模具设计进阶教程(4).ppt

三 塑膠模具用鋼 3 1塑膠模具鋼之特性比較 3 2鏡面加工性 鏡面程度與鋼材選擇 5000 10000 15000 0 10 20 30 40 50 60 PDS2 PDS3 PDS5 PD555 Pre H DH2F NAK55 NAK80 DHA1 SKD61 SKD11 DC53 PD613 PD555 3 3研磨加工方法 1 必須照正規的研磨作業順序施工 2 必須遵守研磨作業各項注意事項 研磨作業順序 車削加工銑床加工 220 320 400 砂紙研磨 220 280 320 400 600 800 1000 1200 1500 鑽石膏精加工 15um 9um 6um 3um 1um 砥石研磨 粗 細 46 80 120 150 3 4塑膠鋼材預硬性 PDS2 PDS3 PDS5 10 20 30 40 50 60 50 100 300 500 1000 3000 DH2FNAK55NAK80 時效處理型 MASIC MASIC DHA1 SKD61 PD555 DC53PD613 SKD11 淬火型預硬型 一般用 雜貨 多量生產用 汽車 電器 耐久 FR 鏡面用 四 模具設計 4 1每模穴數 依下列項目決定每模穴數 總生產量成形品大小與機台配合問題模具製作成本成形品結構復雜度 精度要求流動平衡問題 4 2成品排列方向 形狀 大小 滑塊結構澆口位置加工方法成品取出方法 取出方向脫模深度外觀面 4 3分模線位置及分模面設計 1 投影面積大小比較2 外觀面要求3 R位置 R有無4 成形方向5 成品附著 頂出問題6 滑塊結構7 靠破面 插破面設計8 加工方法9 接触面大小 壓力 硬度 精度 防止毛頭產生 10 研磨保養方法 4 4投影面積計算 1 應扣除中孔部分2 與厚度無關 成品位置偏心問題 3 重疊部分的計算4 透氣不良的中孔如何計算 4 5鎖模力量 1 與膠料的流動性 粘度 有關 2 考慮模座受力平衡的問題 3 配合射出成形机的規格 4 鎖模力應大於射出成形力 5 射出成形力與膠料流動性 成品肉厚 料溫有關 鎖模力F 投影面積A 模具內壓力P 樹脂最高壓力kg cm 2 PS400 ABS400 PP300 PC500 POM800 4 6模具標準結構 如圖 二板模側澆 口 扇形澆口 隱藏式澆口 不論模穴數多寡 皆可使用 二板模的成品與流路副料可以同時取出 一 如圖 三板模一般用在針點澆口 成品及流路副料分別在不同的模面取出 一般先取出流路副料 再取出成品 因靜模板在導柱上滑動 因此須加強導柱的精度及強度 此種模具极易產生不同心的問題 因此必須有止滑塊的機構 標準側向型模具結構圖 可動側 標準側向型模具結構圖 固定側 如圖 滑塊模 1 應注意側向滑塊承受射出壓力大小的問題 2 滑塊的驅動方式 3 斜梢的作用係驅動滑塊左右的位移 與製品是否產生毛頭無關 4 壓塊與滑塊密合的程度直接與毛頭的產生有關 一般壓塊有一體式與分割式二種 前者加工困難 但強度較佳 5 設計標準化 二 模板的結構可以分為一體式與分割式 1 模板止滑定位機構 應注意模板滑動方向 如圖 成形品 止滑面 靜模 分模面 心型 2 靜模板的結構 可以分為一體型及分割型兩种 如圖 3 動模板的結構 可以分為一體型及分割型兩种 如圖 P P P d a b c 強度以 a 最佳 c 尚可 b 較差精度以 b 最佳 c 尚可 a 較差 4 7模具強度計算 1 方形模板 無底 壁厚尺寸計算 H 側壁厚mmp 成形壓力kg cml 梁長mma 受力部分高度mmE 楊氏系數 鋼 2 1 10kg cmb 模穴高度mm 容許變形量mmh 2 2 384E b 12p 1 a 3 67 2 10b 6 p 1 a 3 4 4 6 2 方形模板 有底 壁厚尺寸計算 H 側壁厚mmp 成形壓力kg cml 梁長mma 模穴mmE 楊氏系數 鋼 2 1 10kg cmb 模穴高度mm 容許變形量mmc l a定數 見表 h 2 2 6 2 1 10 6 c p a 3 4 3 圓形模板 有底 壁厚尺寸計算 內半徑變形量mmp 成形壓力kg cmE 楊氏系數 鋼 2 1 10kg cmr 內半徑mmR 外半徑mmm poison比 鋼 0 25 2 2 6 m E r p R r R r 2 2 2 2 R E b p 1 m b E b p 1 m b r R 2 1 10 1 25r p r 2 1 10 0 75r p 6 6 4 動模墊板厚度尺寸計算 b B h l L max 5 w l 4 384 E l 5p b L 4 384 E l 5p b L 4 32 E B h 3 h 5p b L 4 32 E B 3 成形壓力Pkg mmI Bh 12w b Pl L 2 3 容許變形量應先設定 4 8模具材質及硬度 1 依模具總壽命及成品表面精緻度要求決定模具材質 2 成品表面精緻度可分光亮面及鏡面兩种 內面的精緻度在與之間 依此決定適當的材質及加工方法 3 依模具壽命 模具結構定淬火硬度及表面處理 1 氣體氮化 滲氮 須含合金元素CrTiAlVMo等元素Fe4N 處理溫度 495 570度回火溫度 520 590度表面硬度 HV900 1000硬化深度 0 3mm 時間48hrs變形量 無 2 液體氮化 處理溫度 Ac1以下 560度 580度 時間2 3hrs硬化深度 0 01 0 02mm表面硬度 Hv900 10003 液體滲碳 處理溫度 Ac1以上4 軟氮化 任何鋼鐵材料皆可做軟氮化處理 可分為液體 氣體 軟滲氮 液體軟滲氮以稱軟氮化 無毒處理法 處理溫度 570度 580度處理時間 1 3hrs淬火液 AB1鹽浴 增加表面抗腐蝕能力 化合層 Fe2 3 C N O 內部擴散層 Fe4N表面化合層硬度 Hv900 1000深度 0 01 0 03mm 4 合金元素之功能Ni 增加勒性 耐衝擊強度 耐腐性 減少淬火變形 Mn 增加高溫抗拉強度及硬度 防止因硫產生之熱脆性 Cr 增加耐磨性 耐腐性 高溫強度及硬化能力 Mo 增加硬度 耐磨性 高溫抗拉強度 硬化能 耐蝕性 V 使結晶微細化 改善鋼材表面性質 Ti Zi亦同 W 增加硬度 耐磨性Si 增加耐熱性 耐腐蝕性 S pb 改善切削加工性 A1 藉氮化處理改善耐摩耗性 B 增加硬能而不改變其強度 4 9表面精緻度及加工符號 1 外觀面的精緻度高於內面2 表面精緻度有光亮面及鏡 面有一定拋光方法 還用適當的磨料規格依一定的番號順序加工番號改變應清洗加工件拋光方向應變交叉進行以較硬 平坦的工具來拋光 如白楊木 3 12 25u 1 5 6u 0 8u 4 模具動靜模表面粗造度 拔模斜度 接触面大小響成品的頂出 4 10動靜模同心度 成品與模具的接触面分別在 動靜模者 便有同心度的問題 同心度的問題往往是成品精度的關鍵 如何確保同心度應注意 1 動 靜模的加工基準 加工順序 加工方法 2 動 靜模粗加工熱變形及正常化的問題 3 應注意導柱及導襯套的加工精度 4 為防止成形時側造成模板的移動 應有止滑快的設計 5 止滑塊的強度 軾方法 加工精度的要求與確保 4 11縮水率的決定 熔融的膠料流入模具內 一部分的熱量被模具帶走 膠料的溫度逐漸下降 經冷卻至70度 80度由模具中取 出膠料由熔融的高溫 冷卻硬化到較低的溫度 因此有收縮的現象 收縮的程度稱為縮水率 冷卻收縮如果不均便會產生變的問題 冷卻的速度 溫差大小 影響收縮 量一般影響尺寸的因素有 1 塑膠原料的物性 結晶性與非結晶性的收縮率不同 粘度不同 收縮也不同2 膠料溫度高的收縮率較大 3 模溫高的收縮率較大 4 與料流動方向平行的收縮小 垂直方向的收縮大 5 含玻璃纖多的收縮小 6 製品肉厚大的收縮大 薄肉的收縮小 7 接近澆口部位的收縮小 8 澆口加大可改善縮水凹陷的現象 9 射出壓力 保壓 大的收縮小 10 成品溫度高的部位收縮大11 成品冷卻速度快的收縮小 4 12模流分析與成形條件 一 模流分析 膠料由熔融狀熊流入溫度較低的模具內 一部份的熱量被模具的冷卻帶走 在充填的過程中 為使膠料能很順暢的模具內流動 模具的溫度必須加以探制 模溫太低 將阻礙膠料的流動 尤其是粘度高的桔晶性樹脂 更須一定的模具溫度 當充填完成後 為了縮短成形週期 希望成品能的硬化並從模具內立即取出 模具溫度最好能急速的冷卻 急速冷卻的時間應從澆品冷卻固化後開始 實際上使用的冷卻水一直在循環 真正急速冷卻的瞬間 應從開模時才發生 此時澆口早已固化 在充填過程中粘度影響膠料流動 粘度的大小與膠料別 流道截面積大小 模溫度高低有密切關係 如何改善膠料在充填過程中的流動性 是品質 成本成敗的關鍵 1 充填過程分析 1 流動距離 不同的材料有不同的流動比 L t 也就是有不同的流動距離 流動比 L t 如表 樹脂T mm L tPE0 3 3 0280 200PP0 6 3 0280 160POM1 5 5 0250 150PA0 8 3 0320 200PS1 4 4 0300 220PS1 5 5 5150 100PVC 硬質 1 5 5 0150 100PC1 5 5 0150 100醋酸纖維素1 4 4 0300 220ABS1 5 4 0280 160 任何膠料 在不同的料溫 模溫 射出壓力 射出速度 肉厚 形狀之下 都可能影響其流動距離大小 超過此极限 一定會有流動不良 短射 流痕的現象發生 尺吋不足 縮水凹陷很難避免 3 射出壓力 不同的膠料有不同的射出壓力 在模穴的壓力稱為有效射出壓力 如下表所示 樹脂最高壓力kg cmPS400ABS400PP300PC500POM800 2 當膠料充滿模穴時 如立即停止射出的動作 不再加壓 保壓 成品卻固化後 一定會有嚴重的縮水凹陷現象 在膠料充滿模穴後 必須加以適當的壓力 保壓 以提高熔融膠料的密度 保壓過當 因保壓使模穴的內壓急上升 又因膠料是一种高分子熔融體 有很大的可壓縮性 因此保壓适當 將造成成品毛頭 變形 尺寸過大 重量過重 同時亦可能產生脫模不良 頂出白化 頂變形 龜裂的現象 保壓不足 保壓不足製品會有嚴重縮水 尺吋不足 表面凹陷的現象 保壓時間 保壓結束時 製品內部中心處的溫度很高 如系熔融狀態 因受到很大的內壓 如果保壓不再持續則熔融的膠體會有逆流的現象 因此保壓必須持續到澆口確實固化後才可去除 在充填過程中的波前為一等壓線 此等壓線的波前壓力接近於零 膠料流動速度直接影響等壓線與等壓線之間距 間距越大表示流動距離 流動速度較快 反之則較慢 射出壓力大小與等壓線之間距無關 保壓大小與保壓時間的切換點 決定成品的尺寸精度 3 充填壓力 射壓力系指噴嘴處膠料的壓力 膠料經噴嘴流經澆道 流道 澆口會產生很大的壓力損失 壓力損失越大產生摩擦熱越大 充填壓力就是有效射出壓力 有效射出壓力 射出壓力 流道中的壓力損失成品肉厚小者充填壓力較大 同樣的流動比 L t 當成品肉厚大時 所需的充填壓力較小 如圖 100 200 300 400 500 600 700 0 511 522 533 544 5 200 1 150 1 100 1 70 1 L t 肉厚 m m 充填壓力kg cm 2 4 充填速度射出成形時 速度的設定 實際上是設定螺杆前進推擠膠料的速度 亦即表示每單位時間內有多少膠料被擠到模穴內 以Q表示充填速度 單位 cm sec 即機臺規格內的射出率 5 流動速度 V 充填速度Q的快慢 可以決定充滿模穴所需要的時間 但是當膠料經澆道 runner 通過澆口 gate 進入模穴時 因不同的流路形狀 流路截面積 即進使充填速度Q為一定 膠料在模穴內的流動速度卻是快慢不等 流動速度V快慢是決定成品接合線大小位置 短射 流痕最重要的因 因此如何調整杆前進的速度Q以改變模穴內膠料的流動速度V 是決定製品品質 製品外觀不良的關鍵技術見下頁圖 3 充填速度為Q流路截面積為A流動速度為V則Q VA V1V2 T1 T2 澆口 澆口 d1 d2 t 當Q為一定 膠料通過澆口時的流速很快 澆口附近會有噴流或流痕的現象 Q VAVid1 t V2 d2 tV1 V2 d2 d1Q VAV1 Wt1 V2 Wt2V1 V2 t2 t1即膠料通過較薄的t2時 會產生加速的作用 如何防止加速產生的不良為關鍵技術 充分分析了解膠料的流動速度與面品 開關厚度的關係 以及澆口型式 澆口位置對流動速度的影響 在實際設定成形條件時有很大的幫助 並且也可協助我們對已產生的不良點 在成形條件上做正確有效的改善 配合製品形狀 厚度變化 澆口位置 做速度的多段調整 速度的大小 速度段數 速度大小切換點為影響製品表面精度的關鍵技術 速度的變化系在充填過程中完成 波前的等壓線在成形過程中並不會移 動因此可以確認充填速度 流動速度直接影響製品表面品質 2 冷卻過程分析 1 膠料由熔融狀熊進入模具內 一部分的熱量被模具帶走 膠料冷硬化後再由模具內取出 充填過程的時間很短 為求膠料流動順暢 希望有較高的料溫 模溫 充填完了希望膠料能迅速冷卻硬化模具內取出 2 整個作業中 應把模具視為一部熱交換機 而不能當做一部冷卻機 因此必須做好模溫控制系統 3 較高的模溫 使冷卻時間延長 如果冷卻時間不足 會造成成品的縮水 凹陷或變形 但較高的模溫 使成品緩慢冷卻而能得較均勻及充分的收縮 減少成品的變形 4 較低的模溫 冷卻時間縮短 成形週期也大幅縮短 產能提高 成本降低 但因迅速冷卻 收縮時間較短 造成成品不完全的收縮 因此有較小的收縮率 有較大的成品尺寸 對結晶性樹脂 因模溫較低 冷卻速度快 阻礙收縮與結晶化的進行 將會因環境的變化產生二次收縮與二次結晶 5 模溫不平均 因成品收縮與結晶化的不平均 收縮率較大的部份有較謫的密度 造成尺寸的不均一及變形彎曲及較大的縮水 溫度高的一側有較大的收縮量 模溫不平均的原因及其解決對策為達到精密成形的關鍵技術 二 成形條件設定 1 可塑化能力與下列因素有關 1 螺杆規格選用及料管的配合 膠料的混煉效果與進料速度 螺杆的L D值 壓縮比 形狀有密切關係 2 塑膠原料的特性 粘度 流動性 比熱 結晶度 流動性與溫度壓力的關係 均為射出成形條件設定的重要因素 3 螺杆轉速 快速旋轉 快速進料 但混煉效果較差 因剪切力造成的磨擦熱對膠料流動性的影響 快速旋轉其扭力較低 4 背壓 背壓大小對混煉效果的影響 背壓高使成形週期增加 但可改善混煉效果 5 料管電熱量 容量高的可塑化能力增加 但須防止膠料的過熱分解 6 射出率 可塑化效果與射出率大小成反比關係 7 最大的射出量 與膠料的混鍊程度有關 2 射出成形條件設定 1 製品的外觀精度與膠料流動速度有關 製品的尺寸精度與保壓有關 2 根據膠料在流道 模穴內不同的形狀 截面積的流動速度 如何設定流速的大小 流速的切換點 以及在充填完 了澆口硬化前的保壓大小 保壓爭換點為射出條件成敗的關鍵 3 如何使膠料在厝具內的流動很順暢 盡量以磨擦熱 適當提高螺杆的轉速 縮小流道的截面積 來改善膠料的流動性 在极短的時間內因摩擦熱造成膠料的溫升值 改善其流動性 並不會有膠料變質 分解的問題 以摩擦熱來適度降低料筒的料溫 可防止膠料因過熱分解 變質的問題 適當的控制模具溫度 維持一定的高溫 可大大改善膠料的流動性 並可改善結晶化程度及膠料的物性 4 正確的模溫控制 因膠料粘度的下降 流動性增加 可以適當的降低料溫防止膠料分解變質 並可降低射也壓力 減少製品毛頭的產生 對製品表面光澤度的改善也有幫助 600700800 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 直角方向 流動方向 模具溫度60度缸溫度240度 射出壓力 kg cm 2 成型收縮率 250260270280 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 射出壓力600kg cm 流動方向 模具溫度60度厚度3mm澆口厚度2mm 樹脂溫度 攝氏度 2 成型收縮率 直角方向 徐然性品級 玻璃纖維30 的成形收縮率與射出壓力 徐然性品級 玻璃纖維30 的成形收縮率與樹脂溫度 10203040 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 玻璃纖維量 成型收縮率 1 4 1 6 1 8 徐然性品級的玻璃纖維量與成形收縮率的關係 直角方向 流動方向 厚度3mm模具溫度70 75度缸溫度240度射出壓力700kg cm 2 40608080 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 射出壓力800kg cm缸溫度240度澆口厚度2mm 直角方向 流動方向 厚度 4mm 2mm 4mm 2mm PBT模具溫度 徐然性品級 玻璃纖維30 成形收縮率與模具溫度 成形品厚度3mm成形時模具溫度65度 氣氛溫度 190度 175 165 150 120 100 80 10203040506070240280 0 1 0 2 0 3 0 4 後收縮率 PBT放置時間 hr 徐然性品級 玻璃纖維30 的後收縮率所受氣氛溫度 放置時間的影響 流動方向的後收縮 123 200 600 400 流動距離 mm 一般品級 玻璃纖維20 一般品級玻璃纖維20 模具溫度80度100度樹脂溫度290度290度射出壓力1200kg cm1200kg cm 2 2 厚度 mm 變性PPO的渦旋流動長與厚度 2玻璃纖維20 一般品級玻璃纖維20 模具溫度80度100度射出壓力1200kg cm1200kg cm 2 2 2一般品級 3玻璃纖維20 厚度3mm一般品級 260280300320340 200 400 600 800 流動距離 mm 變性PPO的渦旋流動長與樹脂溫度 變性PPO的渦旋流動長與射出壓力 600800100012001400 200 400 600 一般品級玻璃纖維20 模具溫度80度100度樹脂溫度290度290度 一般品級 玻璃纖維20 射出壓力 kg cm 2 流動距離 mm 0 2 0 4 0 6 0 8 一般品級玻璃纖維30 模具溫度93度82度射出壓力1050kg cm1050kg cm 230260290320 一般品級 玻璃纖維30 厚度3 2mm 變性PPO的成形收縮率與樹脂溫度 800900100011001200 0 4 0 8 1 2 一般品級 玻璃纖維30 成形收縮率 射出壓力 kg cm 2 變性PPO的成形收縮率與射出壓力 一般品級 玻璃纖維30 厚度3 2mm樹脂溫度290度射出壓力1050kg cm 2 20406080100120 0 2 0 4 0 6 0 8 模具溫度 攝氏度 成形收縮率 變性PPO的成形收縮率與模具溫度 厚度6 4mm 3 2mm 厚度6 4mm 3 2mm 200220240260280300320 440 420 400 380 360 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 聚縮醛 玻璃纖維 25 共聚合物 340 耐隆6 玻璃纖維30 PBT 一般用HB玻璃纖維30 模具溫度80度射出速度3m min射出壓力1000kg cm模穴厚度2mm 2 變性PPO玻璃纖維30 聚碳酸酯玻璃纖維30 缸溫度 攝氏度 流動長 mm 050100150200 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 1 2 1 3 比容積 cc g 溫度 攝氏度 耐特6 聚烯 凝丙烯 玻璃纖維強化的各种工程塑膠之流動性 各种塑膠的比容積因溫度所致的變化 150200250300350 10 3 10 4 10 5 2 4 6 8 6 8 2 4 6 8 聚碳酸酯 變性PPO PBT 耐特6 6 耐特6 HDPE 聚縮醛 聚苯乙烯 ABS 聚丙烯 聚甲醛丙烯甲酯 PVC 條件 剪斷速度10sec 2 1 溫度 攝氏度 熔融粘度 poise 123456 50 100 150 200 250 300 L t 厚度 mm 加玻璃的聚碳酸酯 300度1250kg cm 聚碳酸酯 2 耐隆6 250度900kg cm 中粘度 2 加玻璃的共聚合物 195度1300kg cm 2 加玻璃PBT 250度1300kg cm 2 縮醛共聚合物 190度1250kg cm 2 工程塑膠的L t 各種塑膠的熔融粘度 10 4 2 3 4 6 8 2 3 4 6 8 10 5 150200250300 聚碳酸酯 尤匹隆 亞克力樹脂 硬質PE 海瑞克斯3000 縮醛樹脂 Delrin 耐隆 硬質PE 海瑞克斯1000 低密度PE 脂酸纖維素 聚苯乙烯 各种塑膠的外觀粘度與溫度的關係 溫度 攝氏度 外觀粘度 POISE 試驗法 高化式flow tester噴嘴1mm 10mm壓力 只耐隆10kg cm 其他40kg cm 2 2 10 4 2 3 4 6 8 2 3 4 6 8 10 5 346810234 5 1020304050 壓力 kg cm 2 滑移應力 dyne cm 2 外觀粘度 POISE 聚碳酸酯 硬質PE海瑞克斯3000 醋酸纖維素 海瑞克斯1000 耐隆 高壓法PE Delrin 亞克力樹脂 聚苯乙烯 A縮醛樹脂 試驗法 高化式flow tester 噴嘴1mm 10mm長加熱溫度 聚碳酸酯280攝氏度 醋酸纖維素180攝氏度 亞克力及耐隆230攝氏度 其他全為200攝氏度 各种塑膠的外觀粘度與加壓力的關係 4 13流路系統設計 一 噴嘴 Nozzle 及澆道 Sprue 設計1 噴嘴係膠料由機台流出進入模具的地方 噴嘴的端部應與模具的定位環 LocatingRing 密切配合 以防止膠料的溢出 2 模具裝上机台 定位環須對準噴嘴 二者接觸面在時 因力量分散 可提高使用壽命 3 為防止澆道取出的不良 如圖的d 應比D 略小1 2mm 取付板 型板 d d 1 4 常用的澆道規格如表所示 制品重量 直徑 材料 3oz以下 12oz以下 大形 d D d D d D PS2 543648 PE2 543648 ABS樹脂2 554758 PC3547510 二 流道 Runner 與澆口 Gate 設計 依射出成形材料的種類 性質 成品形狀 大小 重量 厚度 分模線 成形數目 決定R G的型式 大小 澆道 澆口的決定 將影響成品形狀 平坦度 表面 尺寸等品質的變化同時也影響成品的收縮 生產性 故為模具設計重要的項目 1 流道 澆口的選擇基準 a 每模穴數 一次一個時 可選用任何的流道及澆口 若一次二個以上時 流道及澆口的型式 位置配量方法將受到限制 一次多個不可使用直接澆口 b 樹脂的種類 成形性不佳的材料 如亞克力 PC 2程塑膠等 澆口的決定對成品的成形週期 品質影響很大 因其粘度高 流動性不佳 充填不易 成品易燒焦 生毛頭 壓力過大來充填 c 成品外觀性能 澆口的位置不能影響成品的外觀面 毛頭去除留下的痕跡不能影響成品的性能 d 成品形狀及尺寸的要求 成品投影面積的大小 厚度 不易充填時可設副澆口 e 模具結構的影響 依側孔 Slide 二板 三板的需要 配合適當Gate f 殘留應力及變形的問題 PE及PP材料以直接Gate成形時 殘留應力集中在Gate附近 易生變形 如果增加Gate數目 則可改善 g 生產性 為減少膠料在流道中流動的熱量損失 流道的截面積應取最小的圖形為佳 方形及梯形 半圖形不是理想的流道形狀 成形冷卻時間與成形品厚度的平方成正比 為了使流道亦能迅速冷卻取出 流道的截面積亦應盡量取小 為改善生產成本 澆口的斷落及流道的自動取出或落下 應詳細規格 設計 2 流道的大小形狀與膠料流動 a 流道長短與流動摩擦力損失有密切關係 壓力降過大會造成流動的不順 再加上膠料在流道中流動的熱損失 一部分的熱被模具帶走 因此常常會想到是不是會因此 此二原因即壓力降及熱損失的問題 而造成膠料的流動不順暢 而故意加大流道的截面積 使膠料在流道中的流動的較大的空間 事實上因截面積過大 流速成平方關係的上降 因流動過慢反而易冷卻 更增加流動的阻力 造成填充不易的不良現象 b 流道表面積大小與膠料流動速度及溫度的下降有密切關係 截面積越小 流速越快 成平方關係的增加 因流速增加 膠料傳到模具的熱量會減少 有助於料的流動 充填 c 同樣的流道斷面積 其表面積越小越佳 因此以圓形最佳 方形較差 1 圓形流道與矩形流道的流量圓形流道QR 當a 2 5 3 5時Q為D的6次方矩形流道QG Q為H的5次方亦郰表示圓形流道的流量正比於直徑的6次方 矩形流道的流量為深度的5次元 因深度微小的變化而有很大的變化 例如深度 5mm的矩形澆口 Gate 如果有5 0 025mm 加工上的誤差 流量便有20 的誤差 因此澆口的加工對生產性 加工成本有很大的影響 Fe P Da 3 a R 2 a 3 L 2a 3 R a feDP R 3 3072L R a Fe BHP a 2 a G 2 a 2 L a 1 G a feBHP G 3 80L G 3 5 2 1 2 由項式圓形流道流量反推其壓力降P式矩形流口流量反推其壓力降P 設流量QR QG時 R 2 1 R feDP R 3 3072L R a 則 feBHP G 3 80L G 3 5 PR PG 38 4BHL 3 R 5 DL G 3 6 3 a 3時 Q 流量 cm sec fe a 流動特性a 2 5 3 5D 圓形流路直徑 cm H 矩形流路深度 cm B 矩形流路寬度 cm P 流路中壓力降 dyne cm 2 d 一般情形的射出壓力若為1000kg cm 模穴內的壓力為400 500kg cm 壓力降P 500kg cm 600kg cm 因此在流道中的壓力損失 因摩擦生熱產生的溫升T約為40度 60度 e 當流道的截面積取小 壓力損失 嗇因摩擦生熱使膠料的粘降低而有利於膠料的流 動對於充填不良 接合線等有顯著的改善 f 因有助於上述不良現象的改善 調整射出成形的壓力時 可以盡量的降低 因射壓的降低對成形品內應力問題及毛頭問題有很大的改善效果 D D D D D D D d 0 2500 2500 2500 249500 199700 1530d D 20 166D D 40 1D D 20 071D 流道斷面形狀效率 樹脂名流道直徑ABSAS4 8 9 5POM3 2 9 5PMMA8 0 9 5PMMA8 0 12 7PA61 6 9 5PC4 8 9 5PP4 8 9 5PE1 6 9 5PPO6 4 9 5PS3 2 9 5PVC3 2 9 5 樹脂流道直徑 3 流道長度與成品配置 一模多穴 模穴位置的決定 流道長短的設計 為膠料是否同時進入澆口 是否同時充滿模穴的關鍵技術 a 一模多穴如果因設計不 不能同時充填如圖 當膠料對b c先充填 而a b尚未充填 亦即b c填飽時 a b尚在充填中 因a b尚在充填 膠料繼續前進 料的前端承受的壓力約為一個大氣壓或更高些 視透氣狀況而定 與充填射壓500kg cm相較 顯然低了很多 也就是在所有模穴尚未填飽時的波前壓力只比大氣壓略高而已 在最後充填完成模穴真飽的瞬間 膠料才隨到500kg cm的壓力 2 2 abcd b 如果有上述先後次序的充填 b c先填 飽 b葟填 飽如果在a b未填飽之前亦即b c尚未承受500kg cm壓力之前 b c的澆口即已開始冷卻固化 則後續壓力的增加 含保壓 亦無法改善其嚴重縮水凹陷的不良 因此如何達成多模穴同時充填完成的流路設計 實為模具設計的關鍵技術 c 流道長度及成品流道長度成品配置實例 1 流道長度越短越好 形狀以圖形最佳 2 由澆道到各澆口的距離應皆相等 等長 如圖 4 流動比與面積比 膠料在模穴中的流動性與粘度有密切關係 粘度愈低 流動性愈佳 當然流動的距離 L 也越長 因膠料在模穴流動時 有一部分的熱量被模具帶走 溫度逐漸下降 P壓力降造成摩擦熱產生的溫升不考慮時 流動的距離越長 阻力越大 越不易流動 成品的厚度t越薄 流動阻力也相對提高 流動比即指膠料流動的長度D L 與成品厚度 t 之比 下表為各种膠料不同的流動比數值 樹脂T mm L TPE0 3 3 0280 200PP0 6 3 0280 160POM1 5 5 0250 150PA0 8 3 0320 200PS1 4 4 0300 220PS1 5 5 5150 100PVC 硬質 1 5 5 0150 100PC1 5 5 0150 100醋酸纖維素1 4 4 0300 220ABS1 5 4 0280 160 膠料在模穴中的流動比應小於上表列之數值 否則會有充填不良的現象 模溫高 料溫高 模穴拋光度佳時 流動比值可取高 上限 流動比 Li 某段流路長度ti 某段流路厚度面積比 1 流動比 t L i 1 i n Li Ti 5 澆口形式 澆口種類很多 在使用上應依膠料的粘度流動性等特性及成品形狀大小 重量 厚度變化 成品分模線的復雜度 決定適當的澆口型式 澆口形式及大小 直接與膠料的充填有關 並影響成品呎寸的穩定性 縮水 變形 接合線的產生等 澆口的設計除與製品品質有關係 並影響以後的生產性 常見的澆口形式有下列九种 1 側澆口 SideGate 2 疊型澆口 OverlapGate 3 直接澆口 DirectGate 4 針點澆口 PinPointGate 5 耳式澆口 TabGate 6 扇狀澆口 FanGate 7 環狀澆口 RingDiscGate 8 膜狀澆口 FilmGate 9 隱藏式澆口 SubmarineGate 7 澆口位置 膠料在模具內的流動距離與其粘度有密切的關係 粘度越高流動距離越短 流動比 L t 成正比 與澆口的大小沒有正比例的線性關係 1 澆口的大小與成口的重量有密切的關係 2 澆口數目與成形品面積及成品的重量有關 3 如果一點澆口不能完成充填而需多點澆口時 每一澆口所負責充填的面積 重量 應相同 也就是須使每一澆口能同時均勻填滿模腔內的各部位 為達此目的 澆口的位置須慎重考慮 分析 4 澆口位置須配合成品平坦度 接合線的要求 5 一般澆口附近 因保壓及膠料先充填之故 有下列現象 a 溫度較高 應力較大 易產生收縮變形的現象 b 因壓力較大 易生毛頭 但較不易產生接合線 c 成品頂出不易 易有白化現象 d 若模溫較低 或冷料處理不當 澆口附近易產生流紋及不同的光澤度 e 因流速過快 使澆口附近產生許多不良現象 6 理想的澆口位置 a 應在成品厚的地方充填 b 應均勻充填 防止 包風 現象 c 應從易縮水凹陷的補強肋附近充填 d 應避免成品外觀有明顯的接合線產生 e 防止心型因高速成形而變形 f 應避免成品有短射或過度充填的現象 g 應防止成品的變形 撓曲 h 應造成膠料迂迴流動 順利充填 i 計算膠料的流動比 7 澆口位置圖例 中央一點澆口 端部一點澆口 端部三點澆口 端部薄膜澆口 a 分子向性 分子排列方向與膠料流動方向平行 排列方向與成品的變形 應力分佈有密切關係 b 膠料流動解析 膠料經過澆口進入模腔的瞬間 分子排列為交錯無方向性 遠離澆口時 膠料接近模壁部分流速較慢 中央部分繼續前進 如圖所示 熔膠 射出成形机 澆口 模穴面 膠料中心 分子配向 膠料表面 c 不當的澆口形式及位置 如圖 對圓筒成品 側澆口充填產生肉厚不均的現象 改良對策 1 改變澆口型式及位置2 心型強度的增加3 射出速度的降低4 動靜模同心度的確保5 均勻的成品肉厚 使膠料能均勻等速前進 6 動靜模插破面的考慮 8 澆口數目 澆口的數目應盡量的少 不要過多 過多反而造成 1 二次加工成本的增加2 接合線增加3 造成成品內壓 變形 龜裂 4 廳數個有較佳的真圓度 9 澆口尺寸 一 澆口是連接流道及模穴的通道 澆口的斷面與流道及模穴相較 顯然小了很多 其理由如下 1 為自動化成形加工的自動斷落 及二次加工的容易切除 2 小澆口在成品上殘留的痕跡小 3 料經澆口有加速充填的效果 因摩擦生熱 有利於充填時料的流動 4 冷卻快 保壓時間短 可防止逆流 減少成品的縮水 凹陷 變形 二 澆口尺寸的決定與下素有關 1 膠料的粘度 流動性 2 成品的重量 3 成品的平均肉厚 結構的復雜度 4 膠料熔融的溫度 5 模具的溫度 6 澆口大小與流動比有關 7 加大澆口尺雨有助於縮水凹陷的改善 8 充填不足與澆口大小無關 澆口尺寸的計算應參考下列所示的一些計算式 加上以往的經驗 模具及成形條件的變化 來適當的修正 三 常用澆口尺雨計算式 1 側澆口及疊形澆口 h n tW 30 nA L1 0 5 0 75mmL2 h w 2注 側澆口L2 0 A 模穴表面積 mm W 澆口寬度 mm h 澆口厚度 mm L 澆口長度 mm L1 L2 t 成品厚度 mm n 膠料系數PE PSn 0 6PP POM PCn 0 7PA PMMAn 0 8PVCn 0 9 2 12468102040601002004006001000 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 1 0 08 0 06 0 04 0 02 in 25 20 15 10 5 2 5 2 1 5 1 0 5 mm 澆口寬度 W 凹模的表面積 A in 2 PVC CAPMMNYLON PCPPPA PEPS n 0 6 n 0 7 n 0 8 n 0 9 30 nA W 凹模的表面積 A mm 10 3 2 0 812346810203060100200400700 2 測澆口尺寸的平衡 1 Q 流量 P 壓力降D 流道直徑V 流速L 流道長度T 膠料流到澆口時間 V L V 4 D 2 4 V D 2 3072L 4 feD P 6 3 V L D 2 5 3072L 4 feD P 6 3 T 743D D 2 4 3072 L 4 feD P 6 3 2 L 4 Fe D P 4 3 743 B L L 4 Fe D P 6 3 4 得知膠料到達澆口的時間為流道長度L的四次方關係 流道長度對射出成形時間影響之大可知 四 澆口平衡值 BGV 的意義 參考 一模多穴 料的充填很難同時完成 澆口平衡值的計算目的 即在追求多模穴同時充填完成的目標 一般澆口較大時 較易 先 充填 計算BVG即計算各模穴澆口的大小尺寸 為甚麼多模穴的充填 各模穴須充填完成 理由如下 1 澆口越大越易充填 但冷卻凝固的時間較長 增加成形加工的成本 因此 在不影響成品品質的條件下 澆口尺寸越小越好 2 多模穴充填如果充填的速度有快慢 亦即填飽的順序有先後之別 先充填完成的模穴 很可能因澆口小先行固化 此時的模穴還在充填 壓力尚未達最高值 後續的保壓動作對澆口已凝固的模穴 已無保壓效果 而有嚴重凹陷縮水的情形 3 BGV值的計算 即為達到同時充填的目的 止成品的凹縮水 BGV值的計算 BGV SG LR LG 每一澆口的BGV值與模穴的重量成正比 W1W2 SG2 LR2 LG2 SG1 LR1 LG1 SG2SG1 LR2 LG1 LR2 LG2 LG 澆口長度 mm SG 澆口斷面積 mm LR 澆道長度 mm 2 W1 模穴1的重量 g W2 模穴2的重量 g 疊形澆口 h 澆口深度 mm w 澆口寬度 mm t 成品厚度 mm A 成品表面積 mm h n Tn 0 6PSPEABSw n A 30n 0 7POMPCPPn 0 8PAPMMAn 0 9PVC a b c d w h L2 L1 t 材料 澆道直徑 制品質量 3oz以下12oz以下大形 dDdDdD PS2 543648PE2 543648ABS2 554758PC354758 直接澆口 d D 耳式澆口 t z Y D x t 成品平均厚度 mm D 流道直徑 mm Y 澆口寬度 mm Z 澆口長度 mm X 澆口深度 mm Y DX 0 9tZ 1 5D 針點澆口 針點澆口尺寸 成形品重量50 15015 406 153 6 每分鐘成形數2 34 56 78 10 d1 5 2 51 2 1 61 1 20 8 1 R5 54 543 5 a0 80 70 60 5 4 14模具溫度控制1 模具吸收的熱量 流體在管中流動 通往管壁有熱傳達的情況 在化學工程的領域做過各種研究 我們來看看這些研究是不是能夠適用於成形模具的溫度調節上 流體在管的時候 由於流體以層狀流動或亂流 混流 流動的情況 其適用公式不同 所以必須明確區分開來 讀者可以先不管公式 跳過去繼續看下去也沒關係 在共同的條件下 下表做為模式 射出材料溫度220 成形周期30秒取出平均80 樹脂的平均比熱0 33Kcal kg 模具溫度60 1次射出操作重量60g 模式成形條件 材料為非結晶性 假設保持長程中的熱平衡狀態假設流道也包含在內此樹脂在220 冷卻到80 時 被具取走的熱量Q計算看看 在這里和模具的重量無關 Q 比熱 溫度差 t 0 06 0 33 200 80 332 6kcal hr 重量時間 Kghr Kcalkg Whr Cp 360030 結晶性樹脂的時候 還要加上結晶潛熱 這個公式必須變成下列所示 以80 取出時 由於結晶化程度的全部都還未進行 所以計算上要注意 結晶潛熱的一部分傳給模具的熱量從熱澆道 hotrunner 傳給模具的熱量從噴嘴 nozzle 傳給模具的熱量傳到空中 機械的熱量公式將變成 Q Cp t Ho H1 H2 H3 wh Hokcal kgH1kcal kgH2kcal kgH3kcal kg 從噴嘴口 nozzletouch 傳來的熱將造成噴嘴的重要溫度亂掉 對於模具也是沒有用處的熱 所以應避免沒有必要的接触 模具鋼材的反復耐壓強度和圓筒缸的前進力而來的接触面積加以計算 也應能夠理解越狹窄樹脂越不會漏 2 亂流的場合 流體通往冷卻孔 其流體的流速密度 粘度與孔徑之間 下列的公式成立這個雷諾數 Re 今後將發揮主要功能 Re Dvpu 1 Re 雷諾數 1 表示流動混合程度的數字d 孔的直徑 cm 或 m v 流速 cm sec 或 m hr p 流體的密度 g cm 或 kg m u 流體的粘度 g cm sec 或 kg m hr 此時 讓我們來考量通往冷卻孔的水量和溫度 Re 雷諾數 在2100 10000之間是亂流和層流的分界點 首先考量亂流 流體流過管中時 因為粘性粘住管壁使流動困難的一層薄膜會形成 亂流地時候 管子中央部和壁面部的液體容易混雜在一起 而層流的場合 不容易混雜在一起 所以會形成一層不易流動的薄膜 這個薄膜將大大防礙熱的傳導 模具的場合 這种液體薄膜將形成熱傳導的大障礙 這种情形的計算 判斷依據就是用Re 對於空氣 水 油等流體 當 10 Re 12 100 7 Pr 120L D 60的時候 下列公式成立 0 025 4 4 2 hd dvp0 8Cpu0 4 h 界膜傳熱系數kcal hr Cp 體的平均定壓比熱kcal kg d 管的內徑mv 流體的平均速度m hrp 流體的平均密度kg mu 流體的平均粘度kg m hr 流體的熱傳導率kcal hr 3 Cpu 普蘭德爾數表示流體的熱性質 hd 努雪魯德數 2 hd dvp0 8Cpu0 4 0 025 內每一項都沒有單位 因此0 8次方 單位也不會混亂 如果是水的場合可以簡略成下列帶有單位的式子 在實用上較方面 但只限用在亂流合 h 3210 43 t Us d 3 t 不的平均溫度 Us 不的流速 m secd 管的內徑 cm以上式計算之 h直接以kcal Hr 求算 以上單位請不要弄錯 0 80 2 3 冷卻孔的設計步驟 根據樹脂有多少熱量進入成形模具中及在