臺灣博碩士論文加值系統

由於4C產品走向輕量化、薄型化與高表面品質的需求，使得動態模具溫度控制開始廣泛於應用改善射出成型之製程，因此模具溫度的控制與平衡成為很重要的因素。此外，模具溫度控制最為均勻與便利的技術，即是以脈衝的方式控制冷卻媒介的切換，使模具溫度迅速達到平衡的脈衝式冷卻。然而目前脈衝式冷卻在控制方法與效益的文獻較少，使得此溫度控制技術無法有效的運用於廣泛實際生產之中，因此本論文將針對此部分做更深入的探討。
本論文主要先探討控制位置的不同，將對於脈衝式冷卻有何影響，並且藉此決定與傳統式冷卻比較的基準。然後再針對傳統式與脈衝式冷卻在不同模具溫度、熔膠溫度與冷卻水流率的情況下，比較其兩者在溫度變化率與翹曲變形程度之差異。接著利用ANSYS®模擬評估其控制系統在控制位置之間的差異之後，再經由Moldex3D®模流分析軟體模擬分析兩種冷卻方式，驗證其CAE(Computer Aided Engineering)分析在脈衝式冷卻模擬的可靠度。
而在研究結果顯示，藉由脈衝式冷卻可將傳統式冷卻的冷卻效率由0.288°C/s提升至0.631°C/s，並且在相同的冷卻條件之下，成品翹曲變形量最高可改善20%左右，而且在相同翹曲變形量時，脈衝式冷卻還可以減少整體冷卻時間約30%。除此之外，經由ANSYS®與Moldex3D®模擬分析結果，可得到與實驗結果相同的趨勢，故藉由本研究所得到的結果，可以更清楚地了解脈衝式冷卻所具有的實際效益，並且提供射出成型業者在運用此技術時，更多具體的參考資料，讓成品品質與成型週期的改善效果能更為彰顯。

The 4C products has become lighter weight, thinner shape and higher quality with the part surface. Thus, dynamic mold temperature control (DMTC) is a technique that can improve the part quality, and also can get an uniform mold temperature in the entire process. The pulsed-cooling is one of the DMTC which not only is the most convenient, but also get the most uniform mold temperature when apply to balance the mold temperature immediately. However, there isn’t too much research about the benefit of controlling method with pulsed-cooling.
In this study, using the different sensor location to identify which location can get the more benefit, when control by the pulsed-cooling. After that, using the optimization control location to compare the pulsed-cooling and conventional cooling with the temperature history and warpage, by apply the different mold temperature, melt temperature and flow rate for the cooling medium. Also, using the ANSYS® and Moldex3D® to simulate the pulsed-cooling control system to prove the reliability of CAE analysis, and compare the experiment with simulation result.
According to the result, the pulsed-cooling can increase the cooling efficiency from 0.288°C/s to 0.631°C/s, and the parts can also reduce warpage about 20% of the pulsed-cooling with the conventional-cooling. In another word, when the pulsed-cooling controls the same warpage with the conventional-cooling, the cooling time can directly reduce about 30%. Simultaneously, following the ANSYS® and Moldex3D® to simulate the pulsed-cooling can provide more information to understand the benefit of reducing the cycle time and improve the part quality, when get the same trend like the experiment result. Finally, the manufacturer can base on the result to make the product, and it will help the manufacturer guide this technique into the industry by CAE easily.

中文摘要 I
ABSTRACT II
致 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 射出成型製程簡介 2
1-3 模具溫度控制的重要性 4
1-3-1 傳統模具溫度控制 5
1-3-2 動態模具溫度控制 6
1-4 文獻回顧 6
1-5 研究動機與目的 8
1-6 本文架構 9
第二章 動態模溫控制系統簡介 15
2-1 模具溫度控制機簡介 15
2-1-1 傳統模溫控制機 15
2-1-2 可變模溫控制機 17
2-2 模具溫度變化歷程 18
2-3 動態模具溫度控制系統 19
2-3-1 脈衝式冷卻控制系統簡介 19
2-3-2 脈衝式冷卻控制系統原理 20
2-3-3 脈衝式冷卻控制系統之特性 22
第三章 實驗設備與研究方法 29
3-1 實驗設備 29
3-1-1 實驗設備介紹 29
3-1-2 實驗分析軟體介紹 33
3-2 實驗架構 34
第四章 脈衝式冷卻控制系統實驗結果與討論 47
4-1 控制位置溫度歷程之實驗結果 47
4-2 脈衝式冷卻對於成型週期之實驗結果 47
4-2-1 傳統式與脈衝式冷卻對於成型週期之比較 48
4-2-2 改變成型參數對於成型週期的影響 48
4-3 脈衝式冷卻縮短冷卻時間對於成型週期的影響 51
4-4-1 傳統式與脈衝式冷卻於翹曲變形之比較 51
第五章 脈衝式冷卻模擬分析驗證 65
5-1 ANSYS®分析軟體 65
5-1-1 ANSYS®分析流程與架構 65
5-1-2 ANSYS®模擬結果與實驗結果驗證 67
5-2 Moldex3D®模流分析軟體 68
5-2-1 Moldex3D®翹曲變形基礎理論 68
5-3 Moldex3D®模擬溫度歷程結果之比較 70
5-3-1 改變成型參數模擬結果之比較 70
5-3-2 模擬與實驗結果驗證 72
5-4 Moldex3D®翹曲模擬結果之比較 73
5-4-1 成型參數對於翹曲模擬結果之比較 74
5-4-2 翹曲模擬與實驗結果驗證之比較 75
第六章 結論與未來展望 90
6-1 結論 90
6-2 未來發展方向 92
參考文獻 93
作者簡歷 95


表目錄
表3-1 百陽多型式模溫控制機規格表................................................36
表3-2 模具材質M333 ISOPLAST 不鏽鋼之完整物性表...................37
表3-3 塑膠材料PC-HF1130 之完整物性表.......................................37
表3-4 SODICK HSP100EH2 超高射速成型機規格表...........................38
表3-5 SIEMENS 電磁流量計之規格表..................................................38
表3-6 CENTER®溫度擷取器之規格表...............................................39
表3-7 傳統式冷卻實驗參數表............................................................39
表3-8 脈衝式冷卻實驗參數表............................................................40
表4-1 射出成型參數設定....................................................................54
表4-2 傳統式冷卻對於成型參數之實驗結果.....................................54
表4-3 脈衝式冷卻對於成型參數之實驗結果.....................................55



圖目錄
圖1-1 典型模具溫度控制冷卻系統的配置方式.................................12
圖1-2 傳統模具溫度控制之模具表面溫度歷程.................................12
圖1-3 動態模具溫度控制之模具表面溫度歷程.................................13
圖1-4 冷水與熱水連續切換之溫度控制系統[4].................................13
圖1-5 CFD 模擬分析模具之示意圖[5]................................................14
圖2-1 模溫機內部示意圖....................................................................24
圖2-2 傳統式模具溫度控制機示意圖.................................................24
圖2-3 (A)層流與(B)紊流速度狀態圖...................................................25
圖2-4 模具頗面之溫度變化示意圖[11]..............................................25
圖2-5 熔膠中心溫度變化歷程與其硬度關係[12] ..............................26
圖2-6 冷卻管徑與位置之關係............................................................26
圖2-7 開關閥之脈衝式冷卻水路示意圖............................................27
圖2-8 溫度感測器控制流程[4] ...........................................................27
圖2-9 高低溫切換之脈衝式冷卻水路示意圖.....................................28
圖2-10 傳統式冷卻連續週期之溫度歷程...........................................28
圖3-1 脈衝式冷卻控制系統................................................................40
圖3-2 脈衝式冷卻控制系統................................................................41
圖3-3 百陽模溫控制機(A) BYW-1220FS(B) BYW-1840FS...............41
圖3-4 實驗模具與成品尺寸示意圖....................................................42
圖3-5 塑膠材料HF-1130 材料PVT 圖..............................................42
圖3-6 塑膠材料HF-1130 材料黏度....................................................43
圖3-7 日本SODICK 高速射出成型機..................................................43
圖3-8 晏邦除濕烘料機DHM-EA1 .....................................................44
圖3-9 正泰電熱的感溫線與CENTER 溫度擷取器...........................44
圖3-10 感溫線擺設位置示意圖..........................................................45
圖3-11 SIEMENS 的MAGFLO MAG 1100 電磁流量計.......................45
圖3-12 精展儀科技的CE-450V 雙功能三次元測定機......................46
圖3-13 論文流程規劃架構圖..............................................................46
圖4-1 脈衝式冷卻控制位置在近澆口量測結果之比較.....................55
圖4-2 脈衝式冷卻控制位置在中間量測結果之比較.........................56
圖4-3 脈衝式冷卻控制位置在遠澆口量測結果之比較.....................56
圖4-4 脈衝式冷卻控制位置之比較....................................................57
圖4-5 脈衝式冷卻與傳統冷卻對於溫度歷程的比較.........................57
圖4-6 脈衝式與傳統式冷卻溫度淨值的定義.....................................58
圖4-7 模具溫度與歷程時間在S1 溫度點之比較圖...........................58
圖4-8 固定時間內模具溫度變化在S1 溫度點之比較圖...................59
圖4-9 塑料溫度與歷程時間在S1 溫度點之比較圖...........................59
圖4-10 固定時間內溫度變化在S1 溫度點之比較圖.........................60
圖4-11 冷卻水流率與歷程時間在S1 溫度點之比較圖.....................60
圖4-12 固定時間內流率變化在S1 溫度點之比較圖.........................61
圖4-13 脈衝式冷卻於冷卻時間與歷程時間之比較圖.......................61
圖4-14 翹曲變形量差值的定義..........................................................62
圖4-15 不同冷卻方式於模具溫度影響翹曲之比較圖.......................62
圖4-16 不同冷卻方式於塑料溫度影響翹曲之比較圖.......................63
圖4-17 不同冷卻方式於流動速率影響翹曲之比較圖.......................63
圖4-18 脈衝式冷卻縮短冷卻時間對於翹曲之影響...........................64
圖5-1 ANSYS®模擬分析流程圖..........................................................77
圖5-2 ANSYS®模擬分析與實驗結果之比較......................................77
圖5-3 ANSYS®模擬分析控制位置不同的溫度歷程結果...................77
圖5-4 ANSYS®模擬分析控制位置不同的溫度分布結果...................78
圖5-5 MOLDEX3D®模擬分析流程圖....................................................79
圖5-6 模具溫度與歷程時間在S1 溫度點之比較圖...........................79
圖5-7 固定時間內模具溫度變化在S1 溫度點之比較圖...................80
圖5-8 塑料溫度與歷程時間在S1 溫度點之比較圖...........................80
圖5-9 固定時間內塑料溫度變化在S1 溫度點之比較圖...................81
圖5-10 冷卻水流率與歷程時間在S1 溫度點之比較圖......................81
圖5-11 固定時間內冷卻水流率變化在S1 溫度點之比較圖..............82
圖5-12 固定時間內冷卻時間變化在S1 溫度點之比較圖..................82
圖5-13 實驗與模擬脈衝式冷卻於模具溫度與歷程時間在S1 溫度點之
比較圖...........................................................................................83
圖5-14 實驗與模擬脈衝式冷卻於固定時間內模具溫度變化在S1 溫度
點之比較圖...................................................................................83
圖5-15 實驗與模擬脈衝式冷卻於塑料溫度與歷程時間在S1 溫度點之
比較圖...........................................................................................84
圖5-16 實驗與模擬脈衝式冷卻於固定時間內塑料溫度變化在S1 溫度
點之比較圖...................................................................................84
圖5-17 實驗與模擬脈衝式冷卻於冷卻水流率與歷程時間在S1溫度點
之比較圖.......................................................................................85
圖5-18 實驗與模擬脈衝式冷卻於固定時間內冷卻水流率變化在S1 溫
度點之比較圖...............................................................................85
圖5-19 不同冷卻方式於模具溫度影響翹曲之比較圖.......................86
圖5-20 不同冷卻方式於塑料溫度影響翹曲之比較圖.......................86
圖5-21 不同冷卻方式於流動速率影響翹曲之比較圖.......................87
圖5-22 脈衝式冷卻縮短冷卻時間對於翹曲之影響...........................87
圖5-23 實驗與模擬脈衝式冷卻於模具溫度影響翹曲之比較圖........88
圖5-24 實驗與模擬脈衝式冷卻於塑料溫度影響翹曲之比較圖........88
圖5-25 實驗與模擬脈衝式冷卻於冷卻水流率影響翹曲之比較圖....89
圖5-26 實驗與模擬脈衝式冷卻於冷卻時間影響翹曲之比較圖........89

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