金屬粉末射出成型隨形水路模具設計製造與成型分析

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周韋辰(Wei-Chen Zhou) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

金屬粉末射出成型隨形水路模具設計製造與成型分析

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摘要(中)

金屬粉末射出成型(Metal injection molding, MIM)為一種結合塑膠射出成型與粉末冶金工藝優點的製程技術，適合成型高精度、高強度、幾何形狀複雜的金屬零件。其製程由粉末與黏結劑之混煉、模具設計、射出成型、至後製程之脫脂、燒結與二次加工，涵蓋技術範圍甚廣。而模具設計的成敗決定產品開發的成敗，直接影響MIM生產技術的效率及品質，但傳統2D冷卻水路可能不容易解決多模腔模具溫度分佈不均勻的問題，而造成產品的成型缺陷。本研究發展一整合性技術針對MIM產品的成型製造，其技術為模流分析、隨形水路設計、金屬積層製造和CNC加工之MIM模具開發技術，並透過實際射出成型試驗與分析，探討此一整合性技術的可行性。最終，藉由模具冷卻系統之優化設計，提高MIM產品的冷卻效率與模具溫度的均勻性，不僅成功縮短生產的製程週期，並且提升產品品質。

摘要(英)

Metal injection molding (MIM) is a process technology that combines the advantages of plastic injection molding and powder metallurgy technology, and that is suitable for manufacturing metal parts with high precision, high strength and complex geometry. The manufacturing process covers a wide range of technologies, including mixing of powder and binder, mold design, injection molding, degreasing, sintering and secondary processing in the post-process. The success of mold design determines the success of product development, which directly affects the efficiency and quality of MIM production technology. However, conventional 2D cooling channels may not be easy to deal with the problem of non-uniform temperature distribution for multi-cavity molds, and may cause shaping defects of the product. In this study, we develope an integrated technology for the MIM product shaping and manufacturing, including MIM mold development technology for mold flow analysis, conformal cooling channel design, metal additive manufacturing and CNC processing. Also, through actual injection molding test and analysis the feasibility of this integrated technology is discussed. Finally, through the optimized design of the mold cooling system, the cooling efficiency of the MIM product and the uniformity of the mold temperature are improved, which not only successfully shortens the production process cycle, but also improves the product quality.

關鍵字(中)

★ 金屬粉末射出成型
★ 隨形水路
★ 金屬積層製造
★ 模流分析

關鍵字(英)

★ Metal injection molding
★ Conformal cooling channel
★ Metal additive manufacturing
★ Mold flow analysis

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 4
1.3 研究目的與方法 13
1.3.1 研究目的 13
1.3.2 研究方法 16
1.4 論文架構 19
第二章 MIM鎖類零件模流分析 20
2.1 前言 20
2.2 鎖類零件隨形水路設計 20
2.2.1 原一模一穴2D水路模具 20
2.2.2 一模四穴隨形水路設計 23
2.2.3 一模四穴隨形水路加隔板水路設計 26
2.3 鎖類零件模具實體網格建構與模流分析成型條件設置 30
2.3.1 實體網格建構 32
2.3.2 成型材料特性 37
2.3.3 成型參數設定 41
2.4 模流分析結果分析與討論 49
2.4.1 水路型式對冷卻液流動趨勢之影響 49
2.4.2 水路型式對模具溫度變化之影響 54
2.4.3 水路型式對產品達頂出溫度時間之比較 56
2.4.4 水路型式對產品溫度之影響 59
2.4.5 水路型式對產品翹曲變形之影響 62
2.4.6 水路型式對產品粉末濃度之影響 64
2.5 結論 67
第三章 MIM鎖類零件模具設計與製造 68
3.1 前言 68
3.2 模具設計 68
3.2.1 模座之選擇 68
3.2.2 流道系統設計 71
3.2.3 成型模仁設計 73
3.2.4 冷卻水路設計 76
3.2.5 頂出系統設計 76
3.3 隨形水路模仁製造 79
3.4 模具之組立 83
第四章 MIM鎖類零件模具成型試驗與結果分析 85
4.1 前言 85
4.2 實驗設備 85
4.2.1 射出成型機 85
4.2.2 模溫控制機 87
4.3 短射實驗 87
4.3.1 實驗規劃 87
4.3.2 實驗結果與模流分析驗證 89
4.4 滿射實驗 95
4.4.1 實驗規劃 95
4.4.2 實驗結果 95
4.5 全電式射出機應用於MIM隨形水路模具之成型分析 106
4.5.1 實驗設備 106
4.5.2 短射實驗 108
4.5.3 滿射實驗 112
第五章結論與未來展望 120
5.1 結論 120
5.2未來展望 122
參考文獻 123

參考文獻

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[5] Moldex3D: http://www.moldex3d.com/ch/
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[21] 劉傳仁：〈異形水路模具設計對於金屬粉末射出成型槍機卡榫影響之研究〉，國立中央大學碩士論文，2019。
[22] 陳夏宗、李海梅、周文祥和陳清祺主編，射出成型原理與製程，五南出版社，2014。
[23] 有方廣洋著，射出成形的不良對策，歐陽渭城譯，全華圖書股份有限公司，2007。
[24] 王茂齡、張榮語和許嘉翔主編，模流分析理論與實務，科盛科技股份有限公司，2018。

指導教授

賴景義(Jiing-Yih Lai)

審核日期

2020-7-28

推文