二、 射出成型及模具技術簡介
2.3 射出產品成型不良原因探討
尺寸異常 成型收縮率 累積同類形狀的成型收
圖 2.3 薄殼產品 2.4 射出對各產品關係的影響
2.4.1 射出成形技術對薄殼產品的影響
在射出的界定上[17]，射出速度在 300mm/sec 以下為傳統射出機，射出 能力在 300mm/sec~600mm/sec 歸類高速射出機，而射出 600mm/sec 以上則 稱為超高速射出機，而超高速射出成型機一般應用在薄件成上。而所謂的 薄壁產品定義，一般而言是指成品 L/T 比在 150 以上，或壁厚在 1.0~0.8mm 或更小者作為薄壁成品看待，如圖 2.3
如果有生產如薄殼產品，塑料的流動性是成形與否的主要素，不只如 此，在射出機的條件上也是相當的重要，如射出機的模溫和料溫也不能太 低，才使材料在模穴充填的過程中，能保持充分的流動狀態。而射出機的 射出壓力和鎖模壓力是否足夠，也會影響薄殼片的產品能否成形。一般在 塑料射出時，因受到接觸面冷卻的影響，其固化層會隨著充填時間的增加
而逐漸加厚，而造成流動阻力與射出壓力的增加，若當固化層完全阻礙充
2.5 何謂模具
而圖 2.4 為模具設計製造流程圖：
樣品或成品圖面分析
2.7 射出壓縮模具與傳統模具的比較
射出壓縮成型 (Injection-Compression Molding)為一新的製程技術，近 年來在學界與業界引起了相當多的研究與討論，而此一製程技術目前已廣 泛應用在需高精度尺寸及考慮光學性質的光學產品如 DVD、CD-ROM 或光 學鏡片等的製造。
射出壓縮成型其操作結合了射出成型以及壓縮成型兩種成型技術，此 種製程主要是在一般傳統射出成型製程中之外加入模具壓縮的製程，亦即 在充填之初模具不完全閉鎖，當部份塑料注入模穴後，再利用鎖模機構閉 鎖模具，由模心模壁向模穴內熔膠施加壓力以壓縮成型來完成模穴充填。
比起傳統的射出成型，射出壓縮成型具有以下優點：(1)降低射出壓力。
(2)降低殘餘應力。(3)減少分子定向。(4)均勻保壓減少不均勻收縮。(5)克服 凹陷及翹曲。(6)減少成品雙折射率差。(7)緩和比容積變化。(8)增進尺寸精 度。
活動模板的控制模式可分為二種模：其中一種為壓力控制模式，亦即 模板在射出階段前以低壓力鎖模，此時模具已密合只是鎖模力極低，在射 出階段時再利用射出壓力迫使模具打開，以使模穴空間加大同時降低流動 阻力，當完成射出動作後再使模具移動進行壓縮動作。第二則為位置控制 模式，模板在射出前以預先定位某一位子，並預留較大的模穴空間，此時
射出動作擠入熔膠並且可以低壓方式進入模穴，待射出完成後再進行壓縮
圖 2.5 CD-R 專用之 J-type 模具
體更要注意的是其溝軌的成形好壞，是會影響光碟片的生產效能的。因此，
在模具溫度的冷熱調配為一個重大的設計要點，而日本精工也因此而發展 出更適合於 DVD 光碟片使用之 F-type 模具，其水路設計考慮到了成形和散 熱問題，同時也增加了光碟片的生產效能。
固定側模具
活動側模具
三、田口實驗品質工程計劃 3.1 田口方法介紹
田口玄一博士（Dr. Genichi Taguchi）出生於 1924 年，[22]1949 年，日 本的電信實驗室（ECL – Electrical Communication Lab.）致力於改良日本 的電信通訊系統，而博士在研究開發中負責提高生產力的工作。為了改進
（on-lind quality control）和生產線外品質管制（off-line quality control），前 者是發生於生產階段，而後者主要是在產品發展和設計階段；線外品管尤 其特別重視研究開發階段時的品質設計。因此，對於產品的環境適應性及 產品壽命週期內的品質可靠度可提供有效的保證。採用田口方法之優點為 實驗次數少，成本花費低，可在雜音因子影響最小情況下，決定可控因子
的最適水準。
應用田口方法解決問題有下列優點：
（1） 可減少實驗次數。
（2） 直交表實驗所得結論，在整個實驗範圍內都可成立。
（3） 具有良好的再現性。
（4） 資料容易分析。
3.2 直交表的應用
田口式直交表實驗計畫，乃是田口玄一博士改良自傳統的部份因 子實驗法而得來的。其主要的精神，在於實驗需求品質的加法性，而不是 作為品質問題的解答。好處使是每一可控因子之主效果（Main Effect）可以 獨立且均衡的求出。是進行完全要因實驗（Complete Factorial Experiment）
中之部份要因實驗（Fractional Factorial Experiment）。常用直交表一般分為2k
系列（K 為因子數，2 表示因子為二水準）、3k系列、4k系列及5k系列等。
田口方法主要的工具是均方偏差(Mean Square Deviation ,M.S.D)和信號 對雜音比（Signal-to-Noise Ratio，S/N 比）。信號雜訊比是用來衡量產品品 質的一種統計量度，它可以表示製程或產品的水準及其誤差因素影響的程 度。由於選定的品質特性是整體的翹曲量，越小代表品質越佳，因此選定 望小特性作為品質的計量法。MSD 和 S/N 公式定義如下：
n
D.O.E. ( Design Of Experiment )，實驗設計法一般分為二階段式實驗 法，第一階段實驗最主要目的是要找出顯著因子，進而有效的加以控制。
其手法是將品質特性（Quality Characteristic）轉換成 S/N 比，再利用 S/N 比的特性，找到變異數小而品質特性平均值佳的設計。
( 3-1 )
( 3-3 ) ( 3-2 )
品質特性可分為三類：
1. 計量特性（Measurable Characteristics）：能以連續尺度量測。
又可分為三類：
2. 計數特性（Attribute Characteristics）：不能以連續尺度量測，但能按 不連續分級尺度分類。
動態特性（Dynamic Characteristics）：是一“系統＂的機能品質特性，取決 於該系統的投入及其造成的結果。
在進行完了模流分析的相關模擬和田口實驗的結果比對之後，已依照 模流中有遇到的問題，慢慢的修改，不管是模具零件的修改，或是射出參 數的搭配設計。找出最佳的可控因子水準之組合，使得產品或製程對雜音 因子不敏感，而其手段並不需要使用最高級昂貴的零件或材料，因此可以 在低成本之狀況下達成高品質的目的，才能真正達成我們所要的實驗結果。
四、電腦輔助工程與模流分析技術
而電腦輔助工程（Computer aided engineering, C A E）[23]應用在塑膠 射出成型上，在台灣稱為模流分析，最早是由原文 MOLDFLOW 直接翻譯 而來，而 MOLDFLOW 是由此領域的先驅 Mr. Colin Austin 在澳洲墨爾本 創立，早期(1970~)只有簡單的 2D 流動分析功能，並僅能提供數據透過越
圖 4.1 傳統設計流程與導入 CAE 流程的比較 本圖來源來自[25]
CAE 的軟體使用上，早期主要是用在結構體強度計算與航太工業上，
而使用在塑膠射出與模具工業為模流分析 MOLDFLOW。而隨著 CAE 軟體 的推陳出新，模流分析也逐漸被重視與廣泛的應用，而其後也研究出 CAD/CAM/CAE 之電腦輔助製造，使產品自動化生產。
在 CAE 的教學方面，柯朝塗[24]也應用了「內容分析法」歸納 CAE 內 涵及學出 CAE 知識的應有內容項目，在已學過有關機械方面如製圖、機械 材料力學等相關知識，且已經能夠使用電腦的能力下，再探討專科大學科 系開設有關 CAE 課程內容。可見得電腦輔助工程不只對於工業界是很有用 的一套模擬飲體，在學術界也是需要極力推廣的教學軟體。圖 4.1 傳統設計 流程與導入 CAE 流程的比較[25]。
4.2 CAE 之推導與理論
而現今，電腦輔助工程（CAE）會如此之盛行，主要是因為數值模擬 方法的精進，如有限元素法（Finite Element Method）、有限差分法（Finite Difference Method）及有限體積法（Finite Volume Method），而在 CAE 發展 之先前，是利用 ANSYS 及 NASTRAN 兩套軟體來進行模擬分析，而現在 發展了 C-Mold、MOLDFLOW、Moldex-3D 等軟體，以逐漸成為市場之主 流分析軟體。
有限元素法（Finite Element Method，FEM）是電腦輔助工程最主要的 根據理論[26]，而 FEM 的演算非常的複雜，尤其是對解矩陣求解，主要有 兩種求解方法，一為直接求解法（direct methods）；另一為疊代求解法
（iterative methods）[27]，在解結構（structure）及振動（vibration）解析程 式就常用到 FEM。其他的分析法有邊界元素法（Boundary Element Method，
BEM）及有限差分法（Finite Difference Method，FDM）等。
使用 CAE 模擬軟體時，我們要先在工程繪圖軟體（Pro/E、Solidwork、
AutoCAD）繪製設計之 3D 模型，再利用其圖形交換檔，如：IGS、STL 等，
作為之間的橋樑，將模型轉成 CAE 所需之檔案，輸入 CAE 軟體，進行設 計模型之結構分析和問題修正。
4.3 模流分析
模流分析[28]是以質量守恆和能量守恆，配合高分子材料之流變理論和 數值求解法作為理論基礎，模擬射出成形時，融膠在模穴內充填、保壓、
冷卻和翹曲的過程，並以人性化的介面將結果加以顯示。
射出成型的 CAE 電腦輔助工程（Computer Aided Engineering），為因應 全球模流分析 CAE 技術使用者的需求，提高分析精確度、加強軟體週邊資
型，再將此模型以三角形或四角形網格元素切割，利用網格元素定義模具 局部肉厚分布，建構一個符合 CAE 分析所需之 2.5D 的幾何模型，是一件 即費力、耗時、且困難的工作，因此為提升 CAE 使用的效率，開發自動繪 製中心面技術(Automidp-lane)及自動有限元素切割技巧(Automeshing)則是 一個有效的解決方案；
4.3.2 正確而完整的塑膠材料資料庫
在工業界上所發展出來的塑膠原料如此之多，若在電腦輔助工程分析 裡，忽略了各項材料的特性（如：玻璃轉化溫度、流動性），而單純只用同 一種材料做內建使用，其分析出來的數據會缺乏準確性，所以，一套良好 而可靠的電腦輔助工程分析技術，除了有賴正確的加工理論基礎及有效的 數值方法外，能將高分子在加工過程中的物理或化學性質變化的材料特性 做成資料庫建檔，在分析中，能加入分析，則分析出來的結果會更有準確 性。
所以為了提高 CAE 精確度，建立一個正確而完整的塑膠材料資料庫有 其必要性。
4.3.3 專家系統的建立
由近年來塑膠射出的發展趨勢來看，我們很清楚地了解 CAE 分析對於 模具業界和塑膠產品開發的未來發展前景中是十分重要的，除了加強 CAD
的發展與整合及建立正確而完整的塑膠材料資料庫外，開發一套整合加工
的發展與整合及建立正確而完整的塑膠材料資料庫外，開發一套整合加工