塑膠射出成型內縮變形改善之研究

本研究以USB隨身碟ㄇ型外殼，塑膠成型後所產生之內縮現象為研究的對象；試圖找出有效及快速的改善途徑，作為日後設計提升產品品質、降低開發時程及成本，並兼顧成品組裝後外觀效果為本研究之目的。研究過程中分別從產品結構設計、CAE模擬分析、塑膠原料及參數等方面探討，並配合模具實機驗證其改善之結果。其中運用有限元素CAE分析軟體之MOLDEX 3D，試圖在設計階段發現其射出成型時可能遭遇的問題，快速檢驗零件及模具的設計是否合宜，找出成型之最佳化參數，先期預測製品可能發生畸變區域之結構加以預防及改善。模具實機實作方面，實際製作塑膠模具實驗之成品；實驗過程藉由2.5D投影、電子高度計、厚度檢測器及X-RAY等設備，量測成品發生內縮變形之前、中、後段尺寸，來驗證理論模擬分析的準確性。

關鍵字

射出成型； CAE模擬分析；肋；成型參數；變形

並列摘要

This research focuses on the inwardly-bent deformation of plastic cases of USB flash drives after the injection molding. An attempt to find out an effective and fast solution was made to improve product qualities and to reduce the time and cost of product develop -ments, aiming at the appearance of the final product after component assembly. The factors of structural designs、CAE simulations、raw materials of plastic resin And molding parameters are discussed and then verified with actual tests of injection moldings. The finite-element-analysis software, MOLDEX 3D, was used for simulations of potential risks during molding process in the design stage, quick checks of part and mold designs, optimizations of molding parameters, and early predictions of defect zones to improve. As for the actual tests of injection moldings, an actual product was made via injection mold- ing process. 2.5D overhead projector, electrical height gauge, thickness detector, and X-ray equipmet are used to measure product dimensions before, during, and after the inward-bent deformations happened to verify the accuracy of simulation results.

並列關鍵字

Injection molding ； CAE simulations ； Rib ； Injection parameters ； Shrinkage

參考文獻

(一、) 於1986年Cox.Howard W.【46】，研究射出壓力與充填時間的關係為拋物線，當充填時間很小時，射出速率很快，就需要很大的射出壓力，因模穴充填熔膠溫度仍然很高，流動性較佳保壓效果較好，成品與模穴有較佳的接觸情形，故成品比較會有黏膜情形。

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(二、) 於1988年Dowler【47】等人運用有限分析法分析製品由溫度變化而產生的熱殘留應力，利用樑彎曲理論計算翹曲變形。Huiller【48】將充填後的狀態輸入保壓模型中，以有限元叉分法分析簡單幾何模型上的溫度場，質量變動以及隨時間變化的壓力，最後得知成品的局部收縮量與最後的重量。

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(三、) 於1995年，Jim Fassett【49】指出，利用在塑膠射出的設備、模具設計與製造加工以及塑膠材料等三方面的選擇，找出如何將製程做改善，才能獲得劣化程度降至最低、製品內部的殘留應力為最小、產品的外觀面為最優且最為良好，並且能縮短(減)射出產品生產製程週期，來提高品之生產效率的方法。

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(四、) 在1995年，由Boitout等人【50】，建立一個二維幾何模型來計算射出的殘留應力，在於分析熔融塑料的壓力和模具變形對殘留應力分佈的影響，其非晶質聚合物被考慮成為熱彈性，等向性和分子均勻性等；假設彈性行為允許聚合物和模具可黏附接觸，需精確分析熔融塑料的壓力變化，尤其是在澆口凝固後，其壓力不再是由射出機提供時，要將模具變形也一起列入計算。經分析後發現兩個曾被忽略的重要的現象為：(A)模具的變形，對膠口塑料凝固後，模穴內液態塑料的壓力過程和殘留應力有很大的影響。(B)導致非晶質聚合物的殘留應力，最為重要影響為凝固時壓力；在充填和保壓時，液態塑料存在的應力可以補償成固態時的應力，並且可分為保壓應力和熱應力等兩種。

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(五、) 在1997年，由L.W. Seow等人【51】提出，應用塑膠材料的模具和產品(零件設計) ，對射出來說是一個非常複雜的過程，對於生產一個零件產品的生產結構考慮，須包括：生產成本、製程速度、人因工程學與美學等，當設計一個產品時必須要考慮模具生產的品質，塑料充填進入一個零件模穴時，其過程必須平衡的被充填，這牽涉控制塑膠在充填階段的流動，如此塑料進入模具的充填過程是相同的時間，這是過去調整每一剖面厚度與繁雜的生產過程的一大考驗，在這文獻中，描述使用一種方法，稱做那個厚度的整體設計，能被自動的找出一個最優化程度，這是使用厚度需求到平衡這個模具的模穴方式，應用電腦與模流分析Moldflow商業軟體來相互搭配，使用這個方法以取得數個基本幾何模型的結果，來找出較優化的製程條件。