Design Strategy of a Plastic Mold for a Plug-in Type Container Mouth With a Thin Flexible Body

此論文包含設計與製作完成一組可伸縮插入式容器瓶口之模具，此容器瓶口在伸縮弧面段之厚度僅0.5 mm，實驗中以低密度聚乙烯（LDPE）為塑料，在射出成形機上，將膠料射至模具內成形，藉以探討不同膠溫、冷卻條件及射出之速度與壓力等操作條件下，對容器瓶口成形性之影響，並對此模具的設計製造之缺失作一通盤的檢討。此研究並使用差分法進行數值分析，以LDPE為膠料模擬容器瓶口於模穴內之冷卻過程。此研究歸納出可伸縮插入式容器瓶口之射出成型品所遭遇之成形性與脫模性等問題，以作為進行此類模具設計時依據之參考。This work deals with the design and manufacturing of a plug-in type container mouth. This container mouth has a flexible body with thickness of 0.5 mm. A LDPE is selected as the raw material. For various melt temperatures, injection pressures, injection speeds and cooling conditions, the injection molding processes are investigated. A numerical analysis, based on a finite difference method, is performed to simulate the cooling process of the container mouth during the injection molding. It is intended to understand the design strategy for this type of plastic mold.中文摘要......................................................Ⅰ 英文摘要............................................................Ⅱ 致謝..........................................................Ⅲ 目錄..........................................................Ⅳ 圖目錄........................................................Ⅶ 表目錄........................................................Ⅸ 符號說明......................................................Ⅹ 第一章 前言....................................................1 1.1 射出成型之簡介....................................1 1.1.1 射出製程........................................2 1.1.2 保壓製程........................................3 1.1.3 冷卻製程........................................3 1.2 塑料特性..........................................4 1.3 相關研究..........................................5 1.4 研究目的..........................................8 第二章 模具之設計與製造......................................10 2.1 可伸縮插入式容器瓶口射出成型模具................10 2.1.1 模具底座單元.................................11 2.1.2 成型單元.....................................12 2.1.3 冷卻單元.....................................16 2.1.4 澆道單元.....................................19 2.1.5 頂出脫模單元.................................20 2.2 模具設計缺失之探討..............................24 2.2.1 成型單元之缺失...............................23 2.2.2 頂出單元之缺失...............................25 2.2.3 冷卻單元之缺失...............................25 第三章 實驗步驟..............................................26 3.1 實驗設備........................................26 3.1.1 射出成型機...................................26 3.1.2 冷卻循環系統.................................27 3.1.3 吊模系統.....................................28 3.1.4 料斗乾燥機及吸料機...........................28 3.2 實驗塑料........................................28 3.3 實驗流程........................................29 第四章 數值分析模式..........................................30 4.1 三維暫態能量平衡公式............................30 4.1.1 數值分析......................................31 4.1.1.1 基本理論...................................31 4.1.1.2 暫態分析...................................32 4.1.1.2.1 內部格點.................................32 4.1.1.2.2 邊界格點.................................33 4.2模型建立與模擬參數...............................34 4.2.1 數值模型建立.................................34 4.2.2 數值模參數...................................35 第五章 實驗結果與數值討論....................................37 5.1 實驗結果之討論..................................37 5.2 數值分析結果之討論..............................41 5.2.2 不同冷卻時間之影響...........................42 5.2.3 不同循環水溫之影響...........................43 第六章 結論與建議............................................45 參考文獻.....................................................49 圖 目 錄 圖1.1 往複式螺桿射出單元之組件圖..........................51 圖1.2 單螺桿三段區域示意圖................................52 圖2.1.a 模具整體圖（a）.....................................53 圖2.1.b 模具整體圖（b)......................................54 圖2.2 公模模具底座尺寸圖..................................55 圖2.3 母模模具底座尺寸圖..................................56 圖2.4 模板A尺寸圖.........................................57 圖2.5 模板B尺寸圖.........................................58 圖2.6 模板C尺寸圖.........................................59 圖2.7 模板D尺寸圖.........................................60 圖2.8 模板E尺寸圖.........................................61 圖2.9 模塊F、G尺寸圖......................................62 圖2.10 心軸尺寸圖..........................................63 圖2.11 熱澆道套筒尺寸圖....................................64 圖2.12 模具與射出機固定板之配合環尺寸圖....................65 圖2.13 瓶口卡榫頂出圓環盤之尺寸圖..........................66 圖2.14 頂出套筒A之尺寸圖...................................67 圖2.15 拉環成形套管之尺寸圖................................68 圖2.16 心軸B（拉環成形導梢之尺寸圖)........................69 圖2.17 脫模總體圖..........................................70 圖2.17 熱澆道配置圖........................................71 圖3.1 SM-80型系統與射膠壓力對照表.........................72 圖4.1 瓶口數值分析之側向格點示圖..........................73 圖4.2 瓶口數值分析之剖面格點示圖..........................74 圖4.3 六方體之三維格點....................................75 圖5.1 成品之熔合線圖......................................76 圖5.2 成品之空孔及熔合線圖................................77 圖5.3 冷卻時間不足所造成之變形............................78 圖5.4 瓶口模具之溫度分佈(所有循環水溫均為26℃)............80 圖5.5 瓶口模具之溫度分佈(所有循環水溫均為45℃)............82 圖5.6 瓶口模具之溫度分佈 (心軸循環水溫為45℃，母模之 循環水溫為26℃).....................................84 圖5.7 瓶口之內表面溫度分佈圖（所有循環水溫均為26℃）......85 圖5.8 瓶口之外表面溫度分佈圖（所有循環水溫均為26℃）......86 圖5.9 瓶口之內表面溫度分佈圖（所有循環水溫均為45℃）......87 圖5.10 瓶口之外表面溫度分佈圖（所有循環水溫均為45℃）......88 圖5.11 瓶口之內表面溫度分佈圖（心軸循環水為45℃， 母模循環水為26℃....................................89 圖5.12 瓶口之內表面溫度分佈圖（心軸循環水為45℃， 母模循環水為26℃....................................90 表 目 錄 表1.1 塑膠材料特性資料表..................................91 表2.1 射出成型機型號資料表................................92 表3.1 實驗數據總攬........................................9