塑胶环形开关之最佳化设计-kuasedutw.PDFVIP

工程科技與教育學刊 第 11 卷 第 1 期 第 131～143 頁 民國 103 年3 月 塑膠環形開關之最佳化設計 林耕弘、黃世疇* 國立高雄應用科技大學 機械工程系 * E-mail :shuang@cc.kuas.edu.tw 摘 要 本研究對電動睫毛刷之環形開關進行結構分析，以確保開關在安裝時不會斷裂，並且利用 Mold Flow 模流分析軟體結合田口方法、反應曲面法進行最佳化設計。設計中以保壓時間、保壓壓力、融膠溫度、模 具溫度四個因素，探討主要影響翹曲的因子以及最佳的組合參數。結果顯示最佳的參數為保壓時間 6s 、保 壓壓力 5MPa 、融膠溫度 200℃ 、模具溫度 25℃ 。原設計翹曲值為 0.1007mm ，經最佳化設計後，翹曲值改 善為0.0685mm ，由此可知最佳化設計法確能夠有效改善翹曲值。在實際安裝環形開關時，開關上的卡鉤並 沒有被破壞，證實有限元素分析可有效預測結構不足之處 ，能在產品尚未製造之前及時修改，達到節省開 發時間以及成本的效果。 1. 前 言 睫毛膏為 1913 年由美國化學家 Thomas.L.Williams 所發明，是塗抹在眼睫毛上的化妝品，目的在於使 眼睫毛濃密、纖長、捲翹、以及加深睫毛的顏色，使眼睛於錯覺中變大，本研究設計的電動睫毛刷與市面 上所販賣的電動睫毛刷最大的差別為可以更換刷頭的機構、內部有一個凸輪機構，馬達在運轉的時候可以 讓睫毛刷刷頭能夠上下運動，能夠讓使用者能快速上妝，也考慮到未來量產的可能性。在設計的過程必須 非常嚴謹，所以在設計電動睫毛刷時利用了電腦輔助設計 （omputer Aided Design ，CAD ），機構設計時可以 確保零件在在組裝的時候不會有干涉，另外在產品設計完成之後利用電腦輔助分析 （Computer Aided Engineering ，CAE ）確保機構在運作的時候能夠按照原設計所要求的運動方式進行運作。在製程上使用有 限元素分析軟體Mold Flow 進行模流分析，讓產品再生產之前可以先進行如填充分析、翹曲分析、收縮分 析之類的實驗，預測產品在塑膠射出的時候可能會發生的各種缺失，並對這些加工參數進行修改以及測試。 最後利用Mold Flow 模流分析軟體結合田口方法、反應曲面法進行最佳化設計，找出影響產品品質的因子， 並對因子進行最佳化，以降低產品製造時的錯誤率，提高生產的效能。 1997 年 Chen 等人[1]利用田口最佳化來改善汽車保險桿在射出成型的時候表面所產生的條紋，起初使 用L12 直交表先找出最佳的填充時間，有了最佳填充時間，再利用L18 直交表找出影響產品條紋的參數，根 據田口最佳化方法可以的得知影響產品條紋的因素為模具溫度 、填充時間、射出速度 。2001 年Huang 等人 [2]利用有限元素分析軟體 C-MOLDTM 進行分析，利用澆口尺寸、模具溫度 、融膠溫度 、填充時間、保壓 時間、保壓壓力對塑膠薄殼件做翹曲分析，並利用田口方法找出最佳的加工參數，由結果可知道保壓壓力 對翹曲的影響最大，澆口尺寸與填充時間對翹曲的影響最小。2004 年許佳成[3]利用 ANSYS 對自行車架進 行有限元素分析，對車架進行撞擊分析，再從中找出自行車的受力方式，從結構比較脆弱的地方去補強自 行車的結構，在產品還沒製造出來之前就能得知產品的結構性，節省產品的開發時間以及成本。 2005 年Dimla 等人[4]為改善產品的熔接線利用模流分析軟體對冷卻流道進行最佳化設計，射出成型過 程包括填充、冷卻、頂出，但是冷卻階段是這三個過程中最重要的一步，因為它會影響到產品生產的品質 與速度 ，結果顯示正確的冷卻流道位置能改善產品的品質。2005 年盧俊廷[5]研究在不同材料以及不同厚度 下的塑膠薄殼件，在塑膠射出時找出影響翹曲的因子，並採用光電式掃描儀來量測翹曲所產生的變形問題， Journal of Engineering