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研究生:李品慧
研究生(外文):Ping-Huei Lee
論文名稱:結合CAE之知識化熱流道設計引導系統的研究與開發
論文名稱(外文):The Research and Development of Knowledge-Based Navigating System for Hot-Runner Design Integrated with CAE Analysis
指導教授:鍾文仁鍾文仁引用關係
指導教授(外文):Wen-Ren Jong
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:58
中文關鍵詞:射出成型網路化引導系統熱流道模具設計CAEANSYS
外文關鍵詞:ANSYSInjection MoldingCAEMold DesignWeb-based Navigating SystemHot Runner
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摘要
由於塑膠材料的成長,配合量產與產品輕量化的需求,塑料製品從日常生活產品中,急速應用於精密工業產品,尤其是3C 產業的產品,更是廣泛使用塑料的製品,所以對產品精密度的要求,尺寸安定性,成型週期(Molding Cycle)的快速性,越來越重視。且近年來國際石油價格的急遽波動,塑料的來源及價格的不穩定,造成塑料昂貴,製品成本無法降低。然而目前使用最廣泛的塑料製品成型方法為射出成型,而其中傳統冷澆道射出成型模具仍佔大多數。傳統冷澆道式之射出成型,需要有較長的澆道冷卻時間、澆道的塑料損失、及廢料處理,無形中降低成型的效率,也增加成本。目前各國環保規格日益嚴格,廢料回收也增加不少額外成本。
最近幾年熱流道成型方式的使用發展快速,也日益普及。所謂熱流道成型模具是指在澆道的部位,利用加熱或保溫的方式,使澆道內的塑料常保熔融狀態,以供下一次射出成型使用。因此如何合理、迅速與優化地規劃並設計出熱流道系統以及正確的算出熱流板所需要的加熱量正是本研究的重點,本研究在Web-based的架構下,利用CAD軟體 Pro/ENGINEER視窗下的瀏覽器開發出熱流道設計引導系統,經由清楚規劃之流程,一步一步引導使用者,有效率設計出一套熱流道系統;並且使用資料庫儲存歷史設計資訊,在往後設計時可提供參考,並降低3D熱流道模型設計與繪製時間;再將其熱流板用CAE軟體ANSYS做熱傳導的分析,得到正確的加熱量有助於加熱系規劃及加熱器規格之制訂,更可省去重複試模所花費的時間與金錢。
Abstract
Due to the growth of plastic materials, along with the prerequisite of large quantity and light weight, plastic products used in daily life are now rapidly being applied in precision engineer products. Especially, 3C (Computer, Communication, Consumer Electronics) products extensively use plastic goods, therefore the demanding in the precision of products, the stability of dimensions and efficiency of molding cycles has become more and more crucial . However, the unsettlement and the instability of plastics’ origin and price in the recent years trigger plastic products to become more expensive. Nevertheless, the most widely used manufacturing process of plastic product is injection molding, in which the traditional cold runner still stands in great majority. The traditional cold runner requires longer cooling time and waste transferring plastics, imperceptibly lowering molding efficiency and increasing cost. Moreover, the environment standard of each country has become increasingly strict, and extra cost has also been added to waste materials recycling.
In the recent years, the usage of hot runner is rapidly developing, and also becoming more universal day by day. The so-called hot runner refers to heating and keeping warm the runner system, allowing the plastic inside runners to stay in melting condition so that it can be used in the next molding cycle. Therefore, how to effectively plan and design hot runner system and to accurately calculate the heating power has become the main focus of this research. First, the navigating system in CAD software is developed to construct precise 3D models which is then taken to CAE software (ANSYS) for proceeding heat transfer analysis. The accurate heating power from CAE analysis is quite helpful in planning the heating system and choosing the heating devices. This will certainly save time and money.
目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 IV
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與歷史 1
1-2 模具熱流道介紹 2
1-2-1 熱流道發展現況 2
1-2-2 使用熱流道之重要性 4
1-3 CAD/CAE 6
1-4 本文架構 8
第二章 具知識管理之熱流道設計引導系統 9
2-1 前言 9
2-2 網路化與客製化之熱流道設計引導系統 10
2-2-1 三層式引導系統 10
2-2-2 熱流道設計引導系統 11
2-2-3 開發技術 13
2-3 主要系統架構與功能 14
2-3-1 客戶需求與歷史設計參考 14
2-3-2 進澆點與熱流板設計 16
2-3-3 熱流板加熱量計算 19
2-3-4 熱流道標準零件資料庫 21
2-4 結果與範例討論 24
2-4-1 範例一:四點進澆 24
2-4-2 範例二:六點進澆 25
2-5 結論 27
第三章 CAD與CAE整合應用 28
3-1 前言 28
3-2 相關理論基礎 29
3-2-1 熱傳基本理論 29
3-2-2 溫度場之有限元素分析 32
3-2-3 熱流板加熱原理 34
3-3 CAE模擬分析 34
3-3-1 材料特性 34
3-3-2 模型結構 34
3-3-3 熱負載及邊界條件 35
3-3-4 實驗規劃 36
3-4 結果與討論 40
3-4-1 0~300秒分析結果討論 40
3-4-2 300秒以後分析結果討論 41
3-5 結論 44
第四章 結論 45
4-1 結論 45
4-2 未來展望 46
參考文獻 47


圖目錄
圖1-1 我國模具業產值成長趨勢 2
圖1-2 熱澆道成型模具 4
圖1-3 熱澆道系統 5
圖2-1 三層式伺服器架構圖 11
圖2-2 模具設計引導架構 12
圖2-3 熱流道設計主要工作內容 13
圖2-4 客戶資訊與歷史參考 15
圖2-5 歷史資料設計參考 15
圖2-6 熱流板建構流程示意圖 17
圖2-7 建立進澆點草繪線 18
圖2-8 建立熱流板零件 19
圖2-9 熱流板加熱量計算流程 21
圖2-10 計算熱流板加熱量 21
圖2-11 熱流道零件資料庫之三層式分類架構 22
圖2-12 零件資料庫 23
圖2-13 零件資料庫搜尋關鍵字 23
圖2-14 範例一:熱流道設計流程 24
圖2-15 範例二:熱流道設計流程 26
圖3-1 熱傳導示意圖 30
圖3-2 熱對流示意圖 31
圖3-3 熱輻射示意圖 32
圖3-4 模型尺寸 35
圖3-5 負載設定 36
圖3-6 模型簡化 37
圖3-7 加熱位置分段 38
圖3-8 網格處理 38
圖3-9 CAE模擬熱流板溫度分佈圖 42
圖3-10 實驗熱流板溫度分佈圖 42
圖3-11 模擬時間1200秒的溫度分佈 43

表目錄
表2-1 範例一:流程結果比較 25
表2-2 範例二:流程結果比較 27
表3-1 棒型加熱器溫測一週期溫度分佈表 39
表3-2 熱傳導負載設定表 40
表3-3 分析結果 40
表3-4 實驗結果 41
表3-5 分析結果 43
表3-6 實驗結果 43
參考文獻
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