精密塑膠射出成型最佳參數之數學理論

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1、精密塑膠射出成型最佳參數之數學理論1精密塑膠射出成型最佳參數之數學理論葉清民摘要本研究所呈現的內容為針對薄板塑膠材料在射出成型過程中，設計各影響因子使產品得到最小的翹曲量。在射出成型中，許多影響因子會導致產品產生缺失如流痕、收縮、內應力和翹曲等，然而，在射出成型條件設計中，減少翹曲量的產生是最重要的部分。在本研究中係採用修正牛頓-拉普拉森法的理論方式(modifiedNewton-Raphson)，應用在射出成型條件中，尋找最佳的射出成型條件使產品所產生的翹曲量為最小。在設計成型條件的過程中，考慮的範圍包含了

2、流體力學、熱傳導問題和熱應力方面，設計的參數有保壓時間、保壓壓力、熔澆溫度、模具溫度和冷卻溫度等五項因子。本研究所提出的數值分析結果也將與利用田口式的實驗方法結果做比較，發現本研究的方法在尋找最佳成型條件的部分比利用田口式的方法較為快速，在翹曲量分析的部分也可得到較小的翹曲量。目次一、前言二、模型建立與實驗方法三、結果與討論四、結論五、參考文獻關鍵詞：修正拉普拉森法、射出成型、翹曲量葉清民/高雄高工教師/國立彰化師範大學工教系/國立高雄應用科技大學模具研究所~1~12雄工學報第八輯一、前言塑膠材料在工業上使用

3、種類繁多且用途廣泛，主要是其具備了許多良好的性質如質量輕、耐蝕性高、成本低、易於加工成型和機械強度高等特性，因而普遍應用在各種工業的產品中。塑膠加工成型的方式依各種產品的需求而有所不同，而在工業上最常使用的加工方式以射出成型法為主，因為此加工方式適合於大量生產、形狀較複雜、尺寸精準且價格較低的產品，在製程方面可完全自動化操作。隨著科技的進步，各種產品都朝向精緻、微薄的目標發展，也就是朝向高精密產品研發，而在這個過程中，各種製程的技術就變的相當重要，過去傳統射出成型加工條件的選擇，都依賴實務人員過去的經驗，以多

4、次嘗試中，改善模具設計和加工條件，這種方式不但費時費力，且需有技術的累積和傳承。由於模流分析技術至今已發展完善，大多研發人員都會先以模流分析軟體，模擬塑膠在模具內流動情形，在這分析當中，可影響的變數相當多，不一樣的塑膠材料有不同的熔融溫度、冷卻水溫和射出成型機射出成型條件設定的不同，也有不同的影響。因此，如何利用模流分析軟體在這些成型條件中，以最短的時間，得到最佳的各項參數，以減少研發的時間與成本，實為射出成型技術昇級刻不容緩的關鍵所在。二、模型建立與實驗方法1.1模型的建立本研究的目的是為了能預先了解在射出

5、成型中，產品所產生的翹曲量和其他性質，為了能讓分析更為仔細以具有良好的光學性質PMMAAsahichem.80N為分析的塑料，。基本的物理性質如表1所示，其中較為重要的性質為材料的融膠溫度區間介於250。C~270C之間，因此，在射出成型中射出的溫度必須控制在此範圍內。本研究所建立的分析模型為長54.7mm，寬72.5mm，厚度是由0.5漸縮至0.2mm，如圖1所示為成型品的尺寸圖，圖2所示為模型經由電腦網格分後，共產生620個點進行分析模擬。冷卻部分選用純水為冷却劑，冷却水路為分佈在模型兩側，相關位置如圖3

6、所示。~2~精密塑膠射出成型最佳參數之數學理論3比熱,1470C(J/kg⋅k)P彈性模數,E(MPa)2.9×10蒲松比,v0.4o融膠溫度,(C)250~270o模具溫度,(C)60~90表1:PMMA的物理性質圖1:成型品的尺寸圖(單位mm)~3~34雄工學報第八輯圖2:成品網格化圖圖3:冷卻流路位置在分析射出成型過程中，C-MOLD[1]分析軟體經常被使用在電腦模擬分析上，其軟體本身也提供在不同階段如充填、保壓和冷却過程的分析，包括了溫度的變化、壓力、流速、應力和翹曲量等，而分析的結果可有效提供產品和

7、模具設計的成型條件，包括最佳的~4~精密塑膠射出成型最佳參數之數學理論5澆口位置、流道尺寸和預知產品的收縮量和翹曲量等。在射出成型過程中，有許多的因素會影響到產品的品質包括材料性質、機器的種類、產品的幾何形狀、模具的材料、冷却流路的位置和冷却劑的選擇等，為了方便分析我們只針對射出成型過程中，有關成型條件控制的分析。因此，在成型條件分析之前必須有下列幾點的假設:1、因為現在的產品形狀變化很多，所以忽略由於產品幾何形狀和模具所產生的影響。2、影響產品的翹曲有很多因素，本分析只討論成型中充填、保壓和冷卻三個過程的影

8、響因素。3、假設公模和母模的溫度一致且冷却流路的設計也假設在模具的任何位置溫度保持一定。4、在模穴內忽略模具和融膠所產生的接觸熱阻。5、冷卻劑為使用純水。2.2使用修正牛頓-拉普拉森法從先前的文獻可以得知，在射出成型影響產品翹曲量的幾個重要影響因素可以被確認，包括了模具的溫度、融膠的溫度、保壓時間、保壓壓力和冷却時間。本研究的目的是使用修正牛頓-拉普拉森法求出最佳解的方式，分析在射出成型中各影響因素