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研究生:王明清
研究生(外文):Ming-Ching Wang
論文名稱:應用於3C產品(隨身碟)之多功能塑膠樞紐機構設計及改良研究
論文名稱(外文):Mechanical Design Improvement and Research of Multi-Function Plastic Hinge for Portable Pen Driver
指導教授:陳夏宗陳夏宗引用關係翁輝竹
指導教授(外文):Shia-Chung ChenHuei-Chu Weng
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:聚縮醛塑膠樞紐射出成型製程模流分析
外文關鍵詞:Plastic HingeMoldflow AnalysisInjection Molding ProcessPOM(Polyformaldehyde)
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目前市面上大部份的3C產品(如手機,數位相機數位攝影機及筆記型電腦,電子翻譯機,等等…)都是使用金屬樞紐(Hinge)來作為旋轉輔助結構,但因其體積過大,重量也過重而零件成本相對也較高。本論文(技術報告)目的在於改善前述幾項缺點及達到具有與金屬樞紐有著相同功能,進而研究設計一款專門應用於隨身碟(Pen Drive)產品上之小型塑膠樞紐結構來取代現行的金屬樞紐結構。
研究的方向是希望此塑膠樞紐在結構上必需具備有0~164度自由度旋轉的功能,而當做旋轉動作時需有磨擦力(Friction)的結構來使其作動較平穩不易有搖晃情形發生。然後當隨身碟產品在打開金屬鋁蓋到固定角度使用及闔上金屬鋁蓋蓋住印刷電路板(PCB)時的相對位置都需具備有止動器(Lock)的功能,而其最重要的是為了導引使用者讓其能更便利的來操作及使用隨身碟。而最終目標是希望能將此機構設計概念實際應於其它產品結構上,以達到其能被順利導入量化。
利用Pro-e/Engineer、Solidworks等CAD軟體進行組件的分件作業,然後完成所有細部的機構設計,接著利用ADAMS、Moldflow等CAE 軟體進行機構作動模擬及開模前的模流分析作業。最後再進行可產品靠度的驗證作業,項目包括旋轉磨擦力(Friction)、折彎(Bending)、耐用性(Duration)等等測試。由最終的分析及驗證結果證實:
(1)當測試力矩達到0.528 N˙m (牛頓˙公尺)時,塑膠樞紐已經不會有被往外撐開及脫離的現象產生。
(2)將上蓋卡槽與塑膠樞紐之組裝間隙從原先的0.05mm修改為只有0.02mm後,組裝驗證完後的開口尺寸也只有(1.8-1.55) = +0.25mm(公差範圍為+0.3mm)。
(3)當金屬鋁蓋被旋轉到任意角度時已經有明顯磨擦力(Friction)產生而不會有旋轉晃動及落下的情形發生。

Currently most of 3C products such as mobile phone, digital camera, digital video, notebook and electronic dictionary and so on are all used metal hinge as a rotation structure in the market, Due to its volume is too big and weight is a little heavy so that cost is higher as well. The purpose of this thesis (technical report) is in order to improve these defects and achieve the same function like metal hinge, therefore research and design a kind of pen driver with a compact plastic hinge instead of current metal hinge.
The direction of research in this mechanism of plastic hinge must have rotation function from 0 to 164 angles, and it will also need the friction structure to make rotation action more stable without shaking problem when swiveling. Then its lock function is the most significant to guide users to know how to operate it conveniently when metal cover of pen driver is opened and swiveled to the immovable angle for using and it is swiveled to cover the PCB(Printed Circuit Board). The final goal in this concept of mechanism design can be applied for other products actually and can be produced in mass production smoothly.
Will use CAD softwares of Pro-e/Engineer and Solidworks to do the mechanical design for details which include part separation and assembly, then use CAE softwares of ADAMS and Moldflow to do the mechanical motion and moldflow simulation before tooling is fabricated. The last step is to do some reliability test which includes rotation friction、bending and duration and so on. According to the final analysis and verification result:
(1)Plastic hinge has not opened and dropped out from body when the moment of force was more than 0.528 Newton˙Meter.
(2)Modified the assembly gap between the notch of top case and plastic hinge from 0.05mm to 0.02mm, the dimension of the assembly between metal cover and plastic main body is under 0.25mm (tolerance =0.3mm) after doing the verification again.
(3)There is obviously friction and will not have rotation shake and drop situation when metal cover is swiveled to random angle.

摘要I
ABSTRACT II
致謝IV
目錄V
圖目錄VII
表目錄X
第一章 緒論1
1-1前言1
1-2 模具與射出成型發展1
1-2-1 模具設計流程簡介2
1-2-2 射出成型原理與製程簡介4
1-3 文獻回顧4
1-4 研究動機及目的5
1-5 研究方法6
1-6 本文架構7
第二章 機構設計分析與相關製程簡介10
2-1 設計應用及分析軟體10
2-2 產品功能定義10
2-3 機構設計簡介11
2-4 機構設計分析13
2-5 開模分析14
2-6 金屬鋁蓋連續模製程17
2-7 超音波熔接製程17
2-8 噴沙製程18
2-9 陽極處理製程19
2-10 成型材料及設備19
第三章 尺寸量測,組裝及功能驗證40
3-1 機構重點尺寸量測40
3-2 產品組裝流程圖41
3-3 機構功能驗證定義41
第四章 實驗問題分析,改善對策及驗證結果53
4-1 機構問題描述53
4-2 第一次機構改善對策53
4-3 第一次驗證結果54
4-4 第二次機構改善對策55
4-5 第二次驗證結果56
4-6 第三次機構改善對策56
4-7 第三次驗證結果56
第五章 結論與未來展望68
5-1 結論68
5-2 未來展望69
參考文獻70

圖1-1 兩板模(模座圖)8
圖1-2 三板模(模座圖)8
圖1-3 射出成型機動作流程9
圖1-4 射出成型製程週期9
圖2-1 旋轉到0度和164度之狀態圖21
圖2-2 旋轉到0度狀態之止動器(Lock)結構細部放大圖21
圖2-3 旋轉到164度狀態之止動器(Lock)結構細部放大圖21
圖2-4 彈性的(Elastic)結構細部放大圖22
圖2-5 塑膠樞紐(Hinge)卡扣結構細部放大圖22
圖2-6 塑膠上蓋設計圖23
圖2-7 超音波結構設計圖23
圖2-8 塑膠下蓋設計圖23
圖2-9 塑膠樞紐設計圖24
圖2-10金屬鋁蓋設計圖24
圖2-11零件分解狀態圖25
圖2-12 產品組立圖(待機狀態)25
圖2-13 產品組立圖(使用狀態)26
圖2-14塑膠下蓋與PCB組裝分析26
圖2-15塑膠上蓋與PCB組裝分析26
圖2-16塑膠上下蓋與PCB組裝分析27
圖2-17塑膠下蓋與塑膠樞紐組裝分析27
圖2-18塑膠上蓋與塑膠樞紐組裝分析27
圖2-19塑膠上蓋與金屬鋁蓋組裝分析28
圖2-20塑膠下蓋與金屬鋁蓋組裝分析28
圖2-21塑膠樞紐與金屬鋁蓋組裝分析28
圖2-22 所有零組件組裝分析(待機狀態)29
圖2-23 所有零組件組裝分析(打開狀態)29
圖2-24 塑膠上蓋拆模分析圖29
圖2-25 塑膠上蓋模流分析圖30
圖2-26 塑膠上蓋2D公母模及模具組立圖31
圖2-27 塑膠下蓋拆模分析圖32
圖2-28 塑膠下蓋模流分析圖32
圖2-29 塑膠下蓋2D公母模及模具組立圖33
圖2-30 塑膠樞紐拆模分析圖33
圖2-31 塑膠樞紐模流分析34
圖2-32 塑膠樞紐2D公母模及模具組立圖35
圖2-33 金屬鋁蓋連續模結構圖35
圖2-34 金屬鋁蓋連續模生產模擬狀態圖(一)36
圖2-35 金屬鋁蓋連續模生產模擬狀態圖(二)36
圖2-36 金屬鋁蓋連續模生產模擬狀態圖(三)36
圖2-37 超音波熔接圖示37
圖2-38 BRANSON超音波機台37
圖2-39 電動高速射出成型機37
圖2-40 輸送式噴沙機38
圖2-41 陽極處理程序圖38
圖2-42 陽極處理設備39
圖2-43 二次元量測儀器39
圖2-44 數位推拉力測量儀器39
圖3-1 塑膠上蓋2D工程圖43
圖3-2 塑膠下蓋2D工程圖45
圖3-3 塑膠樞紐2D工程圖47
圖3-4 金屬鋁蓋2D工程圖49
圖3-5 產品組裝流程圖50
圖3-6 機構功能驗證定義圖(一)51
圖3-7 機構功能驗證定義圖(二)51
圖3-8 機構功能驗證定義圖(三)52
圖4-1 機構驗證模擬圖(一)58
圖4-2 機構驗證模擬圖(二)58
圖4-3 機構驗證模擬圖(三)59
圖4-4 塑膠上蓋第一次設計變更說明圖59
圖4-5 塑膠下蓋第一次設計變更說明圖59
圖4-6 塑膠樞紐第一次設計變更說明圖(一)60
圖4-7 塑膠樞紐第一次設計變更說明圖(二)60
圖4-8 塑膠樞紐第一次設計變更說明圖(三)60
圖4-9 第一次機構驗證模擬圖(一)61
圖4-10第一次機構驗證模擬圖(二)61
圖4-11塑膠上蓋設計說明圖(修改前)62
圖4-12 塑膠上蓋第二次設計變更說明圖(修改後)62
圖4-13 塑膠下蓋第二次設計變更說明圖63
圖4-14 塑膠樞紐第二次設計變更說明圖(一)63
圖4-15 塑膠樞紐第二次設計變更說明圖(二)63
圖4-16 塑膠樞紐第二次設計變更說明圖(三)64
圖4-17 塑膠樞紐第二次設計變更說明圖(四)64
圖4-18 塑膠樞紐第二次設計變更說明圖(五64
圖4-19 第二次機構驗證模擬圖(一)65
圖4-20 第二次機構驗證模擬圖(二)65
圖4-21 塑膠樞紐第三次設計變更說明圖(一)65
圖4-22 塑膠樞紐第三次設計變更說明圖(二)66
圖4-23 第三次機構驗證模擬圖(一)66
圖4-24 第三次機構驗證模擬圖(二)67

表3-1 塑膠上蓋重點尺寸量測數據44
表3-2 塑膠下蓋重點尺寸量測數據46
表3-3 塑膠樞紐重點尺寸量測數據48
表3-4 金屬鋁蓋重點尺寸量測數據50

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