣示意圖...…………………………...……………..….58
圖3-25 試片取樣示意圖...…………………………………………..…58
圖4-1 液體輔助射出成品...…….……………………………………...60
圖4-2 成品光澤分佈示意圖…..……………………………………….61
圖4-3 光澤曲線分佈圖………………………………………..……….61
圖4-4 射膠溫度之光澤曲線分佈圖…………………………………...66
圖4-5 射膠溫度與表面最大光澤差關係圖………………...…………66
圖4-6 模具溫度之光澤曲線分佈圖…………………………………...67
圖4-7 模具溫度與表面最大光澤差關係圖………………...…………67
圖4-8 射出速度之光澤曲線分佈圖…………………………………...68
圖4-9 射出速度與表面最大光澤差關係圖..………………………….68
圖4-10 射出壓力之光澤曲線分佈圖………………………………….69
圖4-11 射出壓力與表面最大光澤差關係圖..…..…………………….69
圖4-12 液體溫度之光澤曲線分佈圖………………………………….70
圖4-13 液體溫度與表面最大光澤差關係圖……..….………………. 70
圖4-14 保壓壓力之光澤曲線分佈圖………………………………….71
圖4-15 保壓壓力與表面最大光澤差關係圖………………………….71
圖4-16 延遲時間之光澤曲線分佈圖………………………………….72
圖4-17 延遲時間與表面最大光澤差關係圖………………………….72
圖4-18 保壓時間之光澤曲線分佈圖………………………………….73
圖4-19 保壓時間與表面最大光澤差關係圖………………………….73
圖4-20 射出速度之光澤曲線分佈圖………………………………….74
圖4-21 短射尺寸與表面最大光澤差關係圖………………………….74
圖4-22 品質特性回應圖……………..…..…………………………….79
圖4-23 液輔與氣輔成品之中空截面積……………………………….83
圖4-24 液輔與氣輔成品之中空截面放大圖………………………….84
圖4-25 成品內部水道與氣道穿透情形……………………………….84
圖4-26 表面粗度量測區域…………………………………………….85
圖4-27 高低光澤區表面粗度比較圖…...……………………………..86
圖4-28 不同水針孔位置示意圖……………………………………….87
圖4-29 水針孔位置與表面光澤分佈之關係...………………………..88
圖4-30 水針孔位置與表面粗度關係圖……………………………….89
圖4-31 溫度量測位置………………………………………………….90
圖4-32 液體輔助射出成型之溫度降溫趨勢圖……………………….91
圖4-33 氣體輔助射出成型之溫度降溫趨勢圖……………………….91
圖4-34 不同深度位置熱焓值關係圖………………………………….92
圖4-35 不同位置熱焓值關係圖……………………………………….93
圖4-36 溫度分布模擬……………..……………………………….95
圖4-37 剪應力模擬..……………………………………………….96
圖4-38 流動波前模擬……………..……………………………….97
圖4-39 分子流向排列(orientation)模擬……………………………….98
圖4-40 不同液體溫度邊界條件設定………………………………….99
圖4-41 冷卻時間為1秒 (液體溫度50℃)…………..………………100
圖4-42 冷卻時間為1秒 (液體溫度75℃)..…………………………100
圖4-43 冷卻時間為3秒 (液體溫度50℃)…………..………………101
圖4-44 冷卻時間為3秒 (液體溫度75℃)..…………………………101
圖4-45 冷卻時間為5秒 (液體溫度50℃)..…………………………102
圖4-46 冷卻時間為5秒 (液體溫度75℃)..…………………………102
圖4-47冷卻時間為10秒 (液體溫度50℃).…………………………103
圖4-48 冷卻時間為10秒 (液體溫度75℃)…………………………103
圖4-49 冷卻時間為15秒 (液體溫度50℃)…………………………104
圖4-50 冷卻時間為15秒 (液體溫度75℃)…………………………104
圖4-51 冷卻時間為20秒 (液體溫度50℃)…………………………105
圖4-52 冷卻時間為20秒 (液體溫度75℃)…………………………105
圖4-53 冷卻時間為30秒 (液體溫度50℃)…………………………106
圖4-54 冷卻時間為30秒 (液體溫度75℃)…………………………106
圖4-55 掏空面積較小之截面邊界條件設定………………………...108
圖4-56 掏空面積較大之截面邊界條件設定……………………...…108
圖4-57 冷卻時間為1秒 (掏空面積較小).………………………….109
圖4-58 冷卻時間為1秒 (掏空面積較大).………………………….109
圖4-59 冷卻時間為3秒 (掏空面積較小).………………………….110
圖4-60 冷卻時間為3秒 (掏空面積較大).………………………….110
圖4-61 冷卻時間為5秒 (掏空面積較小)..…………………………111
圖4-62 冷卻時間為5秒 (掏空面積較大).………………………….111
圖4-63 冷卻時間為10秒 (掏空面積較小)…………………………112
圖4-64 冷卻時間為10秒 (掏空面積較大)………………………….112
圖4-65 冷卻時間為20秒 (掏空面積較小)…………………………113
圖4-66 冷卻時間為20秒 (掏空面積較大)………………………….113
圖4-67 冷卻時間為30秒 (掏空面積較小)…………………………114
圖4-68 冷卻時間為30秒 (掏空面積較大)………………………….114
圖4-69 液輔截面之邊界條件設定……..…………………………….116
圖4-70 氣輔截面之邊界條件設定…..……………………………….116
圖4-71冷卻時間1秒後之溫度場變化情形 (液輔)..……………….117
圖4-72冷卻時間1秒後之溫度場變化情形 (氣輔)…………..…….117
圖4-73冷卻時間3秒後之溫度場變化情形 (液輔)..……………….118
圖4-74冷卻時間3秒後之溫度場變化情形 (氣輔)…………..…….118
圖4-75 冷卻時間5秒後之溫度場變化情形 (液輔)..………………119
圖4-76 冷卻時間5秒後之溫度場變化情形 (氣輔)..………………119
圖4-77 冷卻時間10秒後之溫度場變化情形 (液輔)……………….120
圖4-78 冷卻時間10秒後之溫度場變化情形 (氣輔)……………….120
圖4-79 冷卻時間20秒後之溫度場變化情形 (液輔)……………….121
圖4-80 冷卻時間20秒後之溫度場變化情形 (氣輔)……………….121
圖4-81 冷卻時間30秒後之溫度場變化情形 (液輔)……………….122
圖4-82 冷卻時間30秒後之溫度場變化情形 (氣輔)……………….122
圖4-83 冷卻時間60秒後之溫度場變化情形 (液輔)……………….123
圖4-84 冷卻時間60秒後之溫度場變化情形 (氣輔)……………….123
圖4-85 液輔比較結果………………..……………………………….124
圖4-86 氣輔比較結果...………………………………………………125
圖4-87 水溫與氣溫比較…………...…………………………………126
表目錄
表3-1 單一參數實驗參數表(PP)………………………………………38
表3-2 田口式水準值參數(PP)……….………………………………...41
表3-3 L18直交表………..………………………………………………44
表3-4 ANOVA變異數分析.……………………………………………47
表3-5 溫度量測實驗參數...……………….…………………………...55
表3-6 材料設定參數…..………………….…………………………...59
表4-1 製程參數對成品表面光澤差之影響…………………………...75
表4-2 實驗數據與S/N值計算結果(PP)...………..…………………...77
表4-3 表面光澤差S/N回應表(PP)……….…………………………...78
表4-4 製程參數對表面光澤差之影響....……………………………...79
表4-5 確認實驗結果……………………….…………………………..81
表4-6 變異數分析結果.……………………………..…………………82
表4-7 表面粗度量測結果…………………………...…………………85
表4-8 表面粗度量測結果……….……………………………………..88
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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