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系統識別號 U0002-0207200911004700
中文論文名稱 應用田口法與遺傳演算法於點字觸摸顯示方塑膠零組件射出成型最佳化參數研究
英文論文名稱 Application of Taguchi Method and Genetic Algorithm to the Optimal Parameters of Injection Molding for the Plastic Components of Braille Cell
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 陳坤村
研究生英文姓名 Kuen-Tsuen Chen
學號 696370484
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-06-12
論文頁數 128頁
口試委員 指導教授-葉豐輝
共同指導教授-蔡慧駿
委員-蔡國忠
委員-盧永華
委員-李經綸
中文關鍵字 田口法  遺傳演算法  點字顯示方  最佳化  射出成型 
英文關鍵字 Taguchi  Genetic Algorithm  Braille Cell  Optimal  Injection Molding 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究係使用田口法與遺傳演算法探討點字觸摸顯示方ABS塑膠零組件射出成型最佳化參數之研究,以避免射出成品產生短射、變形及表面缺陷等問題。研究中先採用參數化繪圖軟體進行實體繪製,接而利用Moldex3D執行模流分析,探討每一項射出參數對塑膠材料射出成型的影響。由分析結果顯示,模具溫度、融膠溫度、壓力切換和填充時間為顯著因子,並導入田口法利用直交表配合信號雜訊比與變異數分析,獲得最佳射出參數與因子的影響程度,最後再導入遺傳演算法並經輪盤選擇、基因交配和基因突變世代族群演化來找出最佳目標值。
本研究透過田口法與遺傳演算法皆可達成降低塑膠零組件變形、短射和表面缺陷等目標,從兩種方法所得結果比較顯示,遺傳演算法經過世代族群的演化最終的目標值會比田口法所獲得的目標值來得好,可證實遺傳演算法應用於射出成型加工因子最佳化搜尋的實用性。
英文摘要 The thesis uses Taguchi method and genetic algorithm to study the optimal parameters of injection molding to avoid the deformation, short shot and surface defects for the ABS plastic components of Braille cell. At first the parametric drafting software is applied for the entity design and rendering. Then the Moldex3D software is used for mold flow analysis on the influence of each injection parameters. The results show mold temperature, melt temperature, injection pressure, and filling time are the most influential factors on reducing component deformation. Besides, the orthogonal array of Taguchi method is applied to compare with S/N (Signal Noise Ratio) and ANOVA (Analysis of Variation). The influence degree of factors and the optimal parameters of injection molding are obtained. Finally, genetic algorithm with roulette wheel selection, crossover, and mutation is applied to create a new set of population. The optimal parameters of injection molding are also obtained by repeating this process.
The deformation, short shot and surface defects of the plastic components in Braille cell are reduced by Taguchi method and genetic algorithm. The comparison of the results shows that the prediction accuracy of genetic algorithm is better than Taguchi method. It is proved that genetic algorithm is to be able to supply a useful optimal soft computing approach in the injection molding category.
論文目次 目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目 錄 III
圖 目 錄 VI
表 目 錄 XII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的與方法 5
1.3 文獻回顧 7
1.4 研究流程 13
1.5 論文架構 15
第二章 基本理論 17
2.1 Moldex3D理論 17
2.1.1 成型理論 17
2.1.2 成型加工條件敘述 24
2.1.3 Moldex3D之計算流程 27
2.2 田口品質工程 29
2.2.1 田口法之理論 30
2.2.2 田口實驗之演算流程 36
2.3 遺傳演算法 38
2.3.1 遺傳演算法之理論 38
2.3.2 遺傳演算法之演算流程 44
第三章 點字觸摸顯示方之塑膠零組件射出製程探討與模具設計 46
3.1 點字顯示方塑膠零組件設計說明 46
3.1.1 點字方固定座概念設計說明 46
3.1.2 點字方上蓋概念設計說明 47
3.1.3 點字桿概念設計說明 48
3.2 塑膠零組件對於射出成型探討 49
3.3 進澆位置與進澆數探討 51
3.3.1 點字方固定座進澆數分析 51
3.3.2 點字方上蓋進澆數分析 54
3.3.3 點字桿進澆數分析 58
3.4 模具設計 61
3.4.1 分模面的決定 61
3.4.2 澆口設計與模穴佈圖 62
3.4.3 冷卻管路設計 65
3.4.4 模座建立 66
3.5 成型參數探討 68
3.6 射出材料參數設定 73
第四章 射出成型製程參數之最佳化 74
4.1 田口法射出參數最佳化 74
4.1.1 點字方固定座塑膠零組件 75
4.1.2 點字方上蓋塑膠零組件 76
4.1.3 點字桿塑膠零組件 77
4.2遺傳演算法參數最佳化 78
4.2.1 點字方固定座塑膠零組件 78
4.2.2 點字方上蓋塑膠零組件 79
4.2.3 點字桿塑膠零組件 80
第五章 結果與討論 82
5.1 田口法之最佳參數組合 82
5.1.1 點字方固定座 82
5.1.2 點字方上蓋 85
5.1.3 點字桿 88
5.2 遺傳演算法之最佳參數組合 91
5.2.1 點字方固定座 91
5.2.2 點字方上蓋 93
5.2.3 點字桿 94
5.3 最佳化方法結果比較 96
5.3.1 點字方固定座 96
5.3.2 點字方上蓋 103
5.3.3 點字桿 109
5.4 成型不良原因與對策 115
第六章 結論與建議 118
6.1 結論 118
6.2 建議 120
參考文獻 121
符號索引 126

圖 目 錄
圖1-1 吹製成型加工技術 2
圖1-2 轉移成型加工技術 2
圖1-3 射出成型加工技術 3
圖1-4 壓縮成型加工技術 3
圖1-5 活塞式推進射出成型機 3
圖1-6 往複式螺桿射出成型機 4
圖1-7 視障者使用盲用電腦點字觸摸顯示器之示意圖 6
圖1-8 點字顯示方固定座組裝圖 7
圖1-9 研究流程圖 14
圖2-1 三維上下兩板之間剪力流 23
圖2-2 二維上下兩板間流體速度分佈 23
圖2-3 最佳射出壓力 25
圖2-4 完整成型週期 26
圖2-5 電腦輔助分析流程圖 27
圖2-6 翹曲變形示意圖 28
圖2-7 望小、望大與望目二次函數曲線示意圖 30
圖2-8 控制因子與加工製程方塊圖 31
圖2-9 田口實驗計畫法步驟流程 37
圖2-10 遺傳演算法之兩變數個體表示法 39
圖2-11 遺傳基因演算法之族群表示法 40
圖2-12 單點交配 42
圖2-13 兩點交配 42
圖2-14 子罩交配 43
圖2-15 突變 43
圖2-16 遺傳演算法收斂性 44
圖2-17 遺傳演算法步驟流程 45
圖3-1 點字顯示方固定座設計解說圖 47
圖3-2 點字顯示方上蓋設計解說圖 48
圖3-3 點字桿設計解說圖 49
圖3-4 因子探討流程圖 50
圖3-5 點字方單點進澆模擬圖 51
圖3-6 點字方兩點進澆模擬圖 52
圖3-7 點字方三點進澆模擬圖 52
圖3-8 點字方四點進澆模擬圖 53
圖3-9 點字方五點進澆模擬圖 53
圖3-10 點字方上蓋左側進澆 55
圖3-11 點字方上蓋前側進澆 55
圖3-12 點字方上蓋左右兩端進澆 56
圖3-13 點字方上蓋前後兩端進澆 56
圖3-14 點字方上蓋左側兩點進澆 57
圖3-15 點字方上蓋前端兩點進澆 57
圖3-16 點字桿上端進澆 59
圖3-17 點字桿中端進澆 59
圖3-18 點字桿下端進澆 60
圖3-19 點字桿之分模面設計與模板加工實體圖 61
圖3-20 點字方固定座流道配置圖 62
圖3-21 點字方上蓋流道配置圖 63
圖3-22 點字桿之澆口設計 63
圖3-23 點字桿之流道平衡計算 64
圖3-24 點字桿之流動平衡分析結果 64
圖3-25 冷卻管路與模穴配置關係 65
圖3-26 點字方固定座冷卻管路配置圖 65
圖3-27 點字方上蓋冷卻管路配置圖 66
圖3-28 點字桿冷卻管路配置圖 66
圖3-29 點字桿射出成型模座 67
圖3-30 點字桿射出成型模座實體圖 67
圖3-31 模具溫度與體積收縮量關係圖 68
圖3-32 射壓保壓切換點與體積收縮量關係圖 69
圖3-33 鎖模壓力與體積收縮量關係圖 70
圖3-34 螺桿轉速與體積收縮量關係圖 71
圖3-35 融膠溫度與體積收縮量關係圖 72
圖3-36 填充時間與體積收縮量關係圖 72
圖4-1 影響射出成型加工參數關係圖 74
圖5-1 點字方固定座之主效果回應圖 84
圖5-2 點字方固定座之田口最佳參數模擬結果 85
圖5-3 點字方上蓋之主效果回應圖 87
圖5-4 點字方上蓋之田口最佳參數模擬結果 88
圖5-5 點字桿之主效果回應 90
圖5-6 點字桿之田口最佳參數模擬結果 90
圖5-7 點字方固定座之遺傳演算法收斂圖型 91
圖5-8 點字方上蓋之遺傳演算法收斂圖型 93
圖5-9 點字桿之遺傳演算法收斂圖型 94
圖5-10 點字方固定座之最佳化方法收斂曲線 96
圖5-11 點字方固定座之填充時間分佈圖 98
圖5-12 點字方固定座之中心溫度分佈圖 98
圖5-13 點字方固定座之填充壓力分佈圖 99
圖5-14 點字方固定座之剪應力分佈圖 99
圖5-15 點字方固定座之熔接線與汽泡分佈圖 100
圖5-16 點字方固定座之冷卻溫度分佈圖 101
圖5-17 點字方固定座之Y軸位移變形量分佈圖 102
圖5-18 點字方固定座之整體位移變形量分佈圖 102
圖5-19 點字方上蓋之最佳化方法收斂曲線 103
圖5-20 點字方上蓋之填充時間分佈圖 104
圖5-21 點字方上蓋之中心溫度分佈圖 105
圖5-22 點字方上蓋之填充壓力分佈圖 105
圖5-23 點字方上蓋之剪應力分佈圖 106
圖5-24 點字方上蓋之冷卻溫度分佈圖 107
圖5-25 點字方上蓋之X軸位移變形量分佈圖 108
圖5-26 點字方上蓋之整體位移變形量分佈圖 108
圖5-27 點字桿之最佳化方法收斂曲線 109
圖5-28 點字桿之填充時間分佈圖 110
圖5-29 點字桿之中心溫度分佈圖 111
圖5-30 點字桿之填充壓力分佈圖 111
圖5-31 點字桿之剪應力分佈圖 112
圖5-32 點字桿之冷卻溫度分佈圖 113
圖5-33 點字桿之體積收縮量分佈圖 114
圖5-34 點字桿之射出成品 114

表 目 錄
表2-1 變異數分析表 35
表3-1 點字方固定座進澆數模擬後體積收縮值 54
表3-2 點字方上蓋進澆數模擬後體積收縮值 58
表3-3 點字桿進澆數模擬後體積收縮值 60
表3-4 塑料加工參數範圍 73
表4-1 點字方固定座控制因子與水準數 75
表4-2 點字方固定座L9直交表配置 76
表4-3 點字方上蓋控制因子與水準值 76
表4-4 點字方上蓋L9直交表配置 77
表4-5 點字桿控制因子與水準值 77
表4-6 點字桿L9直交表配置 78
表4-7 點字方固定座之遺傳演算法第一代初始族群 79
表4-8 點字方上蓋之遺傳演算法第一代初始族群 80
表4-9 點字桿之遺傳演算法第一代初始族群 81
表5-1 點字方固定座之位移變形量與S/N值 83
表5-2 點字方固定座之主效果回應表 84
表5-3 點字方固定座之變異數分析表 85
表5-4 點字方上蓋之位移變形量與S/N值 86
表5-5 點字方上蓋之主效果回應表 87
表5-6 點字方上蓋之變異數分析表 88
表5-7 點字桿之體積收縮量與S/N值 89
表5-8 點字桿之主效果回應表 89
表5-9 點字桿之變異數分析表 91
表5-10 點字方固定座之各代最佳參數組合 92
表5-11 點字方固定座之各代目標函數值 92
表5-12 點字方上蓋之各代最佳參數組合 93
表5-13 點字方上蓋之各代目標函數值 94
表5-14 點字桿之各代最佳參數組合 95
表5-15 點字桿之各代目標函數值 95
表5-16 點字方固定座之田口法與遺傳法比較結果 97
表5-17 點字方上蓋之田口法與遺傳法比較結果 103
表5-18 點字桿之田口法與遺傳法比較結果 109
表5-19 成型不良原因與改善方法(短射) 115
表5-20 成型不良原因與改善方法(收縮) 116
表5-21 成型不良原因與改善方法(熔接線) 116
表5-22 成型不良原因與改善方法(凹陷) 117
表5-23 成型不良原因與改善方法(翹曲) 117

參考文獻 參考文獻
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