塑胶射出成形的原理

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1、基本事項基本事項塑膠射出成形的原理塑膠射出成形的原理講師: 王良津 經理塑膠化是降低成本的捷徑 射出成形的原理是:把塑膠(成形粒)加熱軟化(可塑 化), 擠進封閉的模具內(射出), 等塑膠冷卻固 化後把它(成形品)從模具取出. 因此,平易地說:是熔融 流動 固化 .熔 融階段是在成形機的 缸套(Cylinder)進行,而流動 和 固化則在模具內進行. 射出成形是用高壓力(例如40MPa)把成形材料充填於 模具內的,因此精密度很高(例如 0.1%),可製得品質和尺 寸都均勻的成形品.射出成形用材料,通常是熱可塑性塑膠 (聚苯乙烯:PS等),它加熱於200oC(熔融)後射出於40oC 模 具(流動

2、),冷卻(固化). 成形週期多半在3060秒之間,生產力頗高. 由於塑膠成形品的製造只需一射出工程,相較於其他 材料,可減少許多工數,是降低成本的捷徑.塑膠:Plastics,合成樹脂高分子物:Polymer分子量非常大的分子(例如塑膠是分子量63的分子連接1000個,成分子量63000的高分子物. 熱可塑性塑膠: thermo plastics加熱則軟化的塑膠,趁軟化時成形,冷卻則固化,聚乙烯(PE),聚苯乙烯(PS),聚氯化乙烯(PVC),聚丙烯(PP),ABS,變性PPO,PPS,液 晶聚合物等. 熱硬化性塑膠:thermosets plastics加熱則硬化的塑膠.成形後加熱固化.酚樹

3、脂,美拉明樹脂,尿素樹脂,聚酯,環氧樹脂,聚醯亞胺等.成形: Molding,製成形狀物.成形品: Moldings,經成形的塑膠製品.模具: Mold,成形用的模(注進塑膠用).射出成形: Injection molding成形粒: Pellet,米粒狀的熱可塑性塑膠成形材料.Mpa : mega pascal : M=106(100萬倍)1Pa = 1 N/m2 1N (牛頓) = 0.102kgf 1MPa = 10.2 kgf/cm2【用語 】射射出出成型現場實用技術手冊成型現場實用技術手冊第一章 塑膠射出成形的基本 1.塑膠的優點-輕而堅韌、便宜塑膠係用石油製造.不過,有人說,使用塑

4、膠反而可節約石油消耗量.從合成,成形,運輸各方面看來,塑膠所耗用的能源量比任何其他材料都少,其 最大優點是成形加工容易. 使用塑膠的目的1.為了降低材料費成本.因為資源豐富而便宜,但是須使用於最適當地方.2.為了降低加工成本.塑膠適合量產,加工工程可簡化甚至自動化.此外,塑膠多半經過單一製程即得成品,不需塗裝,修飾後加工,因此,投資設備額可減少,加工上須考量盡量減少人工.3.為了減輕重量.比重輕,只有鐵的八分之一.減輕部分可利用於提升性能之用.4.為了避鋼生鏽或腐蝕.塑膠不會有腐蝕及生鏽問題.由於不需做防鏽處理,可免電鍍、塗裝等過程,由此可減少工數.不過,廢棄物通常不會腐爛,處理上須費一番考慮

5、.5.為了實現理想形狀.可製成板金、衝壓等辦不到的形狀或特性.6.為了實現理想造形和外觀.色彩艷麗,通常不需塗裝.造形性极佳,可實現美麗式樣.7.需要隔熱性時.隔熱性良好,可應用於保溫,保冷用途.8.需要電絕緣性時.沒有感電,短路之虞.多半高周波特性良好.射射出出成型現場實用技術手冊成型現場實用技術手冊 使用塑膠材料應注意點 1.精密度稍差:膨脹係數大,通常比金屬類多一位數.此外,有些塑膠會因 濕度或經久變形或發生尺寸變化. 2.耐熱性通常不佳:耐高溫性較差,通常不超過100oC. 3.可燃性:大部分屬於可燃性,有些塑膠燃燒時產生有毒氣體.焚化時,容易產生黑煙或腐蝕性氣體,或發熱量過大,容易損

6、傷焚化爐. 4.強度不夠:除通常提到的破裂強度外,實際上則因剛性不足發生的困擾多.剛性通常比金屬類小二位數. 5.耐溶劑性與耐油性低:有些塑膠溶解或產生龜裂.尤其在應力下沾油時,有些塑膠會發生應力龜裂. 6.會劣化:塑膠會因紫外線、熱、蒸汽及藥品而劣化. 7.不具電磁波屏蔽性:體積電阻(歐姆 . 公分)通常是1015,防止帶電級107,導電級是100,特种電磁波屏蔽品級是10-2程度.射射出出成型現場實用技術手冊成型現場實用技術手冊 2. 2. 塑膠射出成形的優點塑膠射出成形的優點-大量製造精密產品大量製造精密產品 射出成形的原理射出成形的原理塑膠一詞的原義是具有可塑性的東西.不過一般所稱塑膠

7、 涵蓋多數合成樹脂,亦即具有良好可塑性的人造高分子材料 .從塑膠成形加工時需用的熱與塑膠的關係來看,塑膠可分為如下二大類. 1.加熱即硬化(非可逆性)的,即熱硬化性塑膠、酚樹脂、尿素樹脂 、美拉明樹脂、不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂等屬之. 2.加熱即軟化,冷卻後再硬化的可逆性樹脂,即熱可塑性塑膠,聚苯乙烯、AS、ABS、聚丙烯、聚乙烯、聚氯化乙烯基、聚碳酸酯、聚縮乙醛、變性PPO 、聚甲基丙烯酸、聚醯胺等屬之. 3. 3.射出成形法是塑膠成形法的代表方法射出成形法是塑膠成形法的代表方法普通的塑膠成形品普通的塑膠成形品, ,大多數係依射出成形法製造大多數係依射出成形法製造. .因為這方法是熱可塑因為

8、這方法是熱可塑 性塑膠的代表性成形法性塑膠的代表性成形法. .射出成形的基本過程是射出成形的基本過程是: :把塑膠成形粒加熱軟化,即可塑化,擠 入密閉的模具內,即射出, 冷卻後開啟模具取出成形品,即脫模. 1.射出成形的生產力高射出成形法的成形周期(一次成形所 需時間)短,通常為30 秒至60秒. 射出成形用模具的製造費相當高,因此生產量少的產品不合算,其生產量需有每月一萬個以上. 2.射出成形品的精度高基本上,射出成形時,須趁材料還 未冷卻盡速填充於模具內,因此,射出速 度一般都很快,通常在一秒左右完成填充操作,不過視模具而彈性調整.一般成形品的尺寸精密度如右表1. 3. 3.射出成形機的原

9、理射出成形機的原理-把熔融塑膠注入模具內把熔融塑膠注入模具內 射出成形機的動作順序射出成形機的動作順序原理圖如圖1所示.這叫做柱塞式,型式舊,但容易瞭解.其動作順序是: 1.關閉模具(模具內壓力相當大,例如可達400kg/cm2,因此需要大壓力機來箝模). 2.將成形粒供給加料斗,塞進筒缸.塑膠在這里加熱(例如加熱於200oC),軟化成為流動狀,即變為可塑化狀態. 3.這可塑化塑膠被柱塞擠向前方,由缸尖端的注嘴注入密封模具內,即射出. 4.等模具內塑膠冷卻硬化後,打開模具,拿出成形品. 5.一般使用的成形機都採用如圖2的螺桿式.螺桿式成形機是利用螺桿擠進成形粒於料筒內,在這過程中塑膠則被加熱可

10、塑化而集中於螺桿尖端,而由於其壓力使螺桿後退.當一定量可塑化膠累積於尖端後,由油壓缸加壓,使螺桿向前推進射出於模具內. 6.由模具拿出的成形品,通常附帶注入口、澆道等.如圖3所示.圖2圖3圖 1 4. 4.射出成形用模具的基本條件射出成形用模具的基本條件-堅固而精密堅固而精密 堅固的模具是成形的基本堅固的模具是成形的基本成形數量不多時,模具製造成本是最大的關鍵.不過,射出成形本來就是大量生產用手段,除非模具堅固,否則就無法繼續生產.因此,模具須高剛性、高精密,連架台也要十分正確.模具要硬,且要研磨.因此,盡可能製得堅固的模具,可使成形作業順利減少麻煩,綜合起來可降低總成本. 產品的生產計劃和設

11、計應預先充分檢討模具數量應盡量減少,為此須有周到的生產計劃,免集中於一時,而須多做模具的局面 .此外,常有開始製作模具後才修改製品設計的事情發生,這是提高成本和阻礙生產的主要原因.因此,交出面以前須充分檢討,以免半途修改.模具的基本構造有 二種模具啟開處有一個 和二個方式,前者叫做一 段注道模具(圖1),後者叫 做二段注道模具(圖2).另 有段熱澆道式(圖3).模具重點在於防止變形和通氣模具的剛性不足時,射出壓力會引起模具變形,以致產品精密度受損.此外,當模內通氣 孔(空氣逃逸孔)不夠大時,會妨礙材料流動而造成缺料. 圖1圖3圖2 5. 5.射出成形品設計五原則射出成形品設計五原則-目的目的:

12、 :便宜、快、而大量生產便宜、快、而大量生產 加脫模斜度加脫模斜度 1.一般脫模斜度,在箱形模槽側需要有最一度(深50-100mm時1.5度,深100mm以上時一度)的斜度.為避免製品被模槽拉住,通常減少模芯側的斜度,但是杯形成形品有時反而要增加. 2.有皮紋成形品,通常要加大斜度(至少六度以上)以免脫模時弄傷. 3.底部肋線通常約0.5度,壁面肋線約0.25度.而為了防止厚度凹塌,底部部分宜為壁厚之二分之一,尖端部最低約1mm. 4.格子節距應有3mm以上(過小時不能脫模),而格子愈長,斜度要愈大,通常約5度 .格子高時(8mm以上)應把格子製成台形狀. 成品厚度應均勻過厚時容易凹塌,過薄則

13、會龜裂.為補強或其他目的而設的肋條也往往成為厚度不均勻或凹塌的原因.一般而言,各部厚度的差異應在加減20%以內. 形狀宜簡單模具合模面應盡量採用直線平面.向左歷啟開時無法脫模的凹模(under cut)需要特殊脫模 機構,但構造須堅固而簡單,不然容易故障.最好不要設計有凹 槽部分.形狀宜簡單而對稱,這种製品的收縮平均而尺寸精密度佳. 5. 5.射出成形品設計五原則射出成形品設計五原則-目的目的: :便宜、快、而大量生產便宜、快、而大量生產 不要有銳角角隅不要有銳角角隅 1.角隅的R的計算應以R/T 0.25(T為幅厚 R為角隅內半徑)為目標,當R/T為0.25時,應力集中係數為2,而R/T在0

14、.25以下時快速增大,至0.75以上則無多大變化. 2.因銳角角隅引起的龜裂,多集中於格子和肋線.應特別留意底部的R.不過R撾大時表面往往發生凹塌. 注重實績-塑膠的歷史還新,各种理論還未完備.因此,如果有前例(最好有實 物)的話,應重點調查缺點,尤其分解他廠製品頗管用.6. 6.射出成形用材料射出成形用材料-加熱則軟化的塑膠加熱則軟化的塑膠 熱可塑性塑膠熱可塑性塑膠這類塑膠加熱即軟化而具流動性,在這狀態下成形.冷卻後則硬化成所要形狀.熱可塑性塑膠的特色是分子表成長鏈形.例如,聚乙烯是由乙烯分子(CH2=CH2分子量28.05)聚合n個( 這n叫做聚合 度) 而成長鏈狀,代表性聚乙烯是n200

15、0個者,分子量為五萬六千,但是分子大小並不 是 全部相同,而是許多不同大小的分子的混合物,這叫做分子量分佈.6. 6.射出成形用材料射出成形用材料-加熱則軟化的塑膠加熱則軟化的塑膠 成形收縮率成形收縮率成形品的尺寸成形品的尺寸( (常溫常溫) )通常都稍微小於模具尺寸通常都稍微小於模具尺寸( (常溫常溫), ),這縮小的比例叫做成這縮小的比例叫做成 形收縮率形收縮率. .各种塑膠的成形收縮率不同各种塑膠的成形收縮率不同, ,例如聚苯乙烯是例如聚苯乙烯是0.4%,0.4%,而聚丙烯是而聚丙烯是1.6%(1.6%(表表1).1).成形收縮率比較小的一群是結晶性小成形收縮率比較小的一群是結晶性小( (非晶質非晶質) )的材料的材料, ,通常其粘度受成形時通常其粘度受成形時 的溫度的影響小的溫度的影響小, ,不會因溫度上升不會因溫度上升 流動性的目標流動性的目標