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1、新型光纖接頭精微模具設計及成型技術之研究Research Development of a Novel Precise Mold and the Molding Technique for Optical Fiber Ferrules黃明賢M.-S. Huang國立高雄第一科技大學 機械與自動化工程系 助理教授Assistant Professor,Department of Mechanical and Automation Engineering,National Kaohsiung First University of Science and Technology林宗彥T.-Y. Li
2、n國立高雄第一科技大學 機械與自動化工程系 研究生Graduate student,Department of Mechanical and Automation Engineering,National Kaohsiung First University of Science and Technology摘要傳統模具設計及成型技術乃針對尺寸大且精度要求不高的產品，但近年來 由於射出成型件已趨向重量小且尺寸要求精度高，模具設計中所忽略的模具定 位和變形顯得格外重要。本研究以 SC 型塑膠光纖接頭模具為載具，設計一具 有精密定位功能的新型模具， 擬將射出成型機開關模運動之誤差及模板變形對 模具
3、定位之影響排除在外；另外，利用 Moldex 模流分析軟體模擬分析模具的 芯模承受熔膠拖曳力時所造成的變形，並且以此為參考結合田口實驗計畫法尋 找成型參數之最佳化。根據實驗結果顯示，模具模板變形量及平行度會受到機 台振動的影響，在精微模具設計時需將基台振動的因素考量在內，基於此設計 理念，新型光纖接頭模具在定位穩定度方面，較傳統穩定，至於以模流分析軟 體模擬成型參數對芯模變形之影響得知射出速率及熔膠溫度的貢獻度最大。關鍵詞： 微射出成型；精密定位機構；模具變形；製程參數最佳化； SC 型塑 膠光纖接頭AbstractThe conventional mold design and inject
4、ion molding technique tends to apply for parts with large size and low-precision dimension. Nowadays, molding parts with tiny dimensions and high accuracy are tremendously required. Thus, the positioning accuracy of mold plates movement and the control of their mold deformation are important to prod
5、uct quality. By employing the SC-typed plastic ferrules as the study vehicle, this research aims to design a new molding mechanism to achieve high positi oning capacity whe n mold clos ing. The desig n con cept is to eliminate the misalignment of mold closing caused by the deformation of the clampin
6、g unit. Moreover, the commercial software Moldex ” is applied to simulate the little deformation of tiny core caused by the drag force of melt polymer. By appl ying Taguchi method, the optimal parameter sett ing is decided. Accordi ng to experime ntal result, the mold plate ns are affected by the mo
7、ldi ng mach ines vibrati on. Therefore tak ing this factor into acco unt is n ecessary whe n optical fiber conn ector mold was desig ned. The measureme ntshows that this n ew-typed mold structure is more reliable in positioning than traditional one. Also, the injection rate and the melttemperature h
8、ave great in flue nee on core pi deformati on.Keywords: micro injection molding, mold deformation, optimal process parameter, SC-typed plastic ferrules, mecha nism of precisi on positi on.格式說明:在摘要與全文之間插入分節符號與分頁符號參考：插入分節與分頁符號全文撰寫格式說明:一、前言一律以雙欄式撰寫全文參考：設定雙欄I型品品質控制的困難度提高。除此之外，由於微,當熔膠進入模穴時瞬間成型機係一種j的機器，其主
9、要機構有塑化單元及夾模單元兩 內文標題格式說單元用以承載模具，進行開、合 各段、 大小過射出所射出之熔膠冷卻凝固，為使熔膠能順利完全充填模穴，微射 出成型的模溫較高於傳統射出成型,而高模溫造 成微射出成型之成型週期較一般傳統射出成型 長的缺點。上述微成型技術的充填過程不同於傳 統的充填過程，將會衍生出微成型技術所需克服 丿L的問題，諸如，高深寬比成型工程技術挑戰、需 內文段落格式說明層形成所題、需避免高射出壓力以防止 各段標題精確射膠預置空制及 個模系的成白設備等問題填完整與否，。| 傳統射出成型技術中，由於成品物件大，尺 寸精度較不要求，故模具的變形及定位等因素容 易被忽略，但在精密及微量成
10、型中，除去成型參性體動。在： 體，夾以小寫中文足夠開模力 體與以止塑寫中文字開頭 成型不良的情形發生。由於夾模單2； 落設靜定板、導柱等零組件，在成型過 程均將段受極設定負荷而變形,以肘節式合模機段距具距咼壓熔膠成 以確保 段將模撐開的動構為例，造成成型不良的原因，描述如下:（1）合模時模板不平行：肘臂個別尺寸誤差與射出 機導柱的磨損使活動模板不能筆直動作，造成 模板合模靠迫時，模具微結構零件受到壓力， 造成模具結構變形，如圖1。M肘臂的安裝點 為中心鎖模力分佈向兩側遞減,造成模具中心 鎖模 的現肘臂過大的鎖模力，使射出機的導柱彎曲，可動（2）鎖模力分佈不平均：曲肘機力圖例格式2。彳聿標示圖
11、附加圖檔式產生變形，發生溢料象文圖圖示 伸展瞬間鎖模（毛邊）伸展瞬間產生模板發生運動，如圖3。因此對微射出成型而言，動模板的變形量及 平行度必須嚴格地控制以避免其間接地導致成 型品特徵尺寸的偏差。再者，模板間閉合運動的 滑動公差設計會對具有靠迫特性的精密用模具 造成尺寸偏移。至於模具強度設計方面亦會因夾 模單元所承受鎖模力時的模板變形隨之變形。對精密的微射出成型而言，模具的變形不但會使模 穴在分模線產生間隙，亦會造成在高速充填時產 生的毛邊現象直接影響尺寸。在成型方面，微射出成型的充填過程由於成 品小、流道小、流動阻力大，因此需提高熔膠充 填速度，以減少固化層的形成。但高射速將使成衍生短射的問
12、模內微結構件受力高精準和高強健鎖 這些都會決定模具的變 進而影響模具壽命及產品數、射出機性能、塑膠材料及加工技術外，模具的變形定位也是直接關係成品尺寸精度的要素 之一，因此在oitout 1 |的研究中提到模穴的變 形主要來自於：（1）機台靠迫模具致使模穴被撐 開，此種模穴變形約略只有數十微米，並不會產 生參考文獻邊；用（2）模具的鋼材並不是無限剛大律標示具零並 生說明勺原因之一，後續 應變規進行量測模穴平面的變形於文勺變附力也是促使模穴產Leo 和 Cuvelliez2以/將上述的最後兩項因素與模穴變形的關係予以量化。根據上述模具變形的原因，減少模具變形最直接的方法， 可從模具設計改善，以往
13、模具設計並無一定準則 可循，模具尺寸及其水路的設計皆採取經驗法 則，為減少模具變形， Hirosh等人3藉由有限 元素法進行模具結構及分模面的變形分析，有以下的結論：（1）稍微傾斜的分模面可減少分模面 邊緣的變形；（2）公模板或承板在合模方向加厚 有助於減少分模面的變形量。蔡4使用有限元素法對模板強度進行分析，發現加大導柱上螺帽 外徑及在導柱上增加應力讓槽設計，可減小模具的變形。微射出成型如塑膠光纖接頭為載具的應用技術瓶頸在於熔膠在流動時因其黏彈性的特性，會造成模具芯模（core pin）微結構的翹曲，因 而形成孔洞的翹曲過大。由於光纖接頭為使光纖 行度精度及變形，以作為設計精密模具之參考。
14、本實驗針對30噸鎖模力全電式精密射出成型機（機型：FANUC ROBOSHOT a 30iA）及模具進行活動、固定側模板於運轉合模靠迫時模板平行度 及變形的量測。2.2具精密定位精度之模具設計里論範圍內。王6進一26 口 m，直徑1.5mm之塑達到高效率的訊息傳送，故在置放光纖的孔洞必要求定位精準。Sato等人以Sc型內直徑 內文子標外直徑式說mm：之塑膠光纖連接器為載 各殳標題字體規範徑孔洞標楷體洞的同心大小 各段標題論範規範為醉標楷射膠10藉大小， 粗膠8，以整內拉拉與外數字開頭調整射膠速率/幺PA叶 段後落間距成與前經模距離覆的環境變化，與後段距參考:mJ-R段落型設定膠光纖連接器應用田
15、口方法對模溫、冷卻時間、 塑料溫度、保壓壓力、保壓時間、射出壓力及射由於模具變形、合模精度及機台的穩定度對 高精密成型會有相當大的影響，因此對本研究針 對SC型光纖接頭模具，需設計一個儘量可以將 機台之不確定因素（如震動、滑動等）及模板變形 排除在外的模具機構。2.3以模穴壓力感測器量測芯模微結構變形出速度等控制因子分別各取二水準對尺寸收縮 進行實驗，經變異數分析顯示以塑料溫度及冷卻 時間貢獻度最大。二、實驗方法與驗證本研究以SC型光纖接頭（尺寸、形狀及其規 格如圖4）為載具，此產品有一 125 口 m直徑的內 孔洞，此孔洞對應於模具中的芯模需靠迫在母模 仁上的芯模孔中，精度要求在 1口 m以內，因此 模板的運動精度造成芯模對位不精準與熔膠充 填模穴時對產生的芯模變形皆是影響微成形品 是否符合尺寸精度要求。綜合上述，以下針對射出機台、模具設計與 射出成型參數三大方向設計實驗。SC型光纖接頭模具的芯模位於模穴中，一 般量測方法無法在熔膠充填時量測芯模變形的 行為，因此利用
