[[alternative]]Optimization on the flatness of a frame-type injection products using 3DVSCM and DOE

碩士[[abstract]]翹曲變形一直都是塑膠射出成型產品開發最大困擾之一，傳統上利用試誤法(trial-and-error)嘗試延長保壓時間，加大保壓大小或其他可能之方式處理，但常常無法有效改善品質與精度。本研究透過Moldex3D模流分析軟體進行框架型產品實驗設計法(DOE)及三維體積收縮補償法(3DVSCM)探討其對翹曲變形之優化結果，其中實驗設計法(DOE)使用L18(21×37)直交表配置，探討其對S/N比與翹曲變形之影響，最後再由變異數分析(analysis of variance)評估控制因子之影響力;三維體積收縮補償法(3DVSCM)則是先經由模擬分析原始設計產品後得知翹曲變形的區域位置，最後再透過補償修正產品模具的方式進行改善。研究結果顯示，原始設計之產品平坦度偏移量達0.481mm，利用實驗設計法優化後之最佳化設計，平坦度偏移量降為0.129mm，改善率達73% ;使用三維體積收縮補償法修正後之產品分析結果，平坦度偏移量降為0.061 mm，改善率達87%。[[abstract]]Warpare is one of the crucial problems in injection molding product development. Conventionally, people usual apply packing pressure, packing time, or many other operation conditions based on trial-and-error way to improve the warpage problem. In this study, Moldex3D analysis software was used to study the optimal results of warpage by frame-type product using both design of experiment (DOE) method and 3D volume shrinkage compensation method (3DVSCM). Specifically, L18 (21×37) orthogonal array of Taguchi method was introduced to deploy the factors. Furthermore, using analysis of variance investigates the significance of the factors that are displayed on the S/N ratio and warpage. Moreover, 3D volume shrinkage compensation method (3DVSCM) is applied to compensate the deviation of warpage for the original design. The results show that the flatness deviation of the original design is 0.481mm. That deviation of the DOE optimized part is 0.129 mm. The improvement based on DOE is about 73%. Meanwhile, when 3DVSCM is applied, the flatness deviation of the optimized part is only 0.061 mm. The improvement is up to 87%.[[tableofcontents]]目錄 目錄 V 表目錄 VIII 圖目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 2 1.3 論文架構 2 第二章 文獻回顧與探討 4 2.1 文獻回顧 4 第三章 射出成型製程與優化技術 8 3.1 射出成型簡介與原理 8 3.2 影響收縮翹曲變形之原因 10 3.2.1模具設計之影響: 10 3.2.2產品設計之影響 11 3.2.3分子配向性之影響 11 3.4.4殘留應力之影響 12 3.3 CAE數值理論 12 3.4 實驗設計法（Design of Experiment, DOE） 14 3.4.1品質特性與理想機能 19 3.5 變異分析(Analysis of Variance, ANOVA) 21 3.5.1變異的分解 21 3.5.2因子效應的重要性測試 23 3.5.3實驗誤差的統合 24 3.5.4信賴區間 24 3.6 確認實驗 25 3.7 三維體積收縮補償法 26 第四章 研究方法與流程 27 4.1 研究流程 27 4.2 Moldex3D模流分析 29 4.2.1前處理 29 4.2.2數值運算之軟硬體系統 42 4.2.3後處理 43 4.3 一次一因子實驗法 44 4.4 田口方法 45 4.4.1品質特性與理想機能 45 4.4.2控制因子與水準配置 45 4.4.3主實驗L18(21×37)直交表 46 4.4.4干擾因子 47 4.5 三維體積收縮補償法 49 第五章 結果與討論 51 5.1 原始設計結果 51 5.1.1一次一因子實驗法 56 5.2 田口干擾實驗分析 62 5.2.1干擾因子對品質特性的反應分析 62 5.2.2干擾實驗之變異數分析 63 5.2.3干擾因子的複合 66 5.3 L18(21×37)直交表主實驗 67 5.3.1 S/N比的因子反應 68 5.3.2 S/N比的變異數分析 69 5.3.3 S/N比因子反應值的信賴區間 72 5.3.4品質特性的因子反應 73 5.3.5品質特性的變異分析 75 5.3.6品質特性因子反應值的信賴區間 76 5.3.7控制因子分類 77 5.3.8確認實驗 79 5.3.9製程改善後之比較 82 5.4 三維體積收縮補償法(3DVSCM)結果 85 5.4.1新設計產品一次一因子實驗 86 5.5 兩種製程方法改善之比較 90 第六章 結論 92 第七章 未來研究方向之建議 94 參考文獻 95 作者簡介 97 表目錄 表3.1 L8(27)直交表之交互作用表[15] 18 表4.1模型網格資訊 36 表4.2不同網格尺寸相關資訊 37 表4.3成型材料加工建議表 39 表4.4原始設計之成型參數 42 表4.5 控制因子水準配置表 46 表4.6 L18(21×37)直交表 46 表4.7 L18(21×37)直交表實驗配置表 47 表4.8內部干擾因子與變動水準 48 表4.9干擾因子水準配置表 48 表4.10干擾因子L8(27)直交表 49 表4.11干擾因子L8(27)實驗配置表 49 表5.1 L8(27)干擾實驗 62 表5.2干擾實驗因子反應表 63 表5.3干擾實驗之初步變異分析 65 表5.4干擾實驗之最後變異分析 65 表5.5 L18(21×37)直交表實驗數據 67 表5.6 S/N 比的因子反應表 68 表5.7 S/N比初步變異分析表 70 表5.8 S/N比第二次變異分析表 71 表5.9 S/N比第三次變異分析表 71 表5.10 S/N比最終變異分析表 72 表5.11 S/N比95%誤差的因子反應表 73 表5.12品質特性的因子反應表 74 表5.13品質特性初步變異分析表 75 表5.14 品質特性最終變異分析表 76 表5.15品質特性93%誤差的因子反應表 77 表5.16因子分類表 78 表5.17優化設計製程參數 79 表5.18原始設計與優化設計之實驗值與預測值 80 表5.19製程方法改善翹曲之比較 91 圖目錄 圖3.1射出成型過程中示意圖[11] 10 圖3.2 魚骨圖[15] 15 圖3.3影響品質特性的因子[15] 16 圖4.1研究流程圖 28 圖4.2框架模型尺寸 30 圖4.3框架模型幾何形狀 30 圖4.4流道系統設計 31 圖4.5冷卻水路設計 32 圖4.6網格元素種類[13] 33 圖4.7框架產品實體網格圖 34 圖4.8框架產品實體網格品質(a)展弦比(b)歪斜率(c)正交度(d)平滑度 35 圖4.9 產品背面28個量測節點 36 圖4.10 不同網格尺寸進澆口壓力曲線圖 38 圖4.11 ABS(POLYLAC PA757)黏度與剪切率關係圖 40 圖4.12 ABS(POLYLAC PA757) P-V-T圖 40 圖4.13 PP(Globalene ST868M) 黏度與剪切率關係圖 41 圖4.14 PP(Globalene ST868M) P-V-T圖 41 圖4.15三維體積收縮補償法示意圖 50 圖5.1原始設計流動波前 (a)90% (b)93% (c)98% 53 圖5.2充填結束後之壓力分佈 53 圖5.3充填結束後之溫度分佈 54 圖5.4保壓結束後之體積收縮率 54 圖5.5原始設計Z方向翹曲位移圖放大5倍(a)三視圖(b)產品右側 55 圖5.6原始設計28點翹曲位移量 56 圖5.7(a)改變充填時間對翹曲位移量之影響圖 58 圖5.7(b)不同充填時間進澆口壓力曲線圖 58 圖5.8改變塑料溫度對翹曲位移量之影響圖 59 圖5.9改變模具溫度對翹曲位移量之影響圖 59 圖5.10改變保壓時間對翹曲位移量之影響圖 60 圖5.11改變保壓壓力對翹曲位移量之影響圖 60 圖5.12改變冷卻時間對翹曲位移量之影響圖 61 圖5.13 不同材料效應對翹曲之影響 61 圖5.14干擾實驗因子反應圖 63 圖5.15 S/N比的因子反應圖 69 圖5.16 S/N比95%誤差的因子反應圖 73 圖5.17 品質特性的因子反應圖 74 圖5.18品質特性93%誤差的因子反應圖 77 圖5.19優化設計Z2(無干擾因子)之Z方向翹曲位移圖 (a)三視圖(b)產品右側 83 圖5.20 優化設計Z2(無干擾因子)之28點翹曲位移量 83 圖5.21原始參數設計製程比較 84 圖5.22優化參數設計製程比較 84 圖5.23 3DVSCM所優化後之補償結果 85 圖5.24改變保壓壓力對翹曲位移量之影響圖 87 圖5.25改變充填時間對翹曲位移量之影響圖 87 圖5.26改變塑料溫度對翹曲位移量之影響圖 88 圖5.27改變模具溫度對翹曲位移量之影響圖 88 圖5.28改變保壓時間對翹曲位移量之影響圖 89 圖5.29改變冷卻時間對翹曲位移量之影響圖 89 圖5.30 不同材料效應對補償後模具翹曲之影響 90 圖5.31兩種製程方法改善翹曲之比較圖 91[[note]]學號: 604400415, 學年度: 10