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研究生:黃崇桓
研究生(外文):CHUNG-HUAN HUANG
論文名稱:內藏電磁鄰近感應效應應用於模具快速加熱之研究
論文名稱(外文):Investigation of Induced Electromagnetic Proximity Effect Used for Rapid Mold Surface Heating in Injection Molding
指導教授:陳夏宗陳夏宗引用關係
指導教授(外文):Shia-Chung Chen
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:118
中文關鍵詞:快速模溫動態控制表面品質高週波加熱鄰近效應
外文關鍵詞:Mold Temperatureproximityinduction heatingSurface Quality
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目前3C產品講究產品外觀面高亮度及成型週期短以達高產量之需求。「快速動態模具溫度控制」於熔膠充填階段維持高模溫並充填結束後快速冷卻降溫達成成型之特性,可成功解決傳統射出成型品的常遇外觀問題如熔接線痕、浮纖等,並達成高亮度免噴漆等級外觀面需求,有效縮短成型週期達到經濟效益。
本研究中主要利用內藏式高週波配合電磁場鄰近感應效應(Induced Electromagnetic Proximity Effect),達成模具表面快速加熱之目標。第一階段利用四種不同材質鈹銅、P20、STAVAX 420、W8PHI測試可行性及加熱速率,第二階段利用單水路、三水路、漸擴式三種不同銅管設計,探討銅管與模面間距離4mm與12mm與模面間距1mm、5mm、9mm下模面均勻度、公母模溫差及不同模面間距的影響,最後使用一組表面曲面實驗模塊,進一步評估內藏電磁鄰近感應效應加熱的溫升效果及實際成型之可行性。
研究結果顯示,在鋼材測試下發現鈹銅與P20加熱較緩慢,鋼材W8PHI溫升為7.5℃/s、STAVAX 420為5.6℃/s,由初始模溫40℃、加熱5s、模面間距1mm、銅管深度4mm三種水路設計實驗下,單水路溫升母模為2.3℃/s、公模為3.6℃/s、公母模溫差為6.3℃,三水路溫升母模為4℃/s、公模為2.8℃/s、公母模溫差為5.6℃,漸擴式水路溫升母模為2.1℃/s、公模為1.8℃/s、公母模溫差為1.8℃。在銅管深度12mm下,單水路溫升母模為1.8℃/s、公模為3.4℃/s、公母模溫差為8.3℃,三水路溫升母模為3.3℃/s、公模為2.3℃/s、公母模溫差為6.6℃,漸擴式水路溫升母模為2.4℃/s、公模為2.2℃/s、公母模溫差為0.6℃,顯示三水路溫升速度最快,漸擴式水路公母模溫差最小,在模面間距測試下發現間距越大溫度差異並不明顯,表面曲面測試中,證明使用內藏電磁鄰近感應效應技術能成功在表面曲面之產品表面加熱,對於複雜之成型品可增加其使用
Now 3C products request surface high brightness and reducing cycle time to reach high output. High mold temperature provided great contributions to conventional and advanced injection molded parts. Especially, it can decrease the requirement of high-performance machine, special mold and high flow resin for thin-wall or micro/micro-feature molding processes.
The purpose of this study is to develop high-frequency induced electromagnetic proximity effect heating technique to heat mold surface fast. At the first stage, test mold material(beryllium copper、P20、STAVAX 420、W8PHI) feasibility and heat speed. The second, experiment used three kinds of different copper design(the single channel, three channels, expand channel). Probe into copper tube deep from mold surface (4mm、12mm) and mold separate distance(1mm、5mm、9mm) the uniform of mold temperature, the temperature difference of core and cavity and mold separate distance. Last, use the curved surface of mold, assess the benefit of increased mold surface temperature and the feasibility of injection molding.
As a results , the material W8PHI temperature raising rate is 7.5℃/s、STAVAX 420 is 5.6℃/s. In mold temperature 40℃, 5s for heating, time mold separate 1mm, copper tube deep 4mm from surface, single channel temperature raising rate is 2.3℃/s in core, cavity is 3.6℃/s; the temperature difference of core and cavity is 6.3℃; three channel temperature raising rate is 4℃/s in core, cavity is 2.8℃/s, the temperature difference of core and cavity is 5.6℃; expand channel temperature raising rate is 2.1℃/s in core, cavity is 1.8℃/s, the temperature difference of core and cavity is 1.8℃. In copper tube deep 12mm from surface, single channel temperature raising rate is 1.8℃/s in core, cavity is 3.4℃/s, the temperature difference of core and cavity is 8.3℃; three channel temperature raising rate is 3.3℃/s in core, cavity is 2.3℃/s, the temperature difference of core and cavity is 6.6℃; expand channel temperature raising rate is 2.4℃/s in core, cavity is 2.2℃/s, the temperature difference of core and cavity is 0.6℃. Find the temperature raising is the maximum in three channels, the temperature difference of core and cavity is minimum in expand channel. In mold separate distance test, find the temperature difference not evident when mold separate more big. In the curved surface of mold test, We successful heating the surface of the mold. The rapidly temperature control can improve the duplication of micro-part molded effectively.
目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
誌 謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章緒論 1
1-1前言 1
1-2研究背景 2
1-2-1傳統模具溫度控制簡介 2
1-2-2動態模具溫度控制方式 3
1-3文獻回顧 5
1-4研究動機與目的 6
1-5本文架構 7
第二章 射出成型之模具溫度控制技術 13
2-1 前言 13
2-2 傳統模溫控制製程 13
2-2內藏鄰近感應效應製程 16
2-2-1 內藏鄰近感應效應加熱製程原理 16
2-2-2 內藏鄰近感應加熱製程特性 17
第三章 實驗設備與實驗方法 27
3-1 實驗設備 27
3-2 實驗方法 30
第四章 內藏電磁鄰近感應加熱之評估與建置 49
4-1內藏電磁鄰近感應效應加熱材質測試結果 49
4-2探討不同內嵌銅管形式在模面距離與銅管深度下加熱數據 49
4-2-1內藏電磁鄰近感應效應單水路測試結果 49
4-2-2內藏電磁鄰近感應效應三水路並聯測試結果 51
4-2-3內藏電磁鄰近感應效應漸擴式水路測試結果 52
4-3內藏電磁鄰近感應效應表面曲面測試結果 53
4-4 實驗結果比較 53
第五章 結論與未來展望 97
5-1結論 97
5-2未來發展方向 98
參考文獻 99
作 者 簡 歷 102

































表目錄
表1-1模具表面加熱技術比較 9
表3-1材料性質表 32
表3-2 IHTC加熱機規格 32
表3-3水溫機規格表 33
表3-4 CENTER溫度記錄器規格表 33
表3-5熱影像儀規格表 34
表4-1單水路公母模溫差比較 56
表4-3三水路公母模溫差比較 57
表4-5漸擴式公母模溫差比較 58








圖目錄
圖1-1各類產品應用需求趨勢(a)無結合線產品(b)良好微結構成型複寫性產品(c)無浮纖現象產品 10
圖1-2模溫變化曲線圖 10
圖1-3傳統模具溫控與動態模溫控制方法比較圖 11
圖1-4 紅外線加熱方式 11
圖1-5 阻隔式電熱方式 12
圖1-6 高周波感應加熱方式 12
圖2-1傳統模溫控制架構圖 [9] 21
圖2-2傳統模溫變化示意圖 21
圖2-3模具各部位之溫度變化圖[20] 22
圖2-4流體(a)層流及(b)紊流速度分布狀態圖[23] 22
圖2-5內藏鄰近感應加熱原理圖 23
圖2-6內藏鄰近感應加熱溫度變化示意圖 23
圖2-7載流線圈與工件位置示意圖[15] 24
圖2-8距離與電流密度示意圖[15] 24
圖2-9感應電流之集膚效應[23] 25
圖2-10磁滯效應示意圖[23] 25
圖2-11感應線圈產生之渦流示意圖[23] 26
圖3-1 測試加熱材質實驗示意圖 35
圖3-2 材質測試模塊sensor示意圖 35
圖3-3 單水路實驗模塊 36
圖3-4 單水路實驗模塊模具圖 36
圖3-5 單水路實驗模塊溫度量測位置圖(母模) 37
圖3-6 單水路實驗模塊溫度量測位置圖(公模) 37
圖3-7 三水路實驗模塊 38
圖3-8 三水路實驗模塊模具圖 38
圖3-9 三水路實驗模塊溫度量測位置圖(母模) 39
圖3-10 三水路實驗模塊溫度量測位置圖(公模) 39
圖3-11 漸擴式水路實驗模塊 40
圖3-12 漸擴式水路實驗模塊模具圖 40
圖3-13漸擴式水路實驗模塊溫度量測位置圖(母模) 41
圖3-14漸擴式水路實驗模塊溫度量測位置圖(公模) 41
圖3-15 表面曲面實驗模塊 42
圖3-16 表面曲面實驗模塊模具圖 42
圖3-17 感應加熱設備系統 43
圖3-18 模具溫度控制器實體圖 43
圖3-19溫度感測器 44
圖3-20溫度感測器 44
圖3-21熱電偶感測器原理 45
圖3-22可記錄式溫度器 45
圖3-23紅外線熱影像儀 46
圖3-24熱影像分析軟體TAS-95 46
圖3-25 研究流程圖 47
圖3-26 材質測試設備量測示意圖 47
圖3-27 主實驗設備量測示意圖 48
圖4-1 鋼材420升溫效率 59
圖4-2 鋼材W8PHI升溫效率 59
圖4-3單水路銅管深度4mm 加熱10s公母模模面間距比較 60
圖4-4單水路銅管深度12mm 加熱10s公母模模面間距比較 60
圖4-5 單水路母模銅管深度4mm 加熱10s在不同模面間距下影響 61
圖4-6 單水路公模銅管深度4mm 加熱10s在不同模面間距下影響 61
圖4-7單水路母模銅管深度12mm 加熱10s在不同模面間距下影響 62
圖4-8單水路公模銅管深度12mm 加熱10s在不同模面間距下影響 62
圖4-9單水路銅管深度4mm 公母模T2溫差比較 63
圖4-10單水路銅管深度12mm 公母模T2溫差比較 63
圖4-11單水路銅管深度4mm 模面間距1mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 64
圖4-12單水路銅管深度4mm 模面間距5mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 65
圖4-13單水路銅管深度4mm 模面間距9mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 66
圖4-14單水路銅管深度12mm 模面間距1mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 67
圖4-15單水路銅管深度12mm 模面間距5mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 68
圖4-16單水路銅管深度12mm 模面間距9mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 69
圖4-17單水路母模銅管深度4mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 70
圖4-18單水路公模銅管深度4mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 70
圖4-19單水路母模銅管深度12mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 71
圖4-20單水路公模銅管深度12mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 71
圖4-21三水路銅管深度4mm 加熱10s公母模模面間距比較 72
圖4-22三水路銅管深度12mm 加熱10s 公母模模面間距比較 72
圖4-23三水路母模銅管深度4mm 加熱10s在不同模面間距下影響 73
圖4-24三水路公模銅管深度4mm 加熱10s在不同模面間距下影響 73
圖4-25三水路母模銅管深度12mm 加熱10s在不同模面間距下影響 74
圖4-26三水路公模銅管深度12mm 加熱10s在不同模面間距下影響 74
圖4-27三水路銅管深度4mm 公母模T2溫差比較 75
圖4-28三水路銅管深度12mm 公母模T2溫差比較 75
圖4-29三水路銅管深度4mm 模面間距1mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 76
圖4-30三水路銅管深度4mm 模面間距5mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 77
圖4-31三水路銅管深度4mm 模面間距9mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 78
圖4-32三水路銅管深度12mm 模面間距1mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 79
圖4-33三水路銅管深度12mm 模面間距5mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 80
圖4-34三水路銅管深度12mm 模面間距9mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 81
圖4-35三水路母模銅管深度4mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 82
圖4-36三水路公模銅管深度4mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 82
圖4-37三水路母模銅管深度12mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 83
圖4-38三水路公模銅管深度12mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 83
圖4-39漸擴式銅管深度4mm加熱10s 公母模模面間距比較 84
圖4-40漸擴式銅管深度12mm 加熱10s 公母模模面間距比較 84
圖4-41漸擴式母模側銅管深度4mm 加熱10s在不同模面間距下影響 85
圖4-42漸擴式公模銅管深度4mm 加熱10s在不同模面間距下影響 85
圖4-43漸擴式母模銅管深度12mm 加熱10s在不同模面間距下影響 86
圖4-44漸擴式公模銅管深度12mm 加熱10s在不同模面間距下影響 86
圖4-45漸擴式銅管深度4mm 公母模T2溫差比較 87
圖4-46漸擴式銅管深度12mm 公母模T2溫差比較 87
圖4-47漸擴式銅管深度4mm 模面間距1mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 88
圖4-48漸擴式銅管深度4mm 模面間距5mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 89
圖4-49漸擴式銅管深度4mm 模面間距9mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 90
圖4-50漸擴式銅管深度12mm 模面間距1mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 91
圖4-51漸擴式銅管深度12mm 模面間距5mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 92
圖4-52漸擴式銅管深度12mm 模面間距9mm 加熱秒數5、10、15s公母模溫差熱影像比較圖 93
圖4-53漸擴式母模銅管深度4mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 94
圖4-54漸擴式公模銅管深度4mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 94
圖4-55漸擴式母模銅管深度12mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 95
圖4-56漸擴式公模銅管深度12mm 模面間距1mm 模面均勻度比較 95
圖4-57曲面凸面 模面間距1mm不同加熱秒數 96
圖4-58曲面凹面 模面間距1mm不同加熱秒數 96
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