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1、,第一單元 射出成形基本概論 講師李柱峰,射出成形之介紹,射出成形基本概論 射出成形之程序介紹 射出成形之一般理論 充填之三階段介紹 射出成形要因介紹 射出成形重點說明 注道、澆道、冷料井、澆口之說明 24個名詞解釋,射出成形之三種狀態圖,1. 關模,2. 充填,3. 後冷卻,4. 開模,5. 頂 出,6. 處 理,1.關模,2.昇壓,高壓鎖模時期 3.後冷卻,4.壓拔,4.開模,5.頂出,6.處理,鎖模機構,座 進,2.射出,2.壓縮,2.保持 前冷卻,計量延遲,可塑化 計量進料,座 退,塑料滯留期間,射出機構,週 期,射出成形工程順序示意圖,1,2,3,4,5,6,7,8,開關模,射出 時
2、間,冷卻時間,1,兩半邊模已閉合,注射螺桿開始前進。 注射螺桿將塑料注入模腔並予以填滿。 模腔內塑料開始收縮,注射螺桿繼續二 次射膠。塑膠澆口,二次射壓停止。 模腔內塑件開始冷卻;同時注射螺桿旋 轉,使原料進入加熱筒熔融塑化。 螺桿退至定位,原料已完成塑化。螺桿 向後鬆退,避免塑料從噴嘴漏出。 塑件冷卻定形,同時注射螺桿完成射料 準備。 滑動模板後退,兩半邊模打開。退件機 構將塑件頂出。 清除塑件,噴脫模劑,安裝嵌件、插針 等。模具重新閉合,下一循環開始。,2,3,4,5,6,7,8,結晶性材料成型收縮率較大 。 非結晶性材料成型收縮率較小。,塑流的噴泉(fountain effect)與皮膚
3、效應(skin effect) 熔融的塑膠在流動時,是有如噴泉方式的前進,此稱為噴泉效應;而當塑流接觸到較冷的模壁時,則靠近模壁的部份將會先行固化,此稱為皮膚效應。 先行凝固的皮膚層厚度和散熱的速度有關,通常在下列的情形下會形成較厚:1.模壁溫度較低。2.塑料溫度較低。 3.流路較窄、較薄。4.流速較慢。 皮膚層因凝固而無法流動,在它與中心部流動層之間將會產生較大的剪切力,這不僅會阻礙塑膠的流動,嚴重時也會破壞塑膠的結構;不過剪切力也會產生熱量,當新生的熱等於散掉的熱時,皮膚層在塑流繼續當中就不再增加其厚度。 皮膚層由於是極短的時間被凝固,所以它跟較充分收縮的中心部比起來,是比較鬆散(密度低)
4、的分子結構,這是成形品變形翹曲的要因之一,而且皮膚層也是營影響凹陷,真空泡,短射以及表面外觀等很重要的因素。,分子配向(molecular orientation)與鬆弛(relaxation) 熔融塑膠流動時,因受噴泉效應與剪切力的作用,分 子鏈會沿流動方向排列,此稱為分子配向;而當流動結束,如塑膠仍有足夠的溫溫度則會朝原來的糾纏結構回復,此稱為鬆弛。 配向與鬆弛的程度取決於料溫、模溫、射出速度、肉厚、材料黏度以及射出時間等;它會影響成形品縱橫及厚度方向之收縮率,也是變形翹曲的另一要因;同時它也使成形品各有不同程度的方向性,改變不同方向的性質。,塑膠的流動黏度 有一個理論說塑膠的黏度決定於分
5、子鏈的糾纏程度,糾纏的程度越少,黏度就越低,反之亦然;而塑膠本身的分子量大小,分子結構以及外在的加工溫度,流動切斷力(使分子鏈配向)和受壓縮的程度等都會影響它的糾纏,此既影響塑膠黏度之因素。,充填三階段: 1.射出相熔融的塑膠 被快速射入模腔,剛 好到達最遠端為止的 階段。 2.壓縮相為提高模腔 內塑膠密度達到適當 程度,熔融的塑膠繼 續被高壓擠入的階段。 3.保持相為避免模腔 內塑膠因內壓高而逆 流,以及補充模腔內 塑膠因收縮發生容積 不足,而以適當壓力 繼續保持抵擋及補料 之階段。,充填三階段 1.射出相(injection phase) 變化:在這一階段,塑流所受的阻力一般而言尚不太高,
6、 所以模腔內壓(cavity pressure)上昇緩慢而有限, 密度也因受到壓縮不多而提高不大,進入模腔的 料溫取決於模溫及射速。 影響:在這一過程,成形品的外觀,結晶度以及分子方 向性等嚴重的受到塑膠射出速度快慢之影響。,充填三階段 2.壓縮相(compression phase) 變化:模腔內壓因塑膠的被壓縮而快速上昇,料溫的下 降取決於模溫和壓縮時間。 影響:成形品的輪廓在這一階段決定,唯因壓縮過度發 生毛邊或損壞模具的機會甚大。,充填三階段 3.保持相(holding phase) 變化:高溫的塑膠進入模腔已相當有限,模腔內塑膠 開始進入前冷卻階段(post cooling),內壓因
7、料溫 的降低也逐漸下降;內壓已回降到一大氣壓的 部位開始收縮;在此階段各處材料密度的變化 基本上不大,而溫度的下降倒是相當快速( 模溫為最主要因素)。 影響:成形品的尺寸、重量、凹陷、真空泡、結晶度、 分子方向性、變形以及應力的殘留等均受此階段 的影響。,射出成形要因分析圖,製造商,射出成型機,樹 脂,含水率,乾燥方式,時間,材質,結晶性,黏度,添加物,螺桿,保壓,冷卻,加熱法,逆止環,形狀,噴嘴形式,壓力,步驟,時間,射出,夾模,可塑化,速度,步驟,擠壓方式,壓力,力,平行度,夾模方式,溫度,計量機構,轉速,成品品質,模 具,作業員,技術,熟練度,頂出,強度,溫度,澆道系統,精度,插銷位置,
8、形式,速度,尺寸,材質,加熱方式,模穴溫度,料門 尺寸,澆道 形狀,模穴,澆道尺寸,模穴尺寸,分模線精度,平行度,射出成形之重點,射出成形之重點,注道、澆道、冷料井、澆口 1.注道、豎澆道(sprue) 是接合射出成形機噴嘴的部份,其末端連接於澆道(橫澆 道)。注道襯套前端的R 半徑應稍大於噴嘴的r 半徑(大1-2 mm),以免在與噴嘴的接觸部洩漏料而不易剝脫注道。為 了容易剝脫固化的注道,設計2-4度的斜度。 2.澆道、橫澆道(runner) 是自注道至成形品之通路,通常設在合模線兩側,澆道 的剖面通常是圓形。多模穴模具的成形品與澆道配置很 重要,應使流進各模穴的成形材料同步而均勻。,注道、
9、澆道、冷料井、澆口 3.冷料井(cold slug well) 射出成形機的噴嘴前端在射出後仍有少量熔融材料殘留, 此殘留材料在下次射出前凝固,若直接進入成形品中會 造成製品外觀不良,為了防止如此設計冷料井,使射出 材料前端的凝塊積滯此處。 4.澆口(gate) 是成形材料自澆道進成形品的入口,它與成形品設計有 直接關係,澆口原則上設於成形品中央附近較厚部位。 澆口一般有直接、側向、跳動、潛入式(隧道)、針點、薄 膜形、盤形、柄形、扇形、環形、熱澆道用等澆口。,名詞解釋:,1.鎖模力:關閉模具所須最大壓力之值,一般以噸表示,其意義 即為成形可能的成形品投影面積上所須之壓力。此力 量必須用鎖模來
10、抵抗,才不致於使製品起毛邊,及製 品精度無法達到要求。 理論上,成形成品時所須之鎖模壓力為成形時之射出 壓力乘於成形品的投影面積。實際上,由於塑膠膠料 在充填時會有壓力降的產生,故應以射出充填滿模穴 後所造成壓力降後之端值乘於成形品之投影面積。 2.最大射出壓力:指以最大壓力射出時,料管內塑膠經擠壓,每 單位面積所受的壓力,一般以Kgf/cm2 為單位,以往最 高射出壓力的要求大約在10002000Kgf/cm2 ,泛用塑 膠一般要求在1200 Kgf/cm2,工程塑膠在1600 Kgf/cm2 以 上。,名詞解釋:,3.射出量:理論上,射出成形機的射出容積為料管或螺桿斷面積 乘於最大螺桿行程
11、,即V=/4D2 *S,V:射出容積、 D:料管內徑或螺桿直徑、S:最大螺桿行程。 射出量=射出容積(cm3 )*塑膠密度(gm/ cm3 )* 行程效率 行程效率一般採用0.80.95依塑性流動好壞決定。塑 料密度因塑料之不同而有不同,但實際的射出量大致 上採用理論射出量的7080%。一般射出成形機的射 出量是根據PS而定的,因而各種塑膠原料的密度不同 射出量也隨之變更。在實際生產過程中為求得高品質 的製品及配合生產速度,而要求膠料能平均吸收熱量 ;或使用工程塑料時,就必須要求製品總重量與理論 射出量之比例,一般以不超過75%為準且不得少於20% 。,名詞解釋:,4.塑化能力:係指在一單位時
12、間內螺桿所能塑化以PS材料為基準之 重量,一般以Kg/hr或g/sec為單位;此一能力涉及成形 中,能否在產品冷卻過程終結前,螺桿有足夠能力來 補充塑料以供下一成形所需,不影響及成形週期時間 或生產效率。 理論上,成形品重量以此數值除時,即可得到成形塑 化之計量時間。可惜依目前理論計算之狀態與實際結 果相當不吻合,偏離計算值甚多,仍然是一個不確切 之理論值。如同射出率一般,必須根據實際試射的結 果,才能得到較佳可做判斷的數值。由於螺桿旋轉數 和電熱器之熱容量亦深深地影響可塑化能力之故,試 模時應該考慮綜合的條件以為判斷。,名詞解釋:,5.射出率:指成形機每單位時間能射出最大的塑料量,單位為 c
13、m3/sec,與射出速度成正比,射出速度在料管內一般要 求在50240mm/sec,為因應流動不易之塑料或產品肉厚 偏薄不易充填之成形品,300500mm/sec已為目前之成形 業者所需求。射出率的理論計算值因塑膠的熔融黏度或模 具內部之流動阻力而與實際之數值會有所不同。 6.螺桿尺寸:指螺桿直徑大小,以相同鎖模的成形機而言,廠商通 常會提供三種尺寸的螺桿供客戶選擇;較大螺桿具有 較大的射出量、射出率以及塑化能力,相對的在射出 壓力上會較小,與螺桿截面積成反比。,名詞解釋:,7.螺桿行程:射膠到極限與鬆退到極限之間,螺桿所移動的最大距 離,亦指螺桿在最末端與最前端之距離。 8.射嘴行程:指射座
14、在最末端與最前端之距離。 9.螺桿轉速:指螺桿受液壓或電動馬達經變速而傳動之最大轉動速 度,一般而言,轉速愈快則塑化能力愈大,但塑化品 質相對下降,螺桿轉速要求一般為:小型機30至250 rpm,中型機25至150 rpm,大型機15至80 rpm。 10.射嘴閉合力:指射嘴抵住模具豎澆道襯套的力量,基本之需求 為能夠抵抗射出膠料時所造成的反作用力,不致 使射座後退;一般為射出產生力量的3040之間 。,名詞解釋:,11.開模行程:指開模時最大開啟的距離,一般視成形品之需求,以 能夠順利取出成形品為基本要求。在選用射出成形機 時,首先要考慮成品的高度,因為射出機的開模行程 是依製品高度來加以調
15、整,簡單的說就是以製品高度 乘以2加上澆口高度,就是所需的開模行程。開模行 程=製品高度 * 2 + 澆口高度。通常在全自動生產時, 所需最小開模行程約為製品高度的2.22.5倍。 12.最小/最大模厚:指能在成形機上使用之最小或最大模具厚度尺 寸;較最小模厚為薄之模具,在使用時需以墊 塊增厚;機器使用時若超過最小模厚,有時會 造成滑脫現象,應予注意。,名詞解釋:,13.繫桿距離:指成形機四支繫桿之間距,其距離必須配合模具尺寸 之運用,以利模具之上下模;近年來,由於熱澆道之 使用,使模具有較大的尺寸,另外高壓力高速度的射 出,逼使模具結構強度需增加,均無形中增大模具的 尺寸,故亦要求有較寬的繫
16、桿距離,其次為配合上下 模具,傳統上以垂直方向上下模具,故水平寬度會略 寬於垂直寬度,目前部份工廠以換模車從水平方向上 模,則垂直方向之寬度亦必須被考慮,因而為兼顧此 兩需求而有朝正方形之配置;另由於模板放大,其強 度結構亦會重新考慮,因而部份廠商推出的前端上方 之繫桿可自動拆卸,以配合容納較一般成形機可用之 更大模具尺寸。,名詞解釋:,14.頂出力及頂出行程: 頂出力係指成形機在成形品冷卻後開模時,頂出成形品施 力的大小。頂出行程則指頂出機構作動時最大的距離,產 品縱深較深之產品須特別指定要求,以利成形品之順利脫 出。一般頂出壓力調高而速度則依頂出製品面之容許程度 適當調整,而退針則以低壓力、高速度調整,以節省週期 。頂出力的供給,一般多使用油壓缸來推動機構以頂出之 ,頂出行程與頂出力同樣的也是一個在取出成形品時順利 與否的重要因素。當然,頂出行程應開要大於成形品沒入 於公模的長度,以免產生不能離