本文架構

本文共分為七章節，其各章內容詳細說明如下：

第一章：緒論。

說明本論文研究之動機與背景、文獻回顧、研究流程與章節 架構的介紹。

第二章：射出成型及模具技術簡介。

針對射出成型之步驟、缺陷與對策及控制參數、設備、產品 特性影響，做一簡易的說明與介紹。

第三章：田口實驗品質工程計劃。

利用田口方法和直交表的參數假設實驗，對薄殼件及高倍速 光碟片的實驗和分析。

第四章：電腦輔助工程與模流分析技術。

利用電腦模流軟體進行射出過程的模擬，以利進行射出結果 之研究與改善。

第五章：研究初步結果與未來方向。

第六章：實驗最佳化分析內容。

第七章：結論與未來預定目標。

二、射出成型技術簡介

2.1 射出成型原理

射出成形機[12]是由液化的塑膠材料，利用螺桿前進的原理，將材 料射入模具的空間內的射出機構，與高壓鎖緊模具的模具鎖緊機構，及用 以自動操控自動移位的控制機構所構成。1956 年 Willert[13]發明現代化螺 桿式射出成型機，而同年，Darnell 和 Mol[14]對於高分子固體粒子在累桿間 移動提出完整的分析。塑膠材料以定量、間歇的方式，從進料筒內落入加 熱的螺桿中，在螺桿內加熱融化後，經由螺桿或是以柱塞移送進模穴內。

當模穴內充滿後，模具冷卻系統再加以冷卻固化後，成形品取出再繼續進 行下一個射出循環，即完成射出動作。

2.2 射出成型七大步驟

射出成形機是由溶解塑膠材料並且加以射出的射出機構，與高壓鎖緊 模具的模具鎖緊機構，及用以自動操控自動移位的控制機構所構成。而射 出成形過程細分有：鎖模工程、噴嘴接觸工程、射出工程、冷卻工程、材 料之溶化及計量工程、離模工程、成形品頂出工程，如圖 2.1，而射出機生 產動作程序如圖 2.2。

一． 鎖模工程：在液化材料進入模穴之後，射出機必須使用非常高之鎖模 壓力，才能將材料推向定點，也才能將成品形狀順利成

形。一般而言，模穴的空間越窄，成形品的厚度越薄，

七、成形品頂出工程：模具分離後，要取出附著於公模上之成形品，多使 用液壓力配合模具內部的頂出機構，先將成形品作 頂出的動作，再利用機械手臂或滑槽，將成形品送 達目的地。

圖 2.1 射出成形之步驟 本圖來源來自[12]

1. 模穴充填

2. 保壓、冷卻

3. 頂出、離模

射座前進

開模至標準位置

按下射出啟動鍵 注模

第一段鎖模力作動 第一段鎖模時間作動

第二段鎖模時間作動 第二段鎖模力作動

保壓

剪料頭

第三段鎖模力作動 第三段鎖模時間作動

模中冷卻

固定側吹氣

慢速開模 快速開模 活動側吹氣 手臂接片

圖 2.2 射出機生產動作程序

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2^k

系列（K 為因子數，2 表示因子為二水準）、3^k系列、4^k系列及5^k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

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