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1、診斷多模穴模具流動不平衡原因的方法與改善對策診斷多模穴模具流動不平衡原因的方法與改善對策摘要摘要幾何對稱流道設計之多模穴模具流動不平衡的原因，可以被區分為兩大類：(一)模具尺寸加工之誤差所造成的不平衡與(二)充填階段塑料剪切所造成的不平衡。本文探討在面對多模穴模具流動不平衡的問題時，隔離並診斷此兩大原因影響的方法(共五大步驟)，並據以提出改善對策。此五大步驟提供了區別模具尺寸加工誤差或塑料剪切所致流動不平衡的有效方法，適用於光學鏡片、光學元件、電子連接器塑膠件或其他多模穴模具流動不平衡問題之診斷。同時，此五大步驟在美國已成為射出成形工業診斷並隔離多模穴模具模穴品質變異的標準作業程序。一、前言一
2、、前言藉由量測每一模個別模穴短射樣品的重量，診斷多模穴模具流動不平衡原因的五大步驟(The Five Step Process)是一個可以快速隔離模內變異的簡易方法，並據此識別造成此變異的因素，係屬於模具尺寸加工之誤差所造成，或是充填階段塑料剪切所造成。為了更有效應用此五大步驟，了解造成模穴間品質變異的因素，並將之區別隔離是非常重要的。二、多模穴模具各模穴成品品質變異的原因二、多模穴模具各模穴成品品質變異的原因多模穴模具各模穴成品品質變異的原因可以分為三大類：(1)(1) 塑料剪切所造成的流動不平衡塑料剪切所造成的流動不平衡(Shear-induced(Shear-induced imbala
3、nce)imbalance)即使在幾何平衡(Geometrically balanced)，或自然平衡(Naturally balanced)的流道系統設計之下，充填至每一模穴的熔融塑料性質彼此仍然具有很明顯的差異，即充填至各模穴熔融塑料的溫度、壓力、黏度等材料特性並非一致。我們必須認知，即使在傳統幾何平衡的流道設計之下，仍然會因塑料剪切產生不同性質的塑流，因而無法平衡地充填每一個模穴。舉例而言，通常八模穴模具射出成形會產生兩種不同性質的塑流；十六模穴模具會產生四種不同性質的塑流；三十二模穴模具會產生八種不同性質的塑流。同一模具每一模射出成形將因這些不同性質的塑流充填而產生好幾組不同的品質，造
4、成射出成形管理上的困擾。圖 1 至圖 3 表示不同流道與模穴配置下，因塑料剪切所產生的不同塑流。圖 1:傳統八模穴幾何平衡流道模具的塑流 發展( 2 種塑流)圖 2:傳統 16 模穴幾何平衡流道模具的塑流 發展( 4 種塑流)圖 3: 不同流道與模穴配置下不同之塑流發展.紅色為主要塑流,充填最快由上圖可知，主要塑流塑流 1(Flow1)1(Flow1)通常由主流道中較外層的塑料所形成。由塑流 1 所充填的模穴(一般為內側模穴)，通常其成品尺寸較大，重量較重。(2)(2) 模具尺寸差異所造成的流動不平衡模具尺寸差異所造成的流動不平衡在幾何平衡的流道設計之下，同一種塑流所充填的模穴，其成品性質亦應
5、對等。因此在這些模穴成品所量測到的任何變異，可確定是因為相關的模具尺寸差異(不對等)所造成，如流道長度、流道直徑、澆口大小、模穴尺寸、逃氣設計等。(3)(3) 冷卻效果不均冷卻效果不均在幾何平衡的流道設計之下，同一模的各模穴成品品質也有可能因各模穴的冷卻效果不同而有變異。冷卻效果不均對各模穴在保壓與冷卻階段會產生顯著的影響，進而影響成品表面品質，收縮，翹曲，凹陷等。然而，因為五大步驟做法僅採用短射樣品量取重量，不執行保壓，故冷卻效果對樣品重量的影響輕微，在解決流動平衡問題時可以不予考慮，僅考慮塑料剪切與模具尺寸的影響即可。三、五大步驟三、五大步驟(The Five Step Process)應
6、用說明應用說明步驟一：塑流識別、模穴編號與樣品成形 - 以圖 4 八模穴模具為例，依據不同塑流所充填之模穴進行模穴編號。如內側四模穴為同一種性質之塑流 1 充填，故模穴編號為1A、1B、1C、1D。外側四模穴為另一種同性質塑流 2 充填，故模穴編號為 2A、2B、2C、2D。樣品之成形以 80%充填短射之狀態取樣(如圖 4)。射出速度保持一致，不需分段；也不要設定保壓壓力與保壓時間，同時應避免因逃氣不良、薄肉設計、或其他遲滯效應所造成的流動不平衡狀況。 圖 4: 塑流識別、模穴編號與 80% 充填短射狀態步驟二：量測重量 - 量測同一模次中各模穴短射樣品的重量，並以塑流為組別依據進行數據記錄。
7、 步驟三：計算塑流 1 各模穴因模具誤差造成的差異 - 量測同一模次中塑流 1 各模穴短射樣品的重量並計算其重量差異(參閱範例)，此差異即代表塑流 1 於模具內所經流路相關尺寸的平衡對等差異。 步驟四：計算其他塑流中各模穴因模具誤差造成的差異 - 量測同一模次中其他塑流各模穴短射樣品的重量並計算其重量差異(參閱範例)，此差異即代表該塑流於模具內所經流路相關尺寸的平衡對等差異。步驟三與步驟四可以幫助快速鎖定加工誤差過大造成實際幾何不平衡的塑流流路，並加以再加工修改。 步驟五：計算因塑料剪切效應造成的差異 - 將塑流 1 的平均重量與其他塑流之平均重量相比較，可定量該流道系統因塑料剪切所造成的流動
8、不平衡差異(參閱範例)。此差異與模具尺寸誤差無關，故無法以修改模仁零件，流道或澆口尺寸的方式改善流動不平衡的問題。四、五大步驟四、五大步驟(The Five Step Process)應用範例應用範例以八模穴為範例，同時進行模穴編號，如圖 4。 步驟一：塑流識別、模穴編號與樣品成形 Cav. 1A 5.19 g Cav. 1B 5.33 g Cav. 1C 4.62 g Cav. 1D 5.26 g Cav. 2A 4.21 g Cav. 2B 4.29 g Cav. 2C 4.30 g Cav. 2D 4.11 g圖 5: 成品重量分佈步驟二：量測重量 - 量測同一模次中各模穴短射樣品的重量
9、，並以塑流為組別依據進行數據記錄。步驟三：計算塑流 1 各模穴因模具誤差造成的差異 - 塑流 1 各模穴中穴號 1C 重量明顯低於其他三穴，故研判塑流 1 充填至 1C 穴的流路尺寸與其他三穴有顯著差異，應鎖定充填至 1C穴的流路尺寸進行檢驗並修改。此模具誤差所造成差異之定量計算方式如下：模具尺寸差異造成的不平衡程度 = 1- (最輕模穴重量 /最重模穴重量) x 100% 在本例中，模具尺寸差異造成的不平衡程度= 1-(Cav. 1C 重量 /Cav. 1B 重量)x100%= 1-(4.62/5.33)x100% = 13.3%步驟四：計算其他塑流( (塑流塑流 2-Flow2)2-Flo
10、w2)中各模穴因模具誤差造成的差異 - 重複步驟三的方式計算塑流 2 因模具誤差造成的差異。在本例中，模具尺寸差異造成的不平衡程度 = 1- (最輕模穴重量 /最重模穴重量) x 100% = 1-(Cav. 2D 重量 /Cav. 2C 重量)x100%= 1-(4.11/4.30)x100% = 4.42%步驟五：計算因塑料剪切效應造成的差異 - 將塑流 1 的平均重量與其他塑流之平均重量相比較，可定量該流道系統因塑料剪切所造成的流動不平衡差異。其定量計算方式如下：塑料剪切造成的不平衡程度= 1- ( Flow #2 模穴平均重量 / Flow #1 模穴平均重量 ) x 100%= 1-
11、(4.23 / 5.10) x 100% = 17%五、結論與改善對策五、結論與改善對策傳統利用手工調整澆口或流道尺寸大小，以求得短期流動壓力平衡的方法已無法滿足目前產品高精度與模具高模穴生產的要求。而塑料充填時，剪切所造成的局部材料性質變異也已經被證實會影響幾何平衡流道設計的多模穴模具之流動平衡狀態。今後，解決多模穴模具流動不平衡問題，應先依本文所介紹五大步驟方法，鑑別流動不平衡原因，是因模具尺寸誤差造成，或是塑料剪切效應造成。並採取不同的改善對策如下：(1) 模具尺寸誤差造成- 檢驗相同塑流族群各模穴之相關尺寸是否幾何對等，如模穴尺寸、流道長度、流到直徑、澆口大小、逃氣設計等。若發現尺寸有
12、差異，可以透過模具加工修改盡量達到幾何平衡。(2) 塑料剪切效應造成- 屬塑流性質的不平衡，無法透過模具加工修改達到改善目的，僅能透過重新分配塑流性質方式解決，如 MeltFlipperMeltFlipperTMTM流道平衡設計專利技術。六、參考文獻六、參考文獻(1)The Five Step Process - An Industry Standard Process for Diagnosing and Isolating Cavity Variations in Multi-Cavity Injection Molds - Dr. John P. Beaumont / Beaumont Runner Technologies, Inc.(2)科盛科技股份有限公司網站 http:/(3)Beaumont Runner Technologies, Inc. http:/
