臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
近代塑膠製品主要以射出成型為主流，其具備製程多樣性、成本低及量產速度快等優勢，而模溫控制技術為影響品質之關鍵因素。高模溫可有效提升表面品質改善不良缺陷，再搭配動態模溫控制可於充填階段提高模溫並快速冷卻有縮短成型週期之功效，為現今主要發展之關鍵技術。動態模溫中因快速加熱與冷卻使模溫不穩定，影響成品穩定性，因此模具溫度監視與精準加熱控制為主要研究之方向。
本研究中，採感應加熱動態模溫控制，單獨模板加熱與實際成型進行加熱時間(s)及目標加熱溫度(℃)兩種控制實驗。一、控制加熱時間以推估穩定模溫之加熱範圍。二、設定欲達成之目標溫度，隨著溫度變化修正加熱時間，控制達目標溫度之加熱範圍。利用溫度感測器偵測及記錄模溫變化，將動態模溫控制結果與傳統模溫控制比較其模溫穩定性。
研究顯示，單獨加熱模板以固定或不同加熱時間加熱模溫90℃之公母模，因公模冷卻設計較母模佳，故加熱模板之母模平均溫升18℃/s，公模3.9℃/s。比較母模溫度曲線，實際成型較加熱模板之充填溫度高5.7℃。以母模溫度90℃進行三種不同溫控實驗，由實驗結果之溫度曲線比較，目標溫度曲線需166s達穩定平均溫度121.6℃，固定加熱時間控制需266s達穩定平均溫度119.6℃，傳統溫控需1107s達穩定平均溫度96.1℃。目標溫度控制模式較固定加熱時間快達到模溫穩定，易受冷卻效率及低模溫影響，造成大幅溫升溫降情形，固定加熱時間則以漸近且穩定不受冷卻及模溫所影響。由實驗結果可透過模溫監控搭配動態模溫，可達到快速加熱及穩定模溫之成效。

關鍵字:感應加熱、動態模溫控制、射出成型、模溫監控

ABSTRACT
In this Study, both mold surface temperature monitoring and electromagnetic induction heat controlling combined with software controlling are developed to achieve a dynamic mold surface steady temperature.
The temperature sensor was installed on away from 1mm of mold surface for temperature monitoring. Then we set up two experiments for which with and without injection molding. One was fixed the heating time and estimated the heating range, another was fixed the highest temperature and .controlled the heating range by amending the heating time. At last we measured the mold surface temperature by sensors and compared the results of mold temperature with conventional mold temperature control.
As a result, the core and cavity can be heated to 3.9℃/s and 18℃/s individually by induction heating without injection molding. Then we compare it with injection molding, the temperature of cavity is higher (about 5.7℃). According to the curve of temperature, it needs 166s to reach the aim minimum average steady temperature (121.6℃). And we need 266s to reach the aim minimum average steady temperature (119.6℃) when we fixing the heating time and it needs 1107s to reach aim minimum average steady temperature (96.1℃) under conventional temperature control. The mold temperature can reach the steady average temperature rapidly by using aim temperature control, but the temperature is more stably by fix the heating time. Finally, we can heat rapidly and stably by using induction heating and monitor it.

Keywords: Induction Heating, Dynamic Mold Temperature Control, Injection Molding, Mold Temperature Monitor and Control

目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 傳統模溫控制技術 2
1-3 動態模溫控制技術 3
1-4 參考文獻 5
1-5 研究動機與目的 6
1-6 本文架構 7
第二章 射出成型之模具溫度控制技術 12
2-1 前言 12
2-2 傳統模溫控制製程 12
2-2 感應加熱模溫控制製程 15
2-2-1 感應加熱製程原理 15
2-2-2 感應加熱製程特性 16
2-2-3 感應加熱控制模式 18
第三章 實驗設備與實驗方法 26
3-1 實驗設備 26
3-2 實驗方法 30
第四章 動態模溫控制實驗結果 52
4-1 傳統模溫控制之實驗結果 52
4-2 感應加熱模溫控制之實驗結果 53
4-2-1 固定加熱時間控制實驗 53
4-2-2 目標溫度控制實驗 55
4-2-3 實驗結果比較 57
4-3 案例實驗傳統模溫機與感應加熱成型週期比較 59
第五章 結論與未來展望 91
5-1 結論 91
5-2 未來展望 92
參考文獻 94
作者簡歷 96





表目錄
表3-1奇異 PC HF-1130 材料性質表 33
表3-2奇美 PMMA CM-205 材料性質表 33
表3-3日本Sodick TR30EH機台規格表 34
表3-4機械手臂規格表 35
表3-5百陽可變模溫機主要規格 36
表3-6溫度記錄器CENTER 306規格表 36
表3-7熱影像儀規格表 37
表3-8傳統模溫控制製程參數表 38
表3-9感應加熱參數表 39
表4-1傳統模溫控制製程參數表 61
表4-2模溫機實際設定 62
表4-3感應加熱參數表 62
表4-4感應加熱目標溫度控制參數表（一） 63
表4-5感應加熱目標溫度控制參數表（二） 63
表4-6感應加熱目標溫度控制參數表（三） 64
表4-7奇美PMMA實驗製程參數表 65
表4-8奇美PMMA動態感應加熱製程參數表 66


圖目錄
圖1-1模溫變化曲線 9
圖1-2不同冷卻設計之模溫變化曲線圖 9
圖1-3不同位置之溫度反應比較圖 10
圖1-4動態模溫控制溫度比較 10
圖1-5模溫與表面品光澤關係圖 11
圖1-6推拉式成型搭配感應加熱製程原理 11
圖2-1傳統模溫控制架構圖 20
圖2-2傳統模溫變化示意圖 20
圖2-3模具各部位之溫度變化圖 21
圖2-4流體(a)層流及(b)紊流速度分布狀態圖 21
圖2-5感應加熱原理圖 22
圖2-6感應加熱溫度變化示意圖 22
圖2-7磁滯效應示意圖 23
圖2-8感應線圈產生之渦流示意圖 23
圖2-9感應電流之集膚效應 24
圖2-10扁平加熱物上之鄰近效應示意圖 24
圖2-11工件與線圈之末端效應和功率的分佈 25
圖3-1拉伸試片模具圖 40
圖3-2模具拋光實體圖 40
圖3-3模具示意圖 41
圖3-4產品示意圖 41
圖3-5公母模內溫度感測器位置圖 42
圖3-6射出成型機圖 42
圖3-7 V-Line系統圖[14] 43
圖3-8機械手臂實體圖 43
圖3-9手臂控制器與手臂電控箱 44
圖3-10軟體控制介面 44
圖3-11信號整合電路 45
圖3-12模溫機實體圖 45
圖3-13溫度感測器 46
圖3-14熱電偶感測器原理 46
圖3-15可記錄式溫度器 47
圖3-16感應加熱主機 47
圖3-17高頻輸出變壓器與線圈 48
圖3-18水冷式冷卻系統 48
圖3-19除濕乾燥機 49
圖3-20紅外線熱影像儀 49
圖3-21熱影像分析軟體TAS-95 50
圖3-22設備架構 50
圖3-23控制流程圖 51
圖4-1傳統模溫與時間之變化曲線圖 67
圖4-2傳統溫控初始模溫90℃之實驗溫度變化曲線圖 67
圖4-3傳統溫控初始模溫110℃之實驗溫度變化曲線圖 68
圖4-4傳統溫控公模模溫90℃之詳細模溫變化曲線圖 68
圖4-5傳統溫控公模模溫110℃詳細模溫變化曲線 69
圖4-6傳統溫控母模模溫90℃詳細模溫變化曲線圖 69
圖4-7傳統溫控母模模溫110℃詳細模溫變化曲線圖 70
圖4-8傳統溫控初始模溫90℃之單週期曲線比較圖 70
圖4-9傳統溫控初始模溫110℃之單週期曲線比較圖 71
圖4-10感應加熱模面瞬間溫度分佈 71
圖4-11感應加熱4s後模面溫度分佈 72
圖4-12母模初始模溫90℃加熱時間1s之溫度曲線圖 （加熱模板） 72
圖4-13母模初始模溫90℃加熱時間1.5s之溫度曲線圖 （加熱模板） 73
圖4-14母模初始模溫90℃加熱時間2s之溫度曲線圖 （加熱模板） 73
圖4-15母模初始模溫90℃加熱時間3s之溫度曲線圖 （加熱模板） 74
圖4-16母模初始模溫90℃加熱時間4s之溫度曲線圖 （加熱模板） 74
圖4-17公模初始模溫90℃加熱時間1s之溫度曲線圖 （加熱模板） 75
圖4-18公模初始模溫90℃加熱時間1.5s之溫度曲線圖 （加熱模板） 75
圖4-19公模初始模溫90℃加熱時間2s之溫度曲線圖 （加熱模板） 76
圖4-20公模初始模溫90℃加熱時間3s之溫度曲線圖 （加熱模板） 76
圖4-21公模初始模溫90℃加熱時間4s之溫度曲線圖 （加熱模板） 77
圖4-22母模初始模溫50℃加熱1.5s之溫度曲線(加熱模板) 77
圖4-23母模初始模溫70℃加熱1.5s之溫度曲線(加熱模板) 78
圖4-24母模初始模溫90℃加熱1.5s之溫度曲線(加熱模板) 78
圖4-25母模初始模溫50℃加熱1.5s之溫度曲線(實際成型) 79
圖4-26母模初始模溫70℃加熱1.5s之溫度曲線(實際成型) 79
圖4-27母模初始模溫90℃加熱1.5s之溫度曲線(實際成型) 80
圖4-28母模初始模溫50℃加熱1.5s之單週期比較圖 80
圖4-29母模初始模溫70℃加熱1.5s之單週期比較圖 81
圖4-30母模初始模溫70℃加熱1.5s之單週期比較圖 81
圖4-31母模初始模溫50℃目標加熱控制之溫度曲線 （加熱模板） 82
圖4-32母模初始模溫70℃目標加熱控制之溫度曲線 （加熱模板） 82
圖4-33母模初始模溫90℃目標加熱控制之溫度曲線 （加熱模板） 83
圖4-34公模初始模溫50℃目標加熱控制之溫度曲線 （加熱模板） 83
圖4-35公模初始模溫70℃目標加熱控制之溫度曲線 （加熱模板） 84
圖4-36公模初始模溫90℃目標加熱控制之溫度曲線 （加熱模板） 84
圖4-37母模初始模溫50℃目標加熱控制之溫度曲線 （實際成型） 85
圖4-38母模初始模溫70℃目標加熱控制之溫度曲線 （實際成型） 85
圖4-39母模初始模溫90℃目標加熱控制之溫度曲線 （實際成型） 86
圖4-40公模初始模溫50℃目標加熱控制之溫度曲線 （實際成型） 86
圖4-41公模初始模溫70℃目標加熱控制之溫度曲線 （實際成型） 87
圖4-42公模初始模溫90℃目標加熱控制之溫度曲線 （實際成型） 87
圖4-43不同溫控方法之溫度曲線比較圖 88
圖 4-44初始模溫與目標溫度控制之加熱時間關係圖 88
圖4-45奇美PMMA傳統溫控之溫度曲線 89
圖4-46奇美PMMA目標溫度控制之溫度曲線圖 89
圖4-47消除縫合線之實體比較圖 90
圖4-48傳統溫控及加熱時間控制之單循環溫度比較圖 90

參考文獻
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