隨著科技快速的發展，現代人對產品之生活功能性及美感要求也日益嚴苛，射出成型製程產品品質與精度要求也越來越高，加上射出成型過程非常複雜，也使得射出成型產品與模具開發之挑戰越來越大，其中翹曲變形為最常見問題；而此等品質缺陷，在產品及模具設計固定不變時，往往受其射出機台種類與功能差異，以及操作歷程深刻地影響。為解決品質缺陷問題，產學界已廣泛利用CAE模擬分析技術之輔助並有一定成效。然而，基於實務條件取得不易，加上CAE成員整合經驗缺乏，常導致模擬分析與實驗射出成品有一定差距，此等差距常困擾著產學界，卻無法確知此等差距來源與改善方向。有鑑於此，本研究選定圓平板系統進行射出成型程序，針對翹曲變形品質之機理探索，並採用數值模擬分析與實驗驗證研究。當我們以目標直徑偏移量為比較參數，並以保壓百分比做操作參數，進行一系列試模，初步結果顯示，兩者收縮量值差距約為0.3 mm，但深入探索發現數值模擬分析與實際實驗所穫得收縮量值變化之趨勢相當吻合。為了解結果差異來源，我們進一步從產品翹曲變形品質差異性探討分四塊：流動行為驗證比對、螺桿位置校正、射速校正、射出壓力歷程曲線差異分析進行比較觀察，再根據各項響應差異進行參數修正，了解實務與模擬間存在保壓壓力不足以及充填時間延遲問題後，並藉由兩品質差異性修正方案：啟動保壓補償、啟動射速響應校正，縮減模擬與實射間平均收縮量值差距，最後掌握機台性能，啟動射速響應校正後，可使收縮量值差距大幅修正約54%。另外考量材料黏彈性可更有效修正差距，而啟動射速校正可更大幅修正約79%，模擬與實射間平均收縮量值差距約為0.05 mm。另外以不同材料驗證研究流程之可行性，結果顯示本研究流程可有效地掌握機台生產品質效能以及對於縮減模擬與實射間平均收縮量值差距有一定成效。

Recently, many automation technologies and equipment are applied for new injection molding systems to execute automation for Industry 4.0. However, there are a huge numbers of the existed injection machines or systems which are not ready for automation yet. Indeed, before automatic manufacturing, how to retain good quality is one of the crucial factors in injection molding. In this study, we have focused on how to discover the performance problem of some existed injection machine to face the automation challenge using CAE technology. In the real testing case, we have demonstrated that CAE simulation prediction can be regarded as the ideal target for manufacturing. Furthermore, it is also estimated the difference between simulation prediction and real experimental result quantitatively. However, after careful comparison on the amount of the driving force to generate deviation from the target, the real experimental result presents almost the same trend and the same amount as numerical predicted. Moreover, we have tried to decouple what are the major reasons to cause the difference between the numerical simulation and experimental results. We found the main reasons are due to the injection speed was delayed and packing pressure was insufficient. To overcome these problems, we did compensated those two insufficient and the difference between the numerical simulation and experimental results by 56%.  Furthermore, we also tried the viscoelastic effect during the processing, the result showed that the difference between the numerical simulation and experimental results by 79%. Finally, semi-crystalline material (PP) was also used in this study, results showed that the debugging and solving procedures are still valid.

謝辭	I
中文摘要	II
英文摘要	III
目錄	IV
圖目錄	VII
表目錄	XII
符號說明	XIV
第一章 緒論	1
1.1 前言	1
1.2 文獻回顧	3
1.3 研究動機與目的	10
1.4 論文架構	11
第二章 基本理論	13
2.1 射出成型製程原理	13
2.2 射出成型理論與數學模型	16
2.2.1高分子流動特性	17
2.2.2流變黏彈特性	19
第三章 研究方法與流程	24
3.1 研究方法	24
3.2 研究流程	24
3.3 數值模擬分析	26
3.3.1前處理程序	27
3.3.2後處理程序	45
3.3.3數值模擬分析軟硬體設備系統	45
3.4 實驗驗證研究	46
3.4.1實驗設備	46
3.4.2實驗成型參數設定	50
3.4.4實驗步驟	55
3.5 產品品質定義與測量方法	58
3.5.1產品翹曲變形品質定義	58
3.5.2產品翹曲變形測量方法	60
3.6 內在響應探討與測量方法	63
3.6.1內在響應測量方法	63
3.6.2內在響應探討	64
第四章 結果與討論	66
4.1 單一因子測試	66
4.2 原始設計	70
4.3 產品翹曲變形品質差異性探討	76
4.3.1流動行為驗證比對	76
4.3.2螺桿位置校正	77
4.3.3射速校正	82
4.3.4射出壓力歷程曲線差異分析	83
4.4 品質差異性修正方案	86
4.4.1啟動保壓補償修正	86
4.4.2啟動射速響應校正補償修正	87
4.4.3差異性探討	90
4.4.4內在壓力響應探討	92
4.5 考量黏彈性效應	95
4.5.1原始設計操作條件	95
4.5.2啟動保壓補償修正	99
4.5.3啟動射速響應校正補償修正	100
4.5.4差異性探討	101
4.6 不同材料之探討	104
4.6.1原始設計	104
4.6.2產品翹曲變形品質差異性探討	108
4.6.3啟動保壓補償修正	110
4.6.4啟動射速響應校正修正	111
第五章 結論	114
第六章 未來研究方向之建議	116
6.1 未來研究方向	116
第七章 參考文獻	118
作者簡歷	124

圖目錄
圖 1.2.1 肋條位置圖[17]..........................................................................6
圖2.1.1射出成型週期[37].....................................................................13
圖2.1.2射出成型機示意圖[38].............................................................14
圖2.1.3射出成型製程循環過程圖[37].................................................16
圖2.2.1Maxwell模式[47].......................................................................22
圖2.2.2Generalized Maxwell模型[46] ..................................................22
圖3.2.1研究流程圖...............................................................................25
圖3.3.1 CAE模擬分析流程..................................................................26
圖3.3.2(a) 產品平面幾何與尺寸、(b)產品厚度方向之幾何與尺寸.28
圖3.3.3流道尺寸圖...............................................................................28
圖3.3.4 冷卻水路尺寸與配置圖..........................................................29
圖3.3.5水路及模座配置.......................................................................29
圖3.3.6網格元素形式[49].....................................................................31
圖3.3.7邊界層網格(BLM) 法[49] .....................................................31
圖3.3.8圓平板實體網格圖...................................................................31
圖3.3.9圓平板網格品質.......................................................................32
圖3.3.10不同網格建議方式之射出成型分析結果：進澆口壓力歷程曲線...........................................................................................................34
圖3.3.11不同網格建議方式之射出成型分析結果：進澆口壓力歷程曲線局部放大比較圖..............................................................................35
圖3.3.12 ABS 結構式[51] .....................................................................37
圖3.3.13 ABS PA757材料黏度對剪切率之關係圖.............................38
圖 3.3.14 ABS PA757材料比容對溫度在不同壓力下之關係圖.........38
圖3.3.15 ABS PA757材料熱傳導係數對溫度之關係圖.....................39
圖3.3.16 ABS PA757材料比熱對溫度之關係圖.................................39
圖3.4.1研究所用之機台圖...................................................................46
圖3.4.2機台系統壓力/射出壓力對照圖..............................................47
圖3.4.3實驗模具設計圖.......................................................................47
圖3.4.4桀陞溫度控制機圖...................................................................48
圖3.4.5烘料機.......................................................................................49
圖3.4.6溫度感測器CENTER 300 Thermometer.................................49
圖3.4.7實驗流程圖...............................................................................57
圖3.5.1圓平板觀測位置.......................................................................59
圖3.5.2模擬各成型參數之四條直徑收縮量值圖...............................59
圖3.5.3模擬各成型參數之平均收縮量值圖.......................................59
圖3.5.4數值模擬分析翹曲變形結果示意圖.......................................60
圖3.5.5模擬產品量測示意圖...............................................................61
圖3.5.6電子游標尺...............................................................................62
圖3.5.7實際產品量測示意圖...............................................................62
圖3.5.8實際射出各成型參數之平均收縮量值圖...............................62
圖3.6.1模穴內部壓力感測器位置圖: (a)實務實驗系統，(b)模擬分析系統...........................................................................................................63
圖3.6.2模擬與實射射速50%保壓100%內在響應壓力曲線比較圖64
圖3.6.3模擬與實射射速50%保壓100%內在響應壓力曲線比較圖(平移) .............................................................................................................65
圖4.1.1改變充填時間對收縮量值之影響圖.......................................68
圖 4.1.2改變模溫對收縮量值之影響圖...............................................68
圖4.1.3改變料溫對收縮量值之影響圖...............................................68
圖4.1.4改變保壓壓力對收縮量值之影響圖.......................................69
圖4.1.5改變保壓時間對收縮量值之影響圖.......................................69
圖4.1.6改變冷卻時間對收縮量值之影響圖.......................................69
圖4.2.1模擬分析：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響.......71
圖4.2.2模擬分析：保壓大小變異效應對產品總重量特性之影響...71
圖4.2.3實驗研究：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響.......73
圖4.2.4實驗研究：保壓大小變異效應對產品總重量特性之影響...73
圖4.2.5模擬分析與實驗結果比較：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響...................................................................................................74
圖4.2.6模擬分析與實驗結果比較：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響(模擬分析結果平移)..............................................................75
圖4.2.7 模擬分析與實驗結果比較：保壓大小變異效應對產品總重量特性之影響...............................................................................................75
圖4.3.1實射短射結果圖.......................................................................76
圖4.3.2模擬短射結果圖.......................................................................77
圖4.3.3短射位置設定18.2 mm之短射圖...........................................78
圖4.3.4短射位置設定17.7 mm之短射圖...........................................79
圖4.3.5短射位置設定17.2 mm之短射圖...........................................79
圖4.3.6短射位置設定16.7 mm之短射圖...........................................80
圖4.3.7短射位置設定16.2 mm之短射圖...........................................80
圖4.3.8短射位置設定15.7 mm之短射圖...........................................81
圖4.3.9實射螺桿位置響應...................................................................81
圖 4.3.10模擬螺桿位置響應.................................................................81
圖4.3.11射速校正測試圖......................................................................83
圖4.3.12模擬分析與實射進澆口充填壓力曲線歷程圖之比較.........85
圖4.3.13模擬分析與實射進澆口充填暨保壓壓力曲線歷程圖之比較...................................................................................................................85
圖4.4.1啟動保壓補償修正示意圖.......................................................86
圖4.4.2啟動保壓補償修正後收縮量值比較圖...................................87
圖4.4.3不同射速下模擬與實射充填階段機台射出壓力歷程曲線比較圖...............................................................................................................88
圖4.4.4啟動射速響應校正修正示意圖...............................................89
圖4.4.5啟動射速響應校正修正後收縮量值比較圖...........................90
圖4.4.6模擬分析與實際射出實驗之進澆口壓力歷程曲線(保壓補償作用後) .....................................................................................................91
圖4.4.7模擬分析與實際射出實驗之進澆口壓力歷程曲線(射速響應校正作用後) .............................................................................................92
圖4.4.8啟動保壓補償修正後內在響應壓力曲線比較圖...................93
圖4.4.9啟動射速響應校正修正後內在響應壓力曲線比較圖...........94
圖4.5.1考量黏彈性效應模擬分析：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響...................................................................................................96
圖4.5.2實驗研究：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響.......97
圖4.5.3考量黏彈性效應數值模擬分析與實驗收縮量值比較圖.......98
圖4.5.4考量黏彈性效應數值模擬分析與實驗收縮量值比較圖(平移) ..................................................................................................................98
圖4.5.5考量黏彈性效應下啟動保壓補償修正收縮量值比較圖.....100
圖 4.5.6考量黏彈性效應下啟動射速響應校正修正收縮量值比較圖.................................................................................................................101
圖4.5.7考量黏彈性效應下模擬分析與實際射出實驗之進澆口壓力歷程曲線(保壓補償作用後)......................................................................102
圖4.5.8考量黏彈性效應下模擬分析與實際射出實驗之進澆口壓力歷程曲線(射速響應校正作用後)..............................................................103
圖4.6.1材料PP模擬分析：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響.............................................................................................................105
圖4.6.2材料PP實驗研究：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響.............................................................................................................106
圖4.6.3材料PP模擬分析與實驗結果比較：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響................................................................................107
圖4.6.4材料PP模擬分析與實驗結果比較：保壓大小變異效應對產品收縮特性之影響(模擬分析結果平移)............................................107
圖4.6.5材料PP射速校正測試圖.......................................................109
圖4.6.6材料PP模擬分析與實射進澆口充填壓力曲線歷程圖之比較.................................................................................................................110
圖4.6.7材料PP啟動保壓補償修正收縮量值比較圖.......................111
圖4.6.8材料PP啟動射速響應校正修正機台響應壓力比較圖.......112
圖4.6.9材料PP啟動射速響應校正修正收縮量值比較圖...............113
圖6.1.1框架型模型.............................................................................116
圖6.1.2內在響應示意圖.....................................................................117

表目錄
表 3.3.1不同網格方式建構之網格總數及所需之計算時間...............34
表3.3.2 BLM 3建構方式:模型網格建構詳細資訊.............................35
表3.3.3ABS (PALYLAC PA757) 材料物性表[52]...............................37
表3.3.4單一因子加工操作參數表.......................................................40
表3.3.5原始設計: 數值模擬分析之操作參數設定............................41
表3.3.6射速校正模擬成型參數表.......................................................42
表3.3.7保壓補償修正模擬成型參數表...............................................43
表3.3.8射速補償修正模擬成型參數表...............................................44
表3.4.1溫度感測器規格表...................................................................49
表3.4.2原始設計: 實驗研究之操作參數設定....................................50
表3.4.3射速校正實驗成型參數...........................................................51
表3.4.4短射實驗成型參數...................................................................52
表3.4.5保壓補償修正實驗成型參數表...............................................53
表3.4.6射速補償修正實驗成型參數...................................................54
表4.3.1短射位置設定18.2 mm之結果...............................................78
表4.3.2短射位置設定17.7 mm之結果...............................................79
表4.3.3短射位置設定17.2 mm之結果...............................................79
表4.3.4短射位置設定16.7 mm之結果...............................................80
表4.3.5短射位置設定16.2 mm之結果...............................................80
表4.3.6短射位置設定15.7 mm之結果...............................................81
表4.3.7射速校正測試表.......................................................................82
表 4.6.1材料PP射速校正測試表.......................................................108

[1]	張榮語， (1995) “射出成型模具設計-材料實務”，CH. 7，高立圖書有限公司。
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[51]	百科百度ABS塑料.
     https://baike.baidu.com/item/ABS
[52]	奇美實業股份有限公司，POLYLAC® ABS樹脂/PA757材料物性表。