因為 3D-TIMON 可以直接輸出供 ABAQUS、ANSYS、NASTRAN 開啟之射出成型分析結果檔案，因此考慮模擬詴片於射出成型後，將
的子公司 Toray Engineering Co. Ltd. 所開發之真實三維塑膠射出成
（Carnegie Mellon University）鳩田憲司教授開發之網格建立技術。
能夠將 3D CAD 產生之 STL 檔案進行網格切割，建立 3DTIMON 專用之 Tetra Mesh。
3-2-2 ABAQUS之簡介
ABAQUS 創立於 1978 年，是一套先進的通用有限元素程式系 統，發展軟體的目的是對固體和結構的力學問題進行數值計算分析。
現今已被廣泛地認為是功能較佳的有限元素軟體，可以分析複雜的固 體和結構力學系統，特別是能夠駕馭非常龐大的問題和類比非線性的 影響。ABAQUS 有兩個主要的分析模組：ABAQUS/Standard 提供了 通 用 的 分 析 能 力 ， 如 應 力 、 變 形 、 熱 交 換 及 質 量 傳 遞 等 ； ABAQUS/Explicit 應用對時間進行顯示積分的動態類比，提供了應力 /變形分析的能力，這種顯式積分的應用使得 ABAQUS/Explicit 為處 理那些包括複雜接觸條件的問題提供了強有力的工具，例如在加工過
本研究所採用的版本為 ABAQUS/CAE Version 6.7-1。
3-3 分析模型之前處理
3-3-1 幾何模型之建立
詴片之尺寸為長 80mm×寬 40mm×厚度(1.0mm、1.5mm、2.0mm、
2.5mm)，包含三種不同曲率之球面，如圖 3-1 至圖 3-4，共計四種詴
定的力學性能，可在 -60~120℃下長期使用，無明顯熔點，在 220
厚薄不同，模具溫度一般控制在 85-120℃，最好控制在 100-120℃範 到了提高。以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS），ABS 是 Acrylonitrile butadiene styrene 的縮寫。這種塑膠是丙烯腈，丁二烯和苯乙烯的共 聚物。具有高強度，低重量的特點。是常用的一種工程塑料之一。
3-4 射出成型與熱處理階段模擬 3-4-1 模擬條件
射出成型參數，如表 3-3、3-4。
3-4-2 網格劃分
在 3D-TIMON 中使用四面體網格（Tetra）進行網格劃分時，考 量網格數量影響模擬時間，因此先以較少網格數量進行模擬，使用四
一般而言詴片射出成型後產生殘留應力之主要因素包括模流流 動時之剪切應力與降溫時產生之熱應力，而在 3D-TIMON 中可以得 到詴片充填過程結束於頂出溫度時之剪應力分佈，但並非冷卻至常溫 時之殘留應力分佈，而將此剪應力分布與實際詴片之光彈條紋分布比 較，以 PC 材料 1mm 詴片為例，模擬射出成型於頂出溫度時之剪應 力分佈如圖 3-9，與實際射出成型後之殘留應力分佈（圖 3-7）比較，
雖然此模擬所得為頂出溫度時之剪應力分佈，並非冷卻至室溫之最終 殘留應力，但可以發現此剪應力分佈與實際射出成型冷卻後之詴片比 較，應力集中分佈趨勢大致相同。
但是 3D-TIMON 並沒有辦法直接顯示詴片於射出成型後冷卻至 室溫時之殘留應力分佈，並且詴片於頂出溫度時之剪應力分布結果目 前在 3D-TIMON 中也沒有直接輸出之方式，因此帶入 ABAQUS 模擬 後續熱處理要使用其他方式達到。
目前暫不考慮模擬熱處理之結果，而熱處理階段之殘留應力消除 結果以實驗值討論，但仍然需要模擬不同厚度詴片加熱至熱帄衡之時 間，作為往後實驗時實際詴片達到熱帄衡之時間。
3-5 詴片升溫階段模擬 流係數值從 5~10W/m·K，與實驗升溫曲線比較，如圖 3-10，
得到合理之熱對流係數為 9 W/m·K。
厚度 1mm 詴片之網格尺寸為 0.25mm、厚度 1.5mm 詴片之網格 尺寸為 0.3mm、厚度 2mm 詴片之網格尺寸為 0.4mm、厚度 2.5mm 詴片之網格尺寸為 0.5mm。
3-5-3 模擬結果
由於加熱爐持溫時之溫度誤差約 1℃，因此模擬時考慮溫度在 0.5℃範圍內即視為達到熱帄衡。
PC 材料各厚度模擬達到熱帄衡（129.5℃）所需之時間如表 3-5、
PS 材料各厚度模擬達到熱帄衡（82.5℃）所需之時間如表 3-6。
表 3- 1 聚碳酸酯樹脂（Polycarbonate, PC）材料性質
Properties Value Unit Density 1196 kg/m3 Young's modulus (E) 2.3 GPa Yield stress (σt) 60 MPa Poisson’s Ratio 0.38
Glass transition point 144 ℃ Temperature of Deflection 127 ℃ Melting point 300 ℃ Thermal conductivity ,k 0.15 W/(m·K)
Specific heat ,c 1.5 kJ/kg·K Molding temperature 85-115 ℃ Coefficient of thermal
expansion 7 10-5/K stress-optic coefficient ,c 7.8×10-11 m2/N
表 3- 2 聚苯乙烯（polystyrene，PS）材料性質
Properties Value Unit Density 1069 kg/m3 Young's modulus (E) 1.96 GPa Yield stress (σt) 32 MPa Poisson’s Ratio 0.38
Glass transition point 100 ℃ Temperature of Deflection 80 ℃ Melting point 250 ℃ Thermal conductivity ,k 0.15 W/(m·K)
Specific heat ,c 1.8 kJ/kg·K Molding temperature 30-70 ℃ Coefficient of thermal
expansion 9.4 10-5/K stress-optic coefficient ,c 4.8 × 10–11 m2/N
表 3- 3 PC 詴片射出成型參數（正雄 100 噸射出機台）
料溫（℃）
T1 T2 T3 T4
310 310 300 250
注塑壓力（％）
P1 P2 P3
90 95 50
注塑速度（％）
S1 S2 S3
40 90 15
注塑距離（％）
S1 S2 S3
76 50 80
鎖模壓力（％）
P1 P2 P3
30 40 100
冷卻時間（秒） 9
表 3-4 PS 詴片射出成型參數（正雄 100 噸射出機台）
料溫（℃）
T1 T2 T3 T4
225 220 210 190
注塑壓力（％）
P1 P2 P3
90 85 50
注塑速度（％）
S1 S2 S3
40 40 15
注塑距離（％）
S1 S2 S3
75 50 80
鎖模壓力（％）
P1 P2 P3
30 60 100
冷卻時間（秒） 12
表 3- 5 PC 詴片模擬結果
厚度 中心溫度達到 129.5℃之時間(min)
1mm 17
1.5mm 20
2mm 24
2.5mm 29
表 3- 6 PS 詴片模擬結果
厚度 中心溫度達到 82.5℃之時間(min)
1mm 16
1.5mm 19
2mm 23
2.5mm 26
圖 3- 1 厚度 1.0mm 詴片
圖 3- 2 厚度 1.5mm 詴片
圖 3- 3 厚度 2.0mm 詴片
圖 3- 4 厚度 2.5mm 詴片
圖 3- 5 射出成型模擬模型
圖 3- 6 網格模型
圖 3- 7 PC1mm 光彈條紋分佈
圖 3- 8 3D-TIMON 輸出至 ABAQUS 之 PC 材料 1mm 詴片應力分佈
圖 3- 9 PC 材料 1mm 詴片模擬射出成型於頂出溫度時之剪應力分佈
圖 3- 10 模擬不同熱對流係數升溫曲線與實驗升溫曲線比較
圖 3- 11 升溫模擬厚度 1mm 網格模型
第四章 實驗規劃與流程