跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.210.85.190) 您好!臺灣時間:2022/12/06 01:01
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:劉冠群
研究生(外文):Kwan-Chun Liu
論文名稱:內部式感應加熱模具模溫控制方法建置與分析之研究
論文名稱(外文):Investing on the Establishment and Analysis of Inter-Induction-Heating for Rapid Mold Temperature Control
指導教授:陳夏宗陳夏宗引用關係施延欣施延欣引用關係
指導教授(外文):Shia-Chung ChenShih, Yan Shin
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:133
中文關鍵詞:變溫技術內部感應加熱3D磁-熱耦合模擬熱壓成型
外文關鍵詞:Inter induction heatingMold temperature controlMold rapid heating technologies
相關次數:
  • 被引用被引用:2
  • 點閱點閱:268
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
近年來,高模溫與搭配熱壓成型製程可解決傳統塑膠射出成型中成型品壓力不均之限制,特別是薄殼、微小/微特徵等之應用。對於熱壓成型製程中,產品良率穩定性之需求,製程中包含牽涉許多影響因素,而模具溫度變化的控制將是關鍵。熱壓製程中模溫對成品的影響如收縮、翹曲變形、光澤度、燙傷等缺陷產生。基於此背景,在不改變製程與增加成本的負擔條件下,業界不斷的發展與優化製程來因應市場對於高質量塑膠產品的需求。
本論文分為兩部分,首先研究內部式感應加熱與內部電阻加熱方式之效率比較,並評估加熱速度與溫度均勻性,確認兩者效益與應用性。第二部分,建置四種設計於基礎內部式感應加熱之線圈通道與冷卻水路排列方式,進行模具動態溫控技術與控制系統,並驗證其可行性與效率,同時搭配ANSYS®製作3D基礎模仁溫度場分析與熱傳分析驗證。
研究結果顯示,內部式加熱法中使用感應式加熱不僅提升加熱效率也大幅改善了溫度均勻性,相較於電阻式升溫速率明顯提升73.4%,於內部式感應加熱基礎設計中,使用設計一模仁升溫速率為0.71oC/s;設計二模仁升溫速率為1.45oC/s;設計三模仁升溫速率為2oC/s;設計四模仁升溫速率為1.36oC/s,由此結果可知感應線圈通道與冷卻水路的排列方式將影響升降溫速率與製程週期。
在實驗與分析中,將感應線圈埋入模具內部進行基礎模板測試,利用ANSYS®應用於3D基礎平面模仁溫度場模擬分析與實驗結果之趨勢相當接近,成功建立內部感應加熱3D磁-熱耦合模擬分析技術。


In the recent years, mold rapid heating technologies have been developed all the time. In order to make the mobility of plastic and the replication of micro-structure higher or shorten cycle time, the objective of rapid heating technologies is to raise the mold temperature higher and cool down quickly. Based on this technology, many industries continue to develop new rapid heating technology for increasing the production quality.
In this study the Experiment would use the mold temperature control and inter induction heating with mold plate for the mold base for heating experiments efficiency by changing the mold plate of different mold design of change the induction channel and cooling channel layout, there are four type of the mold, Simulation technology was also developed by integration of both thermal and electromagnetic analysis modules of ANSYS.
The results showed that using inner induction heating can improve and enhance effectively the template heating rate. Under template of design mold, inner induction heating mold with the Design1 can get 0.71℃/s of heating rate; with the Design2 is 1.45℃ /s of heating rate; with the Design3 is 2℃ /s of heating rate; with the Design4 is 1.36℃ /s of heating rate. This results show that the heating efficiency of the induction channel and cooling channel layout. ANSYS used in 3D planar template based on analysis of temperature field simulation and experimental results are quite close to the trend.


目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 熱壓成型製程與模具溫度控制簡介 2
1-2-1熱壓成型製程簡介 2
1-2-2熱壓成型溫度控制簡介 3
1-3動態模溫控制簡介 4
1-4 文獻回顧 7
1-5 研究動機與目的 10
1-6 本文架構 11
第二章 適用於內部式熱壓製程之介紹 19
2-1前言 19
2-2電熱管加熱簡介 19
2-3感應加熱簡介 22
2-3-1感應加熱製程特性說明 23
2-3-2感應加熱之線圈 29
2-3-3內部加熱模具溫度場理論 30
第三章 實驗設備與研究方法 43
3-1 實驗設備 43
3-2 軟體設備 45
3-3 研究方法 45
第四章 模具內部加熱系統之評估與建置 54
4-1前言 54
4-2內部式加熱系統初期效益評估 54
4-2-1電熱管加熱系統設備建立與基礎實驗結果 54
4-2-2內部式感應加熱設備建立與基礎實驗結果 55
4-2-3基礎實驗結果 56
4-3內部式高效率加熱模溫控制系統建置與實驗 56
4-4內部式高效率加熱溫控之結果與討論 60
第五章 內部感應加熱模擬與驗證分析 84
5-1前言 84
5-2 ANSYS®基本架構與分析流程介紹 85
5-3 ANSYS®應用於磁熱耦合分析可信度評估 87
5-4磁熱耦合分析應用於內部式感應加熱效率之提升 89
5-5分析結論 91
第六章 結論與未來發展方向 113
6-1結論 113
6-2未來發展方向 114
參考文獻 115
作 者 簡 歷 117

表目錄
表1-1三種模具表面加熱技術比較 14
表2-1影響因子對加熱與冷卻效率之影響 35
表3-1感應加熱溫度控制(IHTC)系統規格 47
表3-2感應線圈規格 47
表3-3冰熱模溫控制機 48
表3-4紅外線熱影像儀規格表 48
表3-5溫度控制器規格表 49
表4-1 基礎實驗參數表(電熱式) 62
表4-2 基礎實驗參數表(內部式感應加熱) 62
表4-3 電熱式實驗之持溫時間溫度點量測 63
表4-4 感應式加熱實驗之持溫時間溫度點量測 63
表4-5 感應式加熱與電熱式加熱之優缺點比較表 63
表4-6 高效率內部式感應加熱實驗參數表 64
表4-7 高效率內部式感應加熱冷卻實驗參數表 64
表4-8 Desing-1實驗之持溫時間溫度點量測 65
表4-9 Desing-2實驗之持溫時間溫度點量測 65
表4-10 Desing-3實驗之持溫時間溫度點量測 65
表4-11 Desing-4實驗之持溫時間溫度點量測 66

表5-1 感應加熱模擬分析材料性質說明 92
表5-2 相關參數條件設定表設計 93
表5-3 模擬實驗數據對照參數表 93
表5-4 影響因子設計參數表 94
表5-5 斷熱方法參數設計表 94
表5-6 減體積方法參數設計表 94




圖目錄
圖1-1熱壓成型製程介紹 15
圖1-2傳統熱壓成型溫度控 15
圖1-3動態模溫控制示意圖 16
圖1-4陶瓷電熱片加熱方式 16
圖1-5蒸氣式快速加熱成型週期圖 17
圖1-6設置於壓模板背面之感應線圈 17
圖1-7傳統成型與搭配RHCM成型之光澤度成品比較 18
圖2-1對流熱損失參考圖 36
圖2-2輻射熱損失參考圖 36
圖2-3感應加熱架構方塊圖 37
圖2-4強磁性材料之磁滯曲線 37
圖2-5感應線圈產生渦電流示意圖 38
圖2-6集膚效應所導致的感應電流分佈情形 38
圖2-7鋼的相對導磁性質與溫度的關係 39
圖2-8在平行的匯流板上的鄰近效應 39
圖2-9邊界效應所導致的功率分佈情形 40
圖2-10線圈結構與感應加熱之影響 40
圖2-11一平板的對流熱傳遞 41
圖2-12模具加熱過程中之熱傳遞與熱交換示意圖 41
圖2-13模具冷卻過程中之熱傳遞與熱交換示意圖 42
圖3-1感應加熱設備系統 50
圖3-2基礎實驗模仁 50
圖3-3模具溫度控制器實體圖 51
圖3-4紅外線熱影像儀 51
圖3-5熱影像分析軟體TAS95 52
圖3-6接觸式溫度控制器 52
圖3-7電熱管與溫控設備 53
圖3-8實驗流程圖 52
圖4-1電熱式系統實驗設備架構圖 67
圖4-2基礎實驗分析加熱及冷卻溫度量測點示意圖 67
圖4-3電熱式目標溫度升溫速率比較圖 68
圖4-4電熱式之升溫至目標溫度分佈圖 68
圖4-5電熱式基礎模溫升溫速率比較圖 69
圖4-6電熱式之持溫時間溫度分佈 69
圖4-7內部感應加熱實驗設備架構圖 70
圖4-8內部式感應加熱目標溫度升溫速率比較圖 70
圖4-9內部式感應加熱基礎模溫升溫速率比較圖 71
圖4-10內部感應加熱之升溫至目標溫度分佈圖 71
圖4-11內部感應加熱之持溫時間溫度分佈 72
圖4-12內部式感應加熱與電熱式目標溫度升溫速率比較 72
圖4-13內部式感應加熱與電熱式基礎模溫升溫速率比較 73
圖4-14內部式感應加熱與電熱式基礎實驗總週期比較 73
圖4-15模仁設計一之實體圖與模具圖 74
圖4-16模仁設計二之實體圖與模具圖 74
圖4-17模仁設計三之實體圖與模具圖 75
圖4-18模仁設計四之實體圖與模具圖 75
圖4-19內部感應加熱目標溫度125oC之升溫速率比較 76
圖4-20內部感應加熱目標溫度125oC之溫度分佈圖 76
圖4-21內部感應加熱目標溫度150oC之升溫速率比較 77
圖4-22內部感應加熱目標溫度150oC之溫度分佈圖 77
圖4-23內部感應加熱目標溫度175oC之升溫速率比較 78
圖4-24內部感應加熱目標溫度175oC之溫度分佈圖 78
圖4-25內部感應加熱基礎模溫升溫速率比較 79
圖4-26目標溫度125oC降溫至60oC之冷卻曲線圖 79
圖4-27目標溫度150oC降溫至60oC之冷卻曲線圖 80
圖4-28目標溫度175oC降溫至60oC之冷卻曲線圖 80
圖4-29基礎模溫冷卻速率比較 81
圖4-30 Design-1內部感應加熱之持溫時間溫度分佈 81
圖4-31 Design-2內部感應加熱之持溫時間溫度分佈 82
圖4-32 Design-3內部感應加熱之持溫時間溫度分佈 82
圖4-33 Design-4內部感應加熱之持溫時間溫度分佈 83
圖4-34總週期曲線圖 83
圖5-1感應加熱對模具加熱模擬分析流程 95
圖5-2設計一內部感應加熱對模具加熱之分析模型 95
圖5-3設計二內部感應加熱對模具加熱之分析模型 96
圖5-4設計三內部感應加熱對模具加熱之分析模型 96
圖5-5設計四內部感應加熱對模具加熱之分析模型 97
圖5-6電磁3D六面體元素 97
圖5-7內部式感應加熱模仁與感應線圈網格 98
圖5-8目標溫度升至125oC升溫歷程實驗與分析結果比較 98
圖5-9目標溫度125oC實驗與模擬分析模溫度分佈趨勢結果比較 99
圖5-10目標溫度升至150oC升溫歷程實驗與分析結果比較 99
圖5-11目標溫度150oC實驗與模擬分析溫度分佈趨勢結果比較 100
圖5-12目標溫度升至175oC升溫歷程實驗與分析結果比較 100
圖5-13目標溫度175oC實驗與模擬分析溫度分佈趨勢結果比較 101
圖5-14設計一之基礎模溫升溫趨勢分析結果 101
圖5-15設計二之基礎模溫升溫趨勢分析結果 102
圖5-16設計三之基礎模溫升溫趨勢分析結果 102
圖5-17設計四之基礎模溫升溫趨勢分析結果 103
圖5-18模擬驗證設計一之熱擴散時間與溫度分佈圖 103
圖5-19模擬驗證設計二之熱擴散時間與溫度分佈圖 104
圖5-20模擬驗證設計三之熱擴散時間與溫度分佈圖 104
圖5-21模擬驗證設計四之熱擴散時間與溫度分佈圖 105
圖5-22不同電流值之升溫速率曲線圖 105
圖5-23不同電流值之溫度分布圖 106
圖5-24不同頻率值之升溫速率曲線圖 106
圖5-25不同頻率值之溫度分布圖 107
圖5-26斷熱加工示意圖 107
圖5-27原始設計與斷熱設計溫度分佈圖 108
圖5-28目標溫度150oC之斷熱深度設計升溫速率曲線圖 108
圖5-29減體積法模仁掏空示意圖 109
圖5-30減少體積12%、18%、24%示意圖 109
圖5-31原始設計與模仁掏空法設計之溫度分佈比較圖 110
圖5-32目標溫度150oC之減體積掏空法升溫速率曲線圖 110
圖5-33模仁結構改變示意圖 111
圖5-34原始設計與結構設計溫度分佈圖 111
圖5-35目標溫度150oC之結構設計法升溫速率曲線圖 112


參考文獻
1.E. J Davies and P. G. Simpson, “Induction Heating Handbook”, Mcgraw-Hill Book company Ltd., London.
2.濱田修,“射出成型之模溫控制技術”,模具工業雜誌,台灣(1993)。
3.ONO SANGYO Corp., 小野朱氏會社技術報告, 日本 (2004).
4.張仁安,“氣體式快速模具表面動態溫控方法建置與分析之研究”,私立中原大學機械工程學研究所博士論文(2008)。
5.林峯融,“內建式感應加熱器於射出模具表面快速加熱之應用”,國立台北科技大學製造科技研究所碩士論文(2004)。
6.林育增,“內部式感應加熱器於模具快速加熱之研究”,私立中原大學機械工程學研究所碩士論文(2009)。
7.KEUN Park, Sun Choi, Se Jik Lee and Young Seog Kim “Injection Molding for a Ultra Thin-Wall Part using Induction Heating”(2008).
8.Li and B., “Optimal design of heating channels for rapid heating cycle injection mold based on response surface and genetic algorithm”, Materials and Desig (2009).
9.李育芸,“ 感應加熱應用於模具表面快速加熱之研究”,私立中原大學機械工程學研究所碩士論文(2002)。
10.彭信舒,“射出成型模具表面瞬間加熱建置與分析之研究”,私立中原大學機械工程學研究所博士論文(2003)。
11.秦進傳,“ 預置式線圈感應式動態模具溫控方法”,私立中原大學機械工程學研究所博士論文(2010)。
12.Maurice Orfeuil and Albert Robin, “ Electric Process Heating”,Battelle Press.(1987).
13.S. C. Chen, W. R. Jong and Y. P. Chang, “Variable Mold Temperature on the Part Qualities of Injection Molded Parts”, Annual Technical Conference - ANTEC, Conference Proceedings, 2, 166-170 (2005).
14.S. C. Chen, J. A. Chang, W. R. Jong and Y. P. Chang, “Efficiencies of Various Mold Surface Temperature Controls and Their Effects on the Qualities of Injection Molded Parts”, Annual Technical Conference - ANTEC, Conference Proceedings, 3, 1280-1284(2006).
15.S. C. Chen, W. R. Jong and J. A. Chang, “Dynamic Mold Surface Temperature Control Using Induction Heating and Its Effects on the Surface Appearance of Weld Line”, Journal of Applied Polymer Science, 101, 1174-1180 (2006).
16.S. C. Chen, W. R. Jong, J. A. Chang and Y. J. Chang, “Dynamic Mold Surface Temperature Control Using Induction and Heater Heating Combined with Coolant Cooling”, International Polymer Processing, 21, 457-463 (2006).
17.姜士林, “感應加熱原理與應用”,天津科技翻譯出版社 (1993)。
18.P. Robert, “Electrical and Magnetic Properties of Materials” , Artech House, Norwood (1988).
19.S. Zinn and S. L. Semiatin, “Element of Induction Heating-Design, Control, and Application”, Electric Power Research Institute, Inc. palo.Alto, CA. U.S.A. (1988).
20.V. Rudnev, D. Loveless, R. Cook and M. Black, “Handbook of Induction Heating”, Marcel Dekker, New York (2003).
21.賴柏洲,“基本電學”,全華出版社 (2007)。
22.蘇煒城,“高頻感應加熱器之控制設計與實際量測”,私立中原大學電機工程研究所碩士論文 (1998)。


QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊