三、实验方法 基础实验平板模具规格如图一,针对模具表面作动态模具温控实验,并置入5根电热棒,及冷却管路,升温范围设计50℃-120℃-50℃,进行模具表面动态温度控制实验。在冷热水切换加热实验中采用冰热两用模温机作为温度控制模式,首先将模板温度控制在50℃,并经一时间让其稳定。再使用125℃的水进行加热,待模面温度达到120℃时,即完成加热。电热管加热模温控制系统实验,先利用水温机将模板温度控制在50℃,并经一时间让其稳定。然后使用300W之电热管进行加热,待模面温度达到120℃时,即完成加热阶段。感应加热系统实验上︰先利用水温机将模板温度控制在50℃,并经一时间让其稳定。使用电流600A、40kHz、加热距离3mm之感应线进行加热,待模面温度达到120℃时,即完成加热阶段。 在实际应用于射出成型实验上,使用拉伸试片模,选用双点进浇拉伸试片模具(图二),产品的厚度为1 mm,熔胶会同时由上下浇口进入模穴,于模穴中心附近形成缝合线。所用的成型材料为奇异公司的聚碳酸酯(PC HF-1130),工作温度约在280~300 ℃,玻璃转化温度(Glass Transition)约在138 ℃。实验前先使用模温控制机将模具预热至90℃,待模具温度稳定后,针对模具表面进行模具感应加热,分别针对母模单面加热及公母模双面同时加热两种,控制温度达到153℃瞬间即进行射出。感应加热线圈输出功率为14.8kW,输出电流600A,工作频率47kHz,加热距离2 mm,并将实验所得之试片进行拉伸试验,讨论感应加热对消除缝合线的效益。 四、结果与讨论 三种加热模式加热速度实验比较,从50℃加热至120℃,模面升温对时间关系曲线(图三)包含水温机温度控制、加热棒温控与感应加热,使用冷热水切换加热系统所需加热时间为272秒,使用电热管加热需要64秒,使用感应加热需要5秒。模拟分析技术与实验验证结果相比对,仿真分析之温度分布可正确掌握与量测热影像分布结果(图四),感应加热技术所呈现加热均匀性良好以及加热速度效果最佳。理论分析并搭配加热与冷却之动态历程,可成功计算出模具升温与降温曲线,并与温控实验温度趋势相符合。 感应加热成型方面,针对模具表面局部做瞬间加热,于缝合线产生处进行加热完成试片成型,由于缝合线消除试验使用材料为PC,所以加热瞬间的温度约为153℃,待关模结束后的温度约为143℃,高于PC的玻璃转化温度138℃,由于PC为透明材料,单面加热可明显消除试片单面的表面缝合线痕迹,但另一面的缝合线痕迹仍然存在,唯有进行公母模同时加热,缝合线痕迹才能有效被消除,如图五所示。成型完毕后之产品,经由简易光弹测试,可以发现,单面及双面加热都能有效降低加热区域之残余应力(图六)。 五、 结论 本研究成功建立3D磁-热耦合模拟分析技术,模拟精确度获得实验的验证。感应加热、电热棒加热及水温切换来控制动态模温的变化,无论是模拟分析或是经由红外线热影像仪量测模具表面温度技术,其动态温度变化的过程都得到了深入的了解。感应加热技术,搭配适当加热线圈设计,可迅速将模温升至材料玻璃转换温度以上,其针对模具表面集肤深度进行升温,远比其它加热模式快,并成功应用在实际成型应用上,每秒可达约30℃升温速度,并可达到快速降温目的,使用公母模同时加热,可以成功将厚度1 mm、透明的拉伸试片产品缝合线消除并降低加热区域之残余应力,产品质量明显提升。 六、参考文献 1.D. H. Kim, M. H. Kan and Y. H. Chun, SPE ANTEC Tech, 3347 (2001). 2.Donggang Yao, Ming Chen and Byung Kim, SPE ANTEC Tech, 704 (2001). 3.Donggang Yao and Byung Kim, Polymer Engineering and Science, 42, 12 , 2471 (2001). 4.Wolfgang Schinkoethe and Thomas Walther, Kunststoffe Plast Europe, 90, 62 (2000). 5.C. C. Chen, Master Thesis, Chung Yuan University, Taiwan (2000). 6.H. S. Peng, PhD Thesis, Chung Yuan University, Taiwan (2002). 7.S. C. Chen, H. S. Peng, J. A. Chang and W. R. Jong, Inter. Commum. Heat & Mass Trans., 31, 971 (2003). 8.O. Biro and K. Preis, IEEE Trans Magn., 25, 3145 (1989). 9.H. T. Chen, High Frequency Basic Theory and Application, Chwa Book Company Ltd., Taiwan (1995). 10.C. L. Chang, Master Thesis, Chung Yuan University, Taiwan (2003). |
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