A17 红外线变模温系统设计与分析

作者:

张沛颀1、陈建羽1、黄圣杰1、李辉煌2、黄登渊3

1.国立成功大学机械系；2.国立成功大学工程科学系；3.中华医事学院环境安全学系

摘 要:

热塑性塑料射出成型技术的主要关键在于高性能的射出成型机、模仁加工、精密模具设计制作、脱模辅助装置与辅助成型技术。射出成型机的需求是准确的计量能力、高射出率、反应快与稳定的机构等。

本文针对热塑性塑料射出成型技术的发展，开发一辅助成型的红外线变模温系统并进行探讨。在此发展一个混合三维光线轨迹与瞬时热传模拟的方法来计算受到红外线加热模具表面的热状态。其中商用光学分析软件TracePro被用来仿真吸收红外线模面的热通量。之后使用ANSYS来计算模仁表面二维与三维的瞬时热传。红外线加热模面时，也使用数种型式的反射镜面来研究其加热效果。所仿真的温度结果与使用热影像仪的实验测量值相当接近。之后，利用此模拟方法来研究对于射出成型红外线快速表面加热反射镜面的几何影响，并使用田口方法来找出近似最佳的反射镜面。

此外，针对射出成型设计并验证一个低成本与实用的红外线快速表面加热系统。此系统被设计来组装在模具上并使用一个控制系统来操作灯座的运动与卤素灯的开关。使用四个卤素灯(每个1kW)做为加热模仁表面的光源。采用一个修改的螺旋流模具来验证红外线快速表面加热系统在实际射出成型的效益。分别使用三种塑料材料聚丙烯(PP)、压克力(Acrylic)与聚碳酸脂(PC)来进行螺旋流射出成型实验。假如使用近似球面反射镜与灯泡集中排列的方式加热，模仁表面的温度可以被加热到最高。模仁中央的温度经过15秒红外线加热可以从83°C上升到188°C。因为模仁表面的模具在充填前高于塑料的热变形温度，因此螺旋流成品的长度会增长。也进行研究对于薄长件成品模穴其红外线加热位置的影响，如此验证使用较小红外线加热面积于较大模具表面的可能性。同时，使用红外线模仁快速表面加热也能相当有效地辅助微针数组结构的射出成型，其微针尖端的复制性相当高。

经由本文中的研究结果，对于热塑性塑料射出成型技术的成品复制性与解决方法确实有所帮助。

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