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1、 注塑成型知識 吳春益 1 注塑成型概論 注塑成型機 注塑成型條件 注塑成型的不良類型分析附録 Plastic的成型加工法 注塑成型目錄 2 注塑成型 射出成形 是什麼 原理 加熱而成熔融狀態的Plastic材料 通過施加壓力 注入到封閉的模具空間內 通過在模具內的冷卻和固化 製造出與模具形象同樣形態的方法 在熱加塑性Plastic的成型加工方法中 目前最為一般 最發展的成型技法 注塑成型 射出成形 的3大要素 樹脂 模具 注塑成型機 注塑成型概論 樹脂 模具 注塑成型機 3 注塑成型概論 4 注塑過程 合模 注塑 保壓 冷卻 塑化 開模 脫模 注塑成型概論 5 Plastic的成型加工法 注
2、塑成型概論 6 注塑成型機 InjectionMoldingMachine 注塑成型機 7 注塑成型機的區分 注塑成型機 8 水準型 垂直型 注塑成型機 Insert專用 9 形體 鎖模 Cylinder 形體 鎖模 油壓Hose 油壓推杆 稼動Die platen 直壓式的構造 注塑成型機 10 曲臂式 Toggle 的構造 形體 鎖模 Cylinder CrossHead 型後調整裝置 ToggleLink EjectorCylinder 移動DiePlate 機械式安全裝置 固定DiePlate 模具 Tie Bar TailStock 注塑成型機 11 注塑機的構造和名稱 Frame
3、油壓控制裝置 電氣控制裝置 移動板 安全門 固定板 形體 鎖模 油壓 注塑成型機 12 設置形體 鎖模力 注塑 油壓 電氣裝置的基礎部位形體 鎖模 注塑一般在Frame上面放置 油壓和電氣控制部在Frame內部 內裝油壓機器的一部分 板操作側 設置在Frame外部 在注塑時用強力來維持模具 防止模具發生推動的裝置 固定板 可動板 型板 DiePlaten 固定板 可動板所構成 固定板固定在Frame上 可動板隨著Tie bar開閉模具 Tie bar 支持型板 在模具開閉動作時 發揮Guide功能 在Toggle式 通過Tie bar的伸張引起的彈性恢復力而發生形體 鎖模 力 Frame 形體
4、 鎖模 裝置 ClampingUnit 注塑成型機 13 形體 鎖模 Cylinder 模具在開閉時 發生形體力的油壓Cylinder直壓式 Piston直接結合到可動板Toggle式 通過ToggleLink的構造 可增加力量 模具厚度調整裝置 直壓式的原理上 不需要模具厚度調整裝置 但 調整0點時需要 Toggle式 因需要按模具厚度來調整形體 鎖模 裝置 才能得到形體力 因此需要厚度調整裝置 Ejector 注塑後 從模具突出成型品的裝置 安全門 考慮作業者的安全和防止受傷 和注塑機的動作進行設定InterLock 後門一般是作業者的死角 通常和Power連接進行Open時PowerOf
5、f 注塑成型機 14 一般直壓式和Toggle式最為代表 也有移送用Toggle 最終形體力用直壓式的複合式 還有最近開發的2Plate工法的DIMA式 直壓式 型開閉速度慢 CylinderSize大 一直維持同樣的形體力 易於把握形體力 鎖模力 形體力發生的時間長 Toggle式 Energy效率高 可進行輕量化 可進行Hi Cycle成型 高速型開閉 難於正確確認形體力 鎖模力 Tie bar的伸張和彈性恢復會發生形體力 因此必要設定模具厚度 注塑成型機 15 1 鎖模力 根據產品的大小決定鎖模力 鎖模力 P A 平均有效壓力 300 1000kg 投影面積 計算型開閉方向面積 2 最大
6、注塑量 表示能注塑的最大重量 oz g 雖然根據樹脂的比重有所差距 但是一般都以PS為基準 最佳注塑量為最大注塑量的30 80 最大注塑量 螺杆截面積 最大計量距離 樹脂的比重 注塑機選定方法 注塑成型機 16 3 注塑壓力 注塑成型機能射出的最大樹脂的壓力 設計基準2000kg 注塑力 P A 最大系統壓力 注塑ram斷面積 注塑壓力 注塑力 螺杆斷面積 Ton kg 表示 D 4 螺杆的直徑 統一的注塑成型機上一般能裝三種不同直徑螺杆 根據成型品選定 注塑成型機 17 4 最大注塑速度 注塑成型機的最大注塑速度 mm sec 最大注塑速度 注塑率 螺杆斷面積 用m sec表示 D 4 螺杆
7、的直徑 最大注塑速度影響產品的外觀 熔接線 weld 流痕 flowmark 等 選注塑成型機的時候要確認 要是成型機大的話 最大速度變小 注塑成型機 18 5 格林柱間距 根據模具大小檢討是否能裝載 還得確認模具的油壓型腔或設置固定的空間是否足夠 橫向 豎向 6 可塑化能力 可塑化能力是對於每段時間樹脂能可塑化的性能大容量成型品必須檢討 適合裝載的模具大小 注塑成型機 19 7 型開閉距離 確保取出產品的空間雖然需要產品長度的2倍但是在三段模具的時候需要兩倍以上的距離 8 最小模具厚度 表示能安裝的最小模具厚度比這個小的模具不能安裝 9 Ejector距離 表示取出成型品時的ejector的
8、動作距離 注塑成型機 20 注塑機周邊附帶設備 模具溫度調整機 MoldTemperatureController 原料自動移送裝置 AutoFeedingSystem 原料Tank 容器 Silo Hopper 原料乾燥機 HopperDryer 除濕 Oven ConvectionDryer 熱風 Robot Stocker 混合機 Mixer 粉碎機 Crusher 其他 注塑成型機 21 1 噴泉流動 fountainflow 一般的注塑產品是壁厚薄的平板產品 平板產品的定義是厚度在3 4mm以下 寬度為厚度5倍的產品 在這種CAVITY內樹脂流動時在模具上產生固化層形成分水狀模樣前進
9、 根據這種原理在前端的計量樹脂形成產品的表面部位 後端的計量樹脂填充產品的中央部位 注塑成型條件 流動理論 22 2 剪斷變形率和摩擦熱量前端變形跟產品的厚度 注塑速度有關係 注塑速度快時 壁厚薄時前端變形大排象性增大 還有在固化層和流動層分介面上變形最大 前端變形大時在分介面上產生摩擦熱量 一般轉入到模具的樹脂由冷模具呈現出溫度下降的傾向 但是注塑速度在特定速度以上的話減少跟模具的接觸時間熱損失少 根據剪斷變形率增加摩擦熱量也發生增加樹脂的流動線段溫度保存或者上升 此外固化層厚度是注塑速度越慢模具的損失熱增加 固化層的厚度也增加 低速注塑 高速注塑 注塑成型條件 流動理論 23 3 注塑壓力
10、壓力是熔融樹脂克服流動阻力的原動力 當螺杆達到保壓轉換點的時候螺杆前段的壓力叫注塑壓力 用比注塑成型機的最大注塑壓力小的壓力充滿型腔 cavity 端點為止 要不然會有可能發生未成型 一般考慮安全率 模具設計及注塑成型條件設定的時候注塑壓力在注塑成型機最大注塑壓力的80 以下 壓力加強量 30 50 成型內壓 注塑成型條件 流動理論 24 4 注塑速度 Filltime 對於注塑速度的注塑壓力呈現U弧度 注塑速度慢的話 比起發生熱熱損失更大 流動溫度下降 粘度增加 固化層厚度增大 所以流動阻力大 注塑壓力增大 相反注塑速度快的話流動溫度會上升 粘度減小 固化層的厚度會變小 但是固化層和流動層之
11、間的摩擦阻力會大大增加 反而會使注塑壓力增大 Caviti內的流動速度一定時 注塑壓力最小 注塑成型條件 流動理論 25 4 1 最佳注塑速度最佳的注塑速度是 在給出的條件下使注塑壓力最小化 根據型腔的厚度注塑速度也應不同 薄的比厚的有效流動斷面較小 所以要增加注塑速度提高全段變形率 增加摩擦變形力 才能使流動溫度穩定 使注塑壓力減小 根據樹脂的材料 比熱 熱導電率 粘度等等都會有很大不同 根據溫度的變化 粘度變化大的材料 PC PMMA 有較小的U型弧度 但是沒有那種屬性的材料 PP ABS 有較大的U型弧度 所以有的材料對注塑速度敏感 有的材料則不敏感 最佳注塑速度區間 注塑成型條件 流動
12、理論 26 5 保壓設定 1 保壓的意義保壓是在充進工程以後在型腔內為了保證樹脂冷卻收縮率在用適當壓力適當時間內前進螺杆繼續提供樹脂到型腔內的工程 對於產品的收縮率有很大的影響 2 保壓強度和時間的確定保壓的大小左右收縮率的大小 提高保壓產品會變大能阻止發生縮印 但是相反的情況產品尺寸變小發生縮印 但是太高的保壓會增加形體力和殘留硬力會使產品變形 一般適當保壓是最大注塑壓力的70 80 保壓的時間 保壓時間關聯與型腔的厚度 因為產品厚度厚冷卻時間長發生收縮的話在那個時間內一直提供樹脂 但是GATE固化之後樹脂不能進到型腔內 畢竟保壓時間是GATE的固化時間 根據產品厚度設計適當的GATE GA
13、TE的固化時間依賴GATE的厚度跟長度 a 保壓強度和時間 注塑成型條件 流動理論 27 3 最佳保壓設定一般把保壓按照一定的壓力平均給的話GATE附近受到的保壓大收縮率小 填充最後部位相對不能充分的受到壓力發生收縮率大的收縮不平均 這樣的不平均增加殘留應力會是變形的重要原因 因此不是用平均的壓力設定保壓 逐漸減少保壓的大小通過多次保壓設定減少CAVITY內壓位置的偏差此外產品厚的地方設置GATE 一般收縮率依賴壓力和固化速度 在固化速度慢收縮率大的地方設置GATE能充份的提供壓力能讓收縮率平均 保壓時間要設定在gate固化時間以上 把保壓設定在GATE固化時間以下的話 螺杆為了可塑化後退 因
14、為通常保壓工程後是計量工程 壓縮在gate前端原有的樹脂往後流出去 跟著GATE周圍收縮率大 成型時間 sec 注塑壓力 Mpa P1 P2 成型時間 sec 注塑壓力 Mpa P1 P2 a 一般保壓 b 最佳保壓 c GATE位置 注塑成型條件 28 注塑成型條件 環境 原材料 注塑機 模具 成型品品質 注塑成型條件 成型工藝 29 原材料的計量 壓縮和供應領域的熔融溫度設定和實測值 為良好外觀和防止變形的模具冷卻溫度 均一化管理 從Nozzle流入樹脂到模具的速度 Screw的前進速度 注塑速度 InjectionSpeed 螺杆溫度 Cylinder 模具溫度 MoldTemperat
15、ure 意味著計量時Screw的回轉速度RPM和加塑化 熔融 時間有密切關係 需要按材料來調整 螺杆回轉數 ScrewRPM 注塑成型條件 30 推動Cylinder內樹脂到模具內的力量 推動Screw的壓力 注塑壓力的理論計算F 油壓 P Di2 4 Cylinder單面積 注塑壓力 InjectionPressure 注塑完畢後 為了防止樹脂逆流 繼續推動Screw的狀態保壓有助於補償收縮率和防止樹脂的逆流 長處熔融空氣排除供應安定化 短處燃燒分解加塑時間的延長 在保壓工程完畢後 抓住為計量而後退的Screw的力量 油壓 背壓上升時 保壓 PackingPressure 背壓 BackPr
16、essure 注塑成型條件 31 意味著產品的適當成型量 通過ShortShot成型 可選定供應位置 切換意味著注塑階段到補壓階段的移動時點或位置 計量完畢後 為了防止Drooling而強制後退Screw的量 意味著 注塑終了後Screw的許可位置區間 為補壓的充分傳達而需要 一般注塑時間 包括注塑 補壓時間 可Control產品的適當充填 為了確保置數的安定性 注塑完畢到模具型開之間的冷卻時間 如果太長會影響到Cycletime 如果太短會發生變形 供應量 ScrewRPM 切換 V PChangePoint 射退 SuckBack 料墊 Cushion 冷卻時間 CoolingTime 注塑 保壓時間 Injection HoldTime 注塑成型條件 32 在注塑工程上支援模具而防止模具發生推動的力一般是區分注塑機大小的基準之一 一般性的產品 要求形體力是F Ton 產品投影面積 樹脂模具的內壓 kgf 10 3 從Nozzle可注塑的樹脂最大重量 表示1Shot最大量的數值和形體力一起是代表注塑成型機能力的數值 注塑容量C LW C 密度 注塑效率C SprueRunner C
