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1、射出成形原理,內容,一、射出成形機介紹射出成形機構造射出成形機的性能介紹二、射出成形原理各階段的成形原理各階段的操作條件設定,射出成形機構造,射出成形機的構造,射出單元功能,(a)將塑料輸入料缸，並加熱塑化 (b)將熔膠射入模穴直至填滿 (c)進行壓縮使模穴內的熔膠密度升高，並且持續續壓動作，直到澆口處不發生流動，避免冷卻收縮。,柱塞式的特色:(1)外部加熱，塑化效果不佳(2)藉魚雷使塑料流經間隙而 受熱(3)柱塞射出，計量準確,螺桿式的特色:(1) 進料時，螺桿旋轉且後退，摩擦生熱，塑化效果佳(2)射出時，螺桿不旋轉且直接向前，熔膠高壓射出，但會因逆流而使計量不準,預備可塑化射出成形機,特色
2、:(1)以螺桿塑化膠料達到塑化均勻的目標(2)以柱塞進行射出達到精確計量的目標,不同射出單元的比較,塑料塑化的關鍵-螺桿,螺桿前端構造,進料區,熔化區,計量區,止逆閥的作用,進料時止逆閥上的滑動環向前，熔膠由滑動環內側流經溝槽，蓄積在螺桿前端，射出時螺桿向前，螺桿前端壓力劇增，滑動環向後抵住環座，產生止逆作用，防止熔膠逆流,標準型螺桿構造,(a)固體輸送區(solid conveying zone): 固體輸送區(又稱進料區)的功能是將藉由重力落入此一區域的塑料顆粒擠壓成成固體床並以塞狀向前移動，其主要的驅動力是塑料與套筒內側表面的摩擦力(F1)及塑料與螺桿表面的摩擦力(F2)之差(即F1-F
3、2)，當F1愈大於F2，則輸送能力就愈高。若固體塑料的孔隙度較大，則整體密度(Bulk density)較低，因此在進料區必須有較深的螺桿溝深，以利吃料並維持輸送量的穩定。 (b)熔化區(melting zone)：從熔融池的出現到固體床完全熔化，此段區域稱為熔化區，其功能主要是藉由摩擦熱及套筒加熱將固體塑料熔化。凡舉螺桿熔化速率、背壓高低及熔化是否完全，在此段均受到決定性的影響。當固體塑料熔化時，由於孔隙度消失體積會縮小，因此必須縮小螺桿與套筒之間的流道斷面以維持塑料的壓縮效果，通常可由溝深縮小或導程(pitch)縮小來達到目的。熔化區的長度取決於塑料熔化的速度，例如結晶性材料(如尼龍)熔化
4、速度快，熔化區的長度較短，非結晶性材料(如PVC)熔化速度慢，熔化區的長度較長。不過一般而言，較長的熔化區有較佳的排氣及混煉效果。,(c)熔融傳送區(melt conveying zone)：又稱計量區(metering zone)，主要功能是促進熔融物的混合及增壓效果。熔膠在此區域的流動主要包括螺桿旋轉所產生的拖曳流及螺桿前端壓力所產生的逆向流，此兩種流動方向相反，因此具有混合功能。當轉速增加時會因拖曳流的增加而使熔膠流速增快，但固體塑料若來不及在熔化區結束時完全熔化，因而進入計量區將使計量區的混合效果降低，且易造成塑化不均的現象。同時，在轉速增加時塑料的剪切效果提高，亦有可能導致溫度過熱或
5、剪應力超過臨界值。螺旋溝槽的深度比(hm/hf)稱為壓縮比，通常為23，螺桿全長與螺桿外徑比L/D常用20。熔融材料從噴嘴射出時，由於施加於材料的射出壓力之反作用力，材料的一部份經螺旋溝槽逆流到後方，為了防止逆流，可用逆流防止閥。,一般熱塑性塑料的螺桿設計尺寸,排氣式螺桿的示意圖,剪切環設計尺寸,排氣式螺桿的特點,l 第二段螺桿的輸送能力應大於第一段螺桿的輸送能力，例如當 第一段螺桿的直徑在2070mm時，節距為0.7倍直徑，直徑在 70mm以上，節距為0.8倍直徑螺桿，而第二段螺桿的節距通常 等於螺桿直徑l 進入排氣段前塑料應完全熔化l 第一段螺桿的計量段溝深小，產生高剪切率，有助於將塑料黏
6、 度薄化，使塑料在排氣段更易流動，而易於排氣l 在第一螺桿結束後可加裝一個剪力環，以確保塑料的完全熔化， 並且有助於精確控制輸出量l 與相同長度的標準型螺桿比較，輸出量約減少1530%,加熱缸與噴嘴,(1)加熱缸內裝螺桿，外圍由數組帶式加熱器直接將內部材料加熱。帶式加熱器一般分為34組，各組有獨立的溫控，並藉熱電偶保持適合的溫度設定。(2)噴嘴是連接模具與加熱缸的接合部，通常噴嘴部份也裝置獨立的帶式加熱器;直接控制射出材料的熔融溫度，必要時也附加各種裝置用以遮斷熔融材料的流動，以防止熔融材料在開模或機座後退時從加熱缸洩漏，如針閥噴嘴及閉鎖噴嘴。(3)噴嘴的球狀外輪廓的曲率半徑(歐規10,15,
7、20,35mm)需小於模具入口的曲率半徑，噴嘴出口半徑應小於模具的入口半徑(4)噴嘴可分開口式噴嘴及遮閉式噴嘴，下圖為針狀遮閉式噴嘴，因彈簧作用而封閉，可避免漏料，射出時當射壓高過彈簧作用力時即開啟，熔膠通過噴嘴射入模穴,針狀遮閉式噴嘴,加熱缸與噴嘴示意圖,不同塑料所適用的噴嘴型式,挾模單元,(1)合模裝置的功能包括開閉模具及抵抗射出時模穴內 的熔膠壓力，以避免產生毛邊。(2)合模裝置的構造區主要區分為肘節式及直壓式,肘節式,直壓式合模裝置的構造,肘節式與直壓式的特色說明,肘節式與直壓式的比較,頂出機構,機械式頂出裝置，如下圖所示，在合模滑塊與可動盤的接合部之空間部份設置有數支頂出桿，藉頂出桿
8、的作動，使模具的頂出板前進而將成形品頂出。,射出成形的循環週期,(1)螺桿旋轉將塑料輸入料缸，並加熱塑化。(2)可動側模盤前進將模具閉合。(3)螺桿前進將熔膠射入模穴直至填滿。(4)進行壓縮使模穴內的熔膠密度升高，避免冷卻收縮。(5)持續續壓動作，直到澆口處不發生流動。(6)模穴繼續進行冷卻，螺桿旋轉進行下一週期之進料塑化動作， 並逐漸後退至進料行程設定位置為止。(7)模穴繼續進行冷卻直到冷卻時間結束。(8)可動側模盤後退將模具打開。(9)頂出機構前進將成品頂出。(10)取出成品，進行必要動作如噴脫模濟、安置內插物等。再重 新執行步驟(1)。,立式射出機,臥式射出機,射出成形機的性能介紹,螺桿
9、直徑與射出機的性能關係以日鋼N100A(合模力107ton)射出成形機為例,螺桿記號,射出壓力,射出壓力是指射出螺桿前端部作用於熔融材料的壓力(kg/cm2)。射出壓力正比於射出缸直徑與螺桿直徑之平方比。一般中小型射出成形機的射出缸直徑與螺桿直徑之平方比為10-20，油壓最高壓力大都為140kg/cm2。,射出壓力與油壓壓力之關係,射出容積,射出容積是指一次射出的材料最大量，又稱理論射出容積或理論射出量螺桿射出時，回流現象(熔膠經由螺牙間隙往射出的反方向流動)很難避免，通常約10%。一般認為射出量為最大射出量(型錄值)的6070%是最適當的射出機選擇 其計算方式如下。假設螺桿徑為D(cm)，最
10、大進料行程為S(cm)，則射出容積V(cm3)為,射出量,射出量(g)=射出容積(cm3)x熔融材料的密度(g/cm3)一般成形機的射出量是以常溫的材料密度乘射出容積的8085。射出量以重量表示，但由於射出的材料種類及密度不同，其數值自然也不同。因此是以一般級PS(密度1.05)為計算基準所得的射出量來表示。其單位經常以盎斯(oz)表示，1oz=28.4g。,射出率or射出速度,射出率是指在單位時間內從噴嘴射出的熔融材料最大容積，表示熔融材料通過噴嘴的速度，以(射出螺桿斷面積x螺桿前進速度)或(射出容積/射出時間)來表示;單位為cm3/sec。射出率通常是愈大愈好，避免肉厚較薄的成形品，在射出
11、速度慢時，會在模內冷卻而失去流動性，以致造成充填不足。但是熱安定性差的材料，若以高射出速率射出，應注意材料會熱分解而發生黑色條紋等外觀不良現象。一般成形工業零件在100噸以下的射出機，所需的射出率經換算為射出時間最好在1秒以內。射出速度(mm/sec)=射出率(cm3/sec)/螺桿截面積射出速度350(mm/sec)稱高速成型機,可塑化能力,可塑化能力即加熱缸每小時將材料可塑化(熔融)的最大量(kg/hr)，可塑化能力低時，加熱缸內材料無法在所需循環時間內熔融而繼續射出，故高速循環運轉時特別需要可塑化能力高之成形機。由於塑化所需的熱量約有6070%來自螺桿旋轉所產生的摩擦熱，因此螺桿轉速對塑
12、化能力影響很大，轉速愈快，塑化能力愈大，但應注意高轉速所引起的高剪切將倒致熔膠的熱劣解或分子鏈被剪斷。,合模力,合模力乃射出機閉合模具的最大力量，通常以噸(ton)表示其單位。射出成形射出機所提供的必要合模力必需大於熔膠作用在模具開模方向的力量，其估算如下:,其中F: 必要合模力(TON)A:模穴在開模方向的投影面積PM:模穴內的平均壓力:安全係數0.10.2,成形品等級vs合模力,開模行程,(1)合模行程是指成形機的可動側模盤可移動的最大距離，開模行程愈大時，在打開模具時，固定盤與可動盤之間的距離愈大，可成形高度愈大的成形品。(2)開模行程應為成形品最大高度的二倍以上，否則會造成形品取出發生
13、因難。,選擇射出成形機時的注意項目,射出量合模力機盤尺寸開模行程射壓速率,一般是以射出量及合模力表示機台大小,射出成形原理,由固體塑料至產品成形大致可分為下列階段：(1)固體塑料的加熱熔化階段 固體顆粒由漏料斗進入射出機，受熱熔化，經螺桿旋轉而向前輸送，並累積於螺桿前端。所產生的熔膠壓力會將螺桿往後推，因而在螺桿前形成熔膠室。塑化過程的目地即在於獲得到高均質性的熔膠並累積於螺桿前端的熔膠室。(2)模穴充填階段(即加壓流動) 螺桿不旋轉，以類似活塞狀前移，將熔膠以高速注入模穴並使其填滿模穴各部份位置。(3)壓縮及續壓階段 由於熔膠具有彈性且以熔融態填滿模穴，因此在冷凝過程中會因比容(cm3/g)
14、降低而造成體積收縮。故在充填達100%後仍必須加壓將熔膠擠入模穴，除了可克服成品的體積收縮外，亦可藉此調整成品重量使其進入公差範圍。熔膠於模穴內逐漸冷卻，此時續壓壓力必須配合冷卻過程，作適當的調配。並以不使熔膠由未凝固的澆口產生逆流為原則，續壓時間必須一直維持到澆口處的熔膠不發生流動為止。(4)冷卻階段 模穴內的熔膠受模具的冷卻作用逐漸降溫，必需使成品肉厚中心溫度降低到塑料的頂出溫度，此時塑料已具有足夠的剛性，才能開模頂出。,成形要素及原則,成形要素,(1)材料: 樹脂的成形收縮性質、流動性質、 熱敏性質、耐候性質、機械性質等。 (2)機械: 射出壓力、射出量、射出速率、 可塑化能力、合模力、
15、安裝板尺寸等。 (3)模具: 模穴尺寸精度及表面處理、流 道系統設計、頂出機構系統設計、冷卻系 統設計、倒陷部處理、模具材質等。,成形原則,(1)速度: 充填速度、螺桿轉速、開關模速度、 頂出速度等。(2)壓力: 充填壓力上限(一段壓)、保壓壓力(二 段壓)、螺桿背壓等。(3)溫度: 料缸溫度、噴嘴溫度、模具溫度等。(4)時間: 充填時間、保壓時間、冷卻時間等。 (5)位置: 進料位置、充填/保壓轉換位置、頂出 量、殘留量等。,射出成形各階段與操作條件的關係,塑料,螺桿轉速料缸溫度噴嘴溫度螺桿背壓,充填速度充填壓力上限充填時間進料位置、充填/保壓轉換位置殘留量保壓壓力(二段壓)保壓時間,熔膠,
16、成形,成品,模具溫度冷卻時間開關模速度頂出速度頂出量,加熱熔化 加壓流動 壓縮及續壓 冷卻固化 開模頂出,各階段的操作條件設定重點固體塑料的塑化階段,料缸溫度及噴嘴溫度 (1)由第一段(入料處)到第三段(噴嘴前)逐漸升溫，每段溫度設定值約相差510，逐步將塑料加熱到適當的加工溫度，各種塑料有其不同的加工溫度。 (2)對低黏度的塑料，為避免在機座後退時造成漏料，通常可將噴嘴溫度設定成第三段溫度或略低一些(約5)，但太低將會造成冷料，在射出時易生流痕。對高黏度的塑料，其設定值可高於第三段溫度約510，射出時可用於將流道系統加熱。 (3)熔膠因螺桿旋轉而摩擦生熱，常導致在第三段熔膠溫度高於加熱器的設定值，一般甚至可高出1530，因此應避免溫度設定太高產生熱劣解。,
