如何調整螺絲達到均勻塗佈
7-1 概述
本章節將介紹如何利用理論推導以及有限元素法分析能更有效率 從調整螺絲達到均勻塗佈。
首先我們將由實驗量出轉動螺絲的角度以及扭力的關係，由扭力可 以計算出螺絲對於模具施加的正向力。接著由有限元素法的分析，可 以得知螺絲所施加的正向力對於模具所造成的影響，包含間隙變化的 大小、應力、應變等。最後依據流體力學的計算，可以得到這些間隙 變化會造成多大的流量變化，進而如何影響塗佈厚度等。最終可以由 上述的推導關係等得到調整角度以及塗佈厚度的關係圖，可以做為後 續調整螺絲的依據。
7-2 理論以及有限元素法分析
7-2-1 螺絲轉動角度以及其施加於模具正向力之關係
螺絲轉動角度以及其相對應施加於模具上的正向力是一個非常困 難的題目。影響此關係之因素包含有摩擦力、螺絲間的公差…等。無 論是理論上的分析或是有限元素法上的分析，上述的因素若稍有變 動，皆會造成相當程度的影響。
在本研究中，我們利用扭力板手量得螺絲轉動角度以及扭力的關 係，得出其關係如圖7-1。
圖 7-1 螺絲旋轉角度與扭力關係圖
(2) 未施加轉動之螺絲使其為模具結構的一部分，用圓柱連結替代。
(3) 施加轉動之螺絲轉換成前一節計算出之正向力代入。
模型建立如圖7-2。
圖 7-2 模型圖
模型建立好之後，由ANSYS進行分析[16]。首先進行格點數分析，
確保分析之有效性。圖7-3和圖7-4為建立格點之後的模型圖以及格點收 斂分析圖。
圖 7-3 模型格點圖
圖 7-4 格點收斂分析圖
由圖7-4可知格點數119810以及格點數164451之誤差為0.027%，以 達成收斂目標。在後續分析之中，我們將以格點數119810之模型進行 分析。
依據前述假設(1)，在彈性變形的情況之下，施加之正向力的大小會 與變形成正比之關係，換句話說施加1N與施加3000N對於位移的差異 為3000倍。依此可以簡化分析，先分析1N的位移變化，之後對於其他 的正向力值，皆乘以其倍數即可。再者因為正向力為壓力或者是拉力，
對於施加在模型上只會差一個正負號，故還可以更為簡化到只分析一 個方向的正向力。在此研究之中，會以施加壓力使得間隙變小為分析 對對象。
本研究中我們分析了下列兩種情況:
(1) 中段螺絲施加正向力對於間隙所造成的影響。
(2) 兩端螺絲施加正向力對於間隙所造成的影響。
在第一種情況下，我們分析對於中段一個螺絲施加正向力之後，會 對間隙造成的影響以及其所影響之範圍。圖7-5為在中段螺絲施加正向 力對於間隙所造成的影響。
圖 7-5 施加 1N 力在螺絲孔後之模型位移圖
由圖7-5可以看出，施加1N之正向力的情況下，間隙改變的最大位 移為1.2nm。位移變化0.25nm(21%)以上的範圍為174mm，包含施加正 向力的螺絲本身共有5顆螺絲的範圍受到影響。
第二種情況之下，我們分析模具端點的螺絲施加正向力之後對於間 隙所造成的影響。因為端點的螺絲少了一部分的支撐，預估相同的外 力之下，其位移變化會比在中段的位移大。因此需要針對端點部分的 變化進行分析以得到調整螺絲角度之依據。圖7-6到7-8分別為由端點往 中段的三個螺絲分別施加1N的正向力之變化。
圖 7-6 施加 1N 力在端點螺絲孔後之模型位移圖
圖 7-7 施加 1N 力在離端點第二個螺絲孔後之模型位移圖
圖 7-8 施加 1N 力在離端點第三個螺絲孔後之模型位移圖
各種情況下模具位移變形量之峰值變化如表7-1。 (Navier-Stokes Equation)在x方向上我們可以寫成[17]:
0
依據方程式(7-15)可得單位時間的出口流量與間隙L的三次方成正
表 7-3 塗佈厚度與需調整角度關係表-2
螺絲編號 1 2 3 中段
調整角度 厚度(μm)
-1 1.9026 1.9190 1.9210 1.9195 -2 1.8715 1.9049 1.9089 1.9058 -3 1.8398 1.8906 1.8968 1.8920 -4 1.8073 1.8762 1.8845 1.8781 -5 1.7742 1.8617 1.8721 1.8640 -6 1.7404 1.8470 1.8596 1.8498 -7 1.7059 1.8322 1.8470 1.8355 -8 1.6706 1.8172 1.8343 1.8211 -9 1.6345 1.8021 1.8215 1.8065 -10 1.5976 1.7868 1.8086 1.7917