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系統識別號 U0026-0812200910193673
論文名稱(中文) 薄殼射出件翹曲變形與殘留應力研究
論文名稱(英文) Study on Warpage & Residual Stress of Thin-walled Injection Molding
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics
學年度 90
學期 2
出版年 91
研究生(中文) 黃東鴻
研究生(英文) Tong-Hong Wang
學號 p4689117
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 87頁
口試委員 指導教授-楊文彬
口試委員-王子明
口試委員-謝文馨
口試委員-吳政憲
中文關鍵字 剝層法  殘留應力  田口方法  翹曲變形  薄殼  射出成型 
英文關鍵字 thin-walled  injection molding  warpage  layer removal method  residual stress  taguchi method 
學科別分類
中文摘要 電子與資訊等產品之發展趨勢,已完全走向「輕、薄、短、小」的設計理念,產品的設計,強調產品的可攜性與輕便性,使得預防成品翹曲變形益顯重要,殘留應力為其主要成因。本研究針對薄殼射出件,分成兩大部份:(一)在不同的熔膠溫度、模具溫度、保壓壓力和射出速率的製程參數下,對翹曲變形的影響做一研究與討論。研究中分別使用了以C-MOLD做模擬和實際射出成品。使用田口實驗設計方法,有系統的減少了實驗的次數來進行製程參數的研究。實驗結果顯示,升高熔膠溫度及保壓壓力有助減少翹曲變形。模具溫度和射出速率則無一定模式,這與塑料的性質有關,模擬與實驗的趨勢大致相同,並找到了最小翹曲變形的製程組合,其中,保壓壓力為最具影響力的因子。(二)在不同熔膠溫度、保壓壓力和模具溫度的製程參數下,對殘留應力做一研究與討論。研究中也分別使用了C-mold與熱黏彈做模擬,和實際射出成品以剝層法量測殘留應力。實驗結果顯示,減少保壓壓力、升高模具溫度與熔膠溫度,皆可減少殘留應力,其中溫度的變動為對殘留應力最具影響。
英文摘要 The development of electronic and communication products are in a revolution toward light, thin, short and small. The improvement of the manufacturing technique for plastics is becoming important. Warpage induced by residual stresses is the common defect of an injection molded products, especially for thin-walled part. In order to investigate the warpage and residual stresses in thin-walled injection, this research is separate into two parts: (1) Study on warpage resulted by different melt temperature, mold temperature, packing pressure and injection rate. Both simulations using commercial package C-mold and experiments were performed. Taguchi method was used to minimize the number of simulations and experiments in study the effect of the processing parameters. It was shown that higher melt temperature, packing pressure and injection rate could minimize the warpage. Among those, packing pressure was the most effective process condition that affects warpage. (2) Study on residual stress with different melt temperature, mold temperature, packing pressure and injection rate. Simulations using C-MOLD and thermo-viscoelastic model and experiments using layer removal method were also performed to distinct the residual stresses. It was shown that lower packing pressure, higher melt temperature and mold temperature could minimize the residual stresses.
論文目次 授權書
中文摘要
英文摘要
誌謝
目錄 i
表目錄 iv
圖目錄 vi
第一章、 緒論
1.1簡介 1
1.2射出成型簡介 2
1.3文獻回顧 4
1.4研究動機與目標 8
1.5研究方法 9

第二章、 實驗設備、材料與量測方法
2.1實驗設備 11
2.1.1射出成型機 11
2.1.2模溫控制機 11
2.1.3烘料機 11
2.1.4模具 12
2.1.4.1翹曲變形用模具 12
2.1.4.2殘留應力用模具 12
2.2實驗材料 13
2.2.1聚碳酸酯 13
2.2.2丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物 14
2.3量測方法 15
2.3.1雷射測距儀簡介 15
2.3.2量測方法說明 15
2.3.2.1翹曲變形量測 15
2.3.2.2殘留應力位移量量測 16

第三章、 理論簡介與分析
3.1田口式實驗計劃法 17
3.1.1簡介 17
3.1.2田口方法的步驟 18
3.1.3變異分析 21
3.1.4本文所使用田口方法架構介紹 22
3.2剝層法 26
3.2.1簡介 26
3.2.2理論分析 26
3.2.3退火測試 28
3.2.4實驗步驟 29

第四章、 結果與討論
4.1翹曲變形研究 30
4.1.1電腦模擬部份 30
4.1.2實驗部份 31
4.1.3個別製程對翹曲的影響 33
4.2殘留應力研究 35
4.2.1電腦模擬部份 35
4.2.1.1 C-mold熱彈分析 35
4.2.1.1熱黏彈分析 37
4.2.2實驗部份 38

第五章、 結論與建議 40
參考文獻 43


表 目 錄

表2-1 射出成型機之機械性能表 45
表2-2 PC與PC+30%GF比較 46
表2-3 PC機械性質資料 47
表2-4 PC黏度性質資料:Cross-WLF黏度模型 47
表2-5 PC壓力-體積-溫度性質資料:2-domain Tait模型 48
表2-6 ABS與ABS+PC比較 49
表2-7 ABS機械性質資料 49
表2-8 ABS黏度性質資料:Cross-WLF黏度模型 50
表2-9 PC壓力-體積-溫度性質資料:2-domain Tait模型 50
表3-1 電腦模擬的控制因子及其變動水準 51
表3-2 L9直交表 51
表3-3 L9因子直交表 52
表3-4 干擾實驗的因子 52
表3-5 干擾實驗的實驗數據 53
表3-6 干擾因子對品質特性的反應表 53
表3-7 干擾實驗數據之初步變異分析表 53
表3-8 干擾實驗數據的第一次誤差統合 54
表3-9 干擾實驗數據的第二次誤差統合 54
表3-10 加入干擾因子的L9直交表 54
表4-1 電腦模擬的實驗數據及S/N比 55
表4-2 電腦模擬控制因子對S/N比的反應表 55
表4-3 電腦模擬的最佳控制因子組合 56
表4-4 電腦模擬的確認實驗數據 56
表4-5 實驗量測數據及S/N比 56
表4-6 實驗量測的控制因子對S/N比的反應表 57
表4-7 實驗量測的確認實驗數據 57
表4-8 實驗量測的最佳控制因子組合 57
表4-9 殘留應力之製程參數的設計 58
表5-1 原始設計與田口方法分析後的最佳設計 58


圖 目 錄

圖1-1(a)射出成型程序圖 59
圖1-1(b)射出成型程序圖 60
圖1-2 翹曲變形研究用模型 61
圖1-3 邊緣進澆波前圖 61
圖1-4 中間邊緣進澆波前圖 62
圖1-5 殘留應力研究用模型 62
圖2-1 技鋼TP-150射出成型機 63
圖2-2 信易牌模溫控制機 63
圖2-3 台熱牌50ET型烘料機 64
圖2-4 翹曲變型用模具說明圖 64
圖2-5 翹曲變形用模具 65
圖2-6 翹曲變形用有限元素模型(包含冷卻水管和澆道) 65
圖2-7 殘留應力用模具說明圖 66
圖2-8 殘留應力用模具 66
圖2-9 殘留應力用有限元素模型(包含冷卻水管和澆道) 67
圖2-10 雷射測距儀 67
圖2-11 雷射測距量測情形 68
圖3-1 CAE圖檔 68
圖3-2 魚骨圖 69
圖3-3 L9(27)直交表點線圖 69
圖3-4 干擾因子對品質特性的反應圖 70
圖3-5 成品元素的殘留應力主軸 70
圖3-6 要被剝開的元素(斜線部份) 71
圖3-7 剝層後抵抗破壞的轉動慣量和力 71
圖3-8 變形平板的曲率決定 72
圖4-1 電腦模擬的控制因子對S/N比的反應圖 72
圖4-2 實驗量測的控制因子對S/N比的反應圖 73
圖4-3 不同熔膠溫度對翹曲變形的影響 73
圖4-4 不同模具溫度對翹曲變形的影響 74
圖4-5 不同保壓壓力對翹曲變形的影響 74
圖4-6 不同射出速率對翹曲變形的影響 75
圖4-7 不同保壓時間對翹曲變形的影響 75
圖4-8 射模量測與電腦模擬的進口壓力時程圖 76
圖4-9 C-mold模擬不同熔膠溫度對厚度方向殘留應力分佈的影響 76
圖4-10 C-mold模擬不同保壓壓力對厚度方向殘留應力分佈的影響 77
圖4-11 C-mold模擬不同模具溫度對厚度方向殘留應力分佈的影響 77
圖4-12 熱黏彈模擬不同熔膠溫度對厚度方向殘留應力分佈的影響 78
圖4-13 熱黏彈模擬不同保壓壓力對厚度方向殘留應力分佈的影響 78
圖4-14 熱黏彈模擬不同模具溫度對厚度方向殘留應力分佈的影響 79
圖4-15 料溫200℃、保壓168MPa和模溫60℃時,中間面至不同剝層距離的曲率變化 79
圖4-16 料溫210℃、保壓168MPa和模溫60℃時,中間面至不同剝層距離的曲率變化 80
圖4-17 料溫220℃、保壓168MPa和模溫60℃時,中間面至不同剝層距離的曲率變化 80
圖4-18 料溫200℃、保壓136MPa和模溫60℃時,中間面至不同剝層距離的曲率變化 81
圖4-19 料溫200℃、保壓153MPa和模溫60℃時,中間面至不同剝層距離的曲率變化 81
圖4-20 料溫200℃、保壓168MPa和模溫50℃時,中間面至不同剝層距離的曲率變化 82
圖4-21 料溫200℃、保壓168MPa和模溫70℃時,中間面至不同剝層距離的曲率變化 82
圖4-22 實驗量測不同熔膠溫度對厚度方向殘留應力分佈的影響 83
圖4-23 實驗量測不同保壓壓力對厚度方向殘留應力分佈的影響 83
圖4-24 實驗量測不同模具溫度對厚度方向殘留應力分佈的影響 84
圖5-1 電腦模擬與實驗量測比較的長條圖 84
圖5-2 原始設計與最佳設計進澆點壓力時程圖 85
圖5-3 原始設計與最佳設計鎖模力時程圖 86
圖5-4 原始設計與最佳設計在厚度方向的殘留應力分佈圖 87
參考文獻 參考文獻
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2002-07-26起公開。
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