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系統識別號 U0002-1208202120300300
中文論文名稱 應用模流分析探討產品於傳統及異形水路之差異
英文論文名稱 Application of Mold Flow Analysis to Dicuss the Difference between Products in Normal and Conformal Cooling Channels
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 109
學期 2
出版年 110
研究生中文姓名 劉育嘉
研究生英文姓名 Yu-Chia Liu
學號 608370192
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2021-07-01
論文頁數 64頁
口試委員 指導教授-陳冠辰
委員-林健祥
委員-黃招財
中文關鍵字 射出成形  傳統水路  異形水路  金屬積層製造技術  模流分析 
英文關鍵字 Injection molding  Normal cooling channels  Conformal cooling channels  Mold flow analysis  Additive manufacturing 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 “宗瑋工業股份有限公司”是間利用射出成形製程生產塑膠產品之公司,而射出成形製程中模具設計為重要環節之一,傳統的模具設計或加工上,須透過現場進行反覆的修模及試模,多數皆為依靠現場加工師傅與技術人員的經驗,然而這樣的製程方式,過程中不免浪費掉許多能源、人力、金錢與時間成本。為避免過度的消耗成本,現今的模具設計上,會配合使用電腦輔助模擬分析(CAM),能夠大幅的降低成本,同時也能使模具設計達到最佳化。
於”宗瑋工業”中,模具設計的水路形式包含:傳統水路及異形水路,傳統水路的製造方式多以人工鑽孔的製造而成;異形水路則使用金屬積層製造中的雷射激光燒結技術而成,將金屬粉末均勻鋪於金屬工件上,透過雷射光使金屬粉末燒結凝固並層層疊加。本研究目的為,透過電腦模擬分析技術(CAM),使用業界中常見的模流分析軟體 ”Moldex 3D”,針對同一項產品之模具水路形式,分別為傳統水路及異形水路,分析兩種水路於充填、保壓、冷卻、翹曲等步驟中,兩者差異為何,於實際生產過程,將成形品可能發生的缺陷或問題提出探討,同時也將整合冷卻水路及金屬積層製造技術。
英文摘要 Grand Dynasty Industrial Co.,Ltd. is a company that uses the injection molding process to produce plastic products. Mold design is an important part of the injection molding process. Traditional mold design or processing requires repeated mold repairs and trials on site. Most of the molds rely on the experience of on-site processing masters and technicians. However, such a process method inevitably wastes a lot of energy, manpower, money and time costs. In order to avoid excessive consumption costs, today’s mold design will With the use of computer-aided simulation analysis (CAM), the cost can be greatly reduced, and the mold design can be optimized at the same time.
In " Grand Dynasty Industrial Co.,Ltd ", the cooling forms of the mold design include: normal cooling channels and conformal cooling channels. Normal cooling channels manufacturing methods are mostly made by manual drilling; the conformal cooling channels uses laser sintering technology in metal additive manufacturing. The metal powder is evenly spread on the metal workpiece, and the metal powder is sintered and solidified through the laser light and stacked layer by layer.
The purpose of this research is to use computer simulation analysis technology (CAM) and use mold flow analysis software "Moldex 3D", which is common in the industry, to analyze the mold cooling channels of the same product, which are traditional cooling channels and special-shaped cooling channels. What is the difference between the steps of filling, holding pressure, cooling, and warping? In the actual production process, the defects or problems that may occur in the molded product will be discussed, and the cooling water circuit and metal laminate manufacturing technology will also be integrated.
論文目次 誌謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究動機與目的 4
1-4 實習機構介紹 5
1-5 論文架構 6
第二章 相關介紹 7
2-1 射出成形製程 7
2-2 冷卻系統 10
2-3 金屬3D積層製造技術 13
2-3-1 粉末雷射燒結 13
2-3-2 熔融沉積製造 17
第三章 實驗設計 18
3-1 實驗軟體 18
3-2 實驗設計與步驟 19
3-3 實驗流程圖 26
3-4 實驗結果 28
第四章 結果分析 31
第五章 結論與建議 59
5-1 結論 59
5-2 研究方向建議 61
5-3 實習心得 62
參考文獻 63

圖目錄
圖2-1.塑膠射出成形機台 7
圖2-2.射出成形常見問題 7
圖2-3.射出成形機構造 8
圖2-4.射出時階段(1.螺桿擠出 2.料斗 3.顆粒 4.貼合組 5.加熱元件 6.模具) 8
圖2-5.傳統試誤法開發 9
圖2-6.結合電腦CAE功能開發 9
圖2-7.模具中熱的傳遞方式 10
圖2-8.塑膠射出成形循環週期 11
圖2-9.模流分析傳統水路示意圖 11
圖2-10.模流分析異型水路示意圖 12
圖2-11.OPM250L 14
圖2-12. LPM325 15
圖2-13.LPM325工件底板架設示意圖 16
圖2-14.金屬雷射燒結過程示意圖 16
圖2-15.金屬雷射燒結完成模具 16
圖2-16.FDM熔融沉積製造流程 17
圖3-1.模流分析中模型建立 19
圖3-2.模型生成網格 19
圖3-3.選擇材料與分析順序 20
圖3-4.設定成形條件 21
圖3-5.建立五組不同充填時間組別 23
圖3-6.短射情形示意圖 23
圖3-7.成型條件中料溫設定 24
圖3-8.塑料溫度最大值 24
圖3-9.進澆口壓力曲線圖 24
圖3-10.微笑曲線示意圖 25
圖3-11.完整分析結果:充填、保壓、冷卻、翹曲 25
圖3-12.傳統水路(左)與異形水路(右) 26
圖3-13.模流分析流程 27
圖3-14.完整分析-充填 28
圖3-15.完整分析-保壓 29
圖3-16.完整分析-冷卻 29
圖3-17.完整分析-翹曲 30
圖4-1.進澆口壓力曲線圖 31
圖4-2.充填時間20% 31
圖4-3.充填時間40% 32
圖4-4.充填時間60% 32
圖4-5.充填時間80% 32
圖4-6.手工具手把模型發生流動不平衡(充填80%) 33
圖4-7.手工具手把建議改善進點位置 33
圖4-8.充填完畢之流動末端 34
圖4-9.預測包封位置 34
圖4-10.預測縫合線位置 34
圖4-11.手工具手把-澆口貢獻度 35
圖4-12.手工具手把進點位置 35
圖4-13.手工具手把進點位置改善 36
圖4-14.充填-體積收縮率母模側(左:傳統水路,右:異型水路) 36
圖4-15.充填-體積收縮率公模側(左:傳統水路,右:異型水路) 37
圖4-16保壓-壓力(左:傳統水路,右:異型水路) 37
圖4-17.保壓-壓力統計圖(傳統水路) 38
圖4-18.保壓-壓力統計圖(異型水路) 38
圖4-19.保壓-體積收縮率(左:傳統水路,右:異型水路) 39
圖4-20.保壓-體積收縮率統計圖(傳統水路) 39
圖4-21.保壓-體積收縮率統計圖(異型水路) 40
圖4-22.保壓-凹痕位移(左:傳統水路,右:異型水路) 41
圖4-23.手工具手把產品結構造成縮水痕 41
圖4-24.冷卻-固化層比例(左:傳統水路,右:異型水路) 42
圖4-25.冷卻-固化層比例統計圖(傳統水路) 42
圖4-26.冷卻-固化層比例統計圖(異型水路) 43
圖4-27.冷卻-模具溫度差(左:傳統水路,右:異型水路) 43
圖4-28.冷卻-模具溫度差(傳統水路) 44
圖4-29.冷卻-模具溫度差(異型水路) 44
圖4-30.冷卻-溫度母模側(左:傳統水路,右:異型水路) 45
圖4-31.冷卻-溫度公模側(左:傳統水路,右:異型水路) 46
圖4-32.手工具手把肉厚較大區域 47
圖4-33.冷卻-溫度統計圖(傳統水路) 47
圖4-34.冷卻-溫度寵計圖(異型水路) 48
圖4-35.冷卻-冷卻至頂出溫度所需時間統計圖(傳統水路)… 49
圖4-36.冷卻-冷卻至頂出溫度所需時間統計圖(異型水路) 49
圖4-37.冷卻-最大冷卻時間(左:傳統水路,右:異型水路) 50
圖4-38.冷卻-最大冷卻時間統計圖(傳統水路) 50
圖4-39.冷卻-最大冷卻時間統計圖(異型水路) 51
圖4-40.冷卻-熱通量(左:傳統水路,右:異型水路) 52
圖4-41.冷卻-熱通量統計圖(傳統水路) 52
圖4-42.冷卻-熱通量統計圖(異型水路) 53
圖4-43.冷卻-熔融區域母模側(左:傳統水路,右:異型水路) 53
圖4-44.冷卻-熔融區域公模側(左:傳統水路,右:異型水路) 54
圖4-45.翹曲變形- X方向(左:傳統水路,右:異型水路) 54
圖4-46.翹曲變形- Y方向(左:傳統水路,右:異型水路) 55
圖4-47.翹曲變形-Z方向(左:傳統水路,右:異型水路) 55
圖4-48.翹曲變形-總位移統計圖(傳統水路) 56
圖4-49.翹曲變形-總位移統計圖(異型水路) 56
圖4-50.翹曲變形-總位移(左:傳統水路,右:異型水路) 57
圖4-51.翹曲-體積收縮率公模面(左:傳統水路,右:異型水路)… 58
圖4-52.手工具手把產品部分結構具肉厚差異 58

表目錄
表2-1.傳統水路及異型水路優缺點 12
表2-2.OPM250L規格 14
表2-3.LPM325 規格 15
表3-1.網格資訊 20
表3-2.材料資訊1 21
表3-3.材料資訊2 21
表3-4.成形條件資訊1 22
表3-5.成形條件-充填與保壓 22
表3-6.成形條件-冷卻 23
表4-1.充填-體積收縮率改善量 37
表4-2.保壓-壓力改善量 39
表4-3.保壓-體積收縮率改善量 40
表4-4.保壓-凹痕位移最大值 41
表4-5.冷卻-固化層比例改善量 43
表4-6.冷卻-模具溫度差改善量 45
表4-7.冷卻-平均模溫差改善量 45
表4-8.冷卻-溫度公母模側改善量 46
表4-9.冷卻-溫度分佈下降 48
表4-10.冷卻-溫度之平均值改善量 48
表4-11.冷卻-冷卻至頂出溫度改善量 50
表4-12.冷卻-最大冷卻時間改善量 51
表4-13.冷卻-熔融區域內部溫度改善量 54
表4-14.傳統水路與異型水路相同成形條件下之翹曲變形結果 57
參考文獻 [1] 宗瑋工業股份有限公司。
[2] Jim Fassett,"Thin wall molding:differences in processing over standard injection molding",Annual TechnicalConference-ANTEC,Conference Proceedings.vol.1,Soc. of Plastics Engineers,Brookfield,CT,USA,pp.430-433,Dec 1995.。
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[6] P. Tantakom and N.R. Scott,"Thin walling is possible with standard equipment",Molder Plastics,p.73,March 1999。
[7] 郭少豪、呂振,2014;開源科技有限公司,2015。
[8] 陳士凱、程晨、杜洋、王正,2014;開源科技有限公司,2015。
[9] 科盛科技股份有限公司 取自http:www.ch.moldex3d.com/blog/top-stcoolingory/conformal—vs-standard-cooling/。
[10] 射出成形,維基百科 取自 http:www.zh.wikipedia.org/wiki/注塑製模。
[11] Sodick 蘇比克,取自 https://www.sodick.co.jp/cn/。
[12] ACMT,取自 http://www.caemolding.org/cmm/mim-3dprinter-metal-x/。
[13] 震雄機械,取自https://www.asianplastic.com.tw/tw/index.html。
[14] 經濟部工業局,運用模流分析善設出成形問題與對策,106年度,p.87-88。
[15] 科盛科技股份有限公司,真實三維模流分析技術及應用。
[16] Williams,B. "Parmatech Shapes Metals like Plastics", Metal Powder Report, Vol. 44No.10, 1989, p675-680。
[17] US patent number 4197118, Manufacture of Parts for Particulate material, Apr 8 1980。
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