气体辅助射出成型成品设计.doc

氣體輔助射出成型成品設計產品基本的設計原則主 講 人 : 黃 文 昭朔 捷 科 技 有 限 公 司台北縣板橋市四川路2段241號3樓之1 TEL:886-2-8967-0917 FAX:886-2-8966-2366氣體是隨塑膠黏度及縮水率而變之流體A.高黏度塑膠材料 B.低黏度塑膠材 低縮水率 高縮水率 成品被掏空部份之截面積形狀 造成A與B之形狀因素為塑膠 黏度.縮水率與氣體壓力關係氣體輔助射出成型成品設計成品設計原則 成品氣道是希望完全被掏空的,但卻不會橫向滲透 氣道尺寸越小越好 全面設計氣道,盡量不要局部做氮氣設計 氣體穿透的波前較難用成型參數去控制氣體的穿透波前,在成品設計前和模具開發前時就預先被規範的路徑來流動,是最佳設計方式（阻力最小路徑） 成品初期導入為最佳,以防止最佳位置被佔用 多模穴設計之平衡問題(含塑膠及氣體流動平衡) 氣體的流動平衡可解決外觀氣痕及部份橫向滲透問題氣體輔助射出成型成品設計成品設計原則：阻力最小路徑 高溫區（厚肉區、進澆口位置） 低壓力區（充塡最末端） 當直線阻力小於厚肉部位之選擇 反理論設計(特殊機構設計) 設計，製造塑料流動（平衡）時，氣體分佈卻會不平衡（1） （2）射出開始進氣開始（2） （4）吹穿 穿透性不佳氣體永遠往阻力小的地方跑!給氣體多一個選擇路徑將更易成型不良 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 各種斷面設計尺寸（粗厚件）粉紅色為掏空斷面形狀氣體輔助射出成型成品設計 成品模具設計原則（粗厚件產品） 不好的設計 較佳的設計 最佳的設計成品模具設計原則（薄件產品）最佳的設計 較佳的設計氣體輔助射出成型成品設計成品模具設計原則（粗厚件產品） BA 不對的比例將造成氣體不均勻的穿透形成不良 氣體輔助射出成型成品設計成品模具設計原則（粗厚件產品） 建議使用橢圓形狀的設計以得到更均勻的肉厚 W t 建議比例 W=3t to 5t氣體輔助射出成型成品設計 成品模具設計原則（粗厚件產品） 轉角處應倒圓角以得到較佳的肉厚分佈氣體輔助射出成型成品設計 成品模具設計原則（粗厚件產品） 不正確的進料點及氣針位置 澆口及進氣口 掏空不佳 較佳氣道尺寸之設計 w T W H H T W=1 TO 3*H W=2 TO 3 H H=0.5 TO 1 T H=0.4 TO 1.8 TT R R=0.5 TO 1T最理想氣道尺寸之設計氣體輔助射出成型成品設計 成品模具設計原則（粗厚件產品） 正確的進料點及氣針位置推薦的進料方式 進料點進氣點氣體輔助射出成型成品設計成品模具設計原則（粗厚件產品） 如果不允許有實心氣道存在閉迴路式的氣道設計應盡量避免 如果完全閉迴路無法避免，降低單邊的成品厚度或使用兩隻獨立的氣針 氣體輔助射出成型成品設計成品模具設計原則（粗厚件產品） 最後充塡的位置是氣體最佳的流向通常氣體和塑膠總是由成品的相同端流向成品的另一端，或氣體與塑膠可以由中心位置流向兩端。 氣針 澆口澆口 氣針 塑膠澆口於產品厚度較薄處以防止噴流“jetting”，可使塑料順利”mushroom”流入模穴，氣體由澆口附近直接或間接進氣以推動塑料,以得較佳之產品外觀及冷卻時間。澆口位置及進氣點在澆口位置之進氣方式，可由 較低模腔壓力之模穴外部位進氣 氣針 澆口 澆口 氣針 厚板狀產品之運用氣體流動於厚板狀產品時,進氣分佈不佳, 故造成氣體在塑膠内隨遇而安,但是此中空卻可形成絕熱效果,但成型性卻不佳多模穴的設計多模穴安排需注意塑膠流動平衡（當氣體 個別進氣到各模穴時） 吹穿氣體輔助射出成型成品設計成品設計：氣道的佈置應將氣道的尾端安置於靠近充塡的尾端 因為在流動波前的壓力是最低的（零），而在成品任何的角落壓力均會大於零。 在氣道中塑料的流動將不需藉由薄壁（助流效應） 氣道的佈置應避免包風的產生 壓 力 時 間 0氣體輔助射出成型成品設計成品設計：平衡的塑料流動 如果成品需要多氣道的設計或是成品中的氣道必須是分岔的，則為了得到較好的流動波前氣道的平衡是必須的。 如果部份的氣道較早充滿，氣體將無法取得有效的空間去推動塑料，如此將會造成不好的氣體穿透 使用CAE軟體來平衡塑料的流動對角交叉氣道分佈安排以提供產品剛性， 同時可保有最佳之塑膠及氣體流動 澆口 橫向滲透 氣道主氣道補肋間之薄肋安排要注意橫向滲 透及實心斷面問題氣體輔助射出成型成品設計 成品模具設計原則（結構性產品） 如果不允許有實心氣道存在閉迴路式的氣道設計應避免 氣針 氣道氣體輔助射出成型成品設計 成品模具設計原則（結構性產品） 較佳的設計含有各結構氣道之一般薄壁產品，進氣控制以穿透產品氣道，但不可有氣體穿透到一般薄壁部位 流動平衡之影響(一) 理想狀況：氣體穿透長度 氣針流動平衡之影響(一) 氣道上述產品之氣體流動為下列哪一個正確?流動平衡之影響(一)圖A:流動平衡之影響(一) 圖B:流動平衡之影響(二) 理想狀況：氣體穿透長度 澆口(氣針) 澆口(氣針)澆口及氣針之位置安排不同,則產生不一樣的氣體流動(粗厚件) ,澆口及氣針之位置安排會造成氣體穿透長度如何? 案例(一):案例(二):案例(三):澆口及氣針之位置安排不同,則產生不一樣的氣體流動(結構件) ,澆口及氣針之位置安排會造成氣體穿透長度如何?案例一: 氣道分佈設計 較佳 氣道分佈設計 不佳案例二:氣道分佈設計 較佳氣道分佈設計 不佳封閉型氣道如何改善氣體穿透長度!改善前改善後(一):偷肉厚改善後(二):加溢料區澆口位置和氣針位置是互動的!氣體穿透末端宜近流動末端!案例(一):案例(二):案例(三):上述三組之氣體穿透效果如何?案例(一):案例(二):案例(三):案例(一): 如果要用此案例,該如何對策?解決方法如下:(1)(2)案例(三):如果要用此案例,該如何對策?解決方法如下:加裝溢料區可改善氣體穿透長度?未使用溢料區時之氣體流動長度使用溢料區時之氣體流動長度澆口與氣針的位置?大原則依:1.模腔壓力大 模腔壓力小 2.塑膠高溫 低溫 3.必須有足夠的空間 澆口 氣針位置 氣道氣針與澆口位置距離該多少才合理?Ans: 1.跟基本肉厚有關 2.跟進澆口種類;大小有關 3.跟澆道種類有關 4.跟氣體使用壓力有關 5.塑膠材料黏度 6.氣針部位之熱量除了依照大原則外有其他例外嗎?氣針 澆口 氣道 為何上述之案例可違反一般原則呢? 此在設計上必須計算氣道之縮收與 掏空之體積略相等方可利用此方式;但它符合其中之 ” 足夠空間 ” 優點:1.可使用較短之低保壓時間 2.氣體回流至料管機會少另一個案例也是一樣澆口 氣道 氣針 溢料區 此案例是採用所謂的PEP製程氣道與氣道及氣針與氣針間之距離該保持多少呢?下圖之兩氣道相距各30mm,則氣體流動如何? 狀況(一) 澆口 氣針位置 氣道狀況(二) 澆口 氣針位置 氣道狀況(三) 澆口 氣針位置 氣道Ans:1. 當基本肉厚較厚時,則出現狀況(二.三)反之則出現狀況(一)2. 當塑膠黏度高時,則出現狀況(一)反之則出現狀況(二.三)3. 當氮氣初始壓力瞬間高壓時,則出現狀況(二.三),反之則出現狀況(一)4. 當氮氣延遲時間極短短且初始壓力瞬間極高壓時,則出現狀況(二.三),反之則出現狀況(一)氣針與氣針間之距離該保持多少呢?下圖之兩氣針相距各30mm,而且兩氣針間為厚肉則氣體流動如何?狀況(一) 澆口 氣針位置 氣道狀況(二) 澆口 氣針位置 氣道狀況(三) 澆口 氣針位置 氣道氣體回流料管及排氣不良(一)粗厚件 澆口由於氣針與澆口之距離太近,故容易造成氣體回流至射出機之料管內,進而推動螺桿,造成計量不足.而且在成型上會造成排氣不良暴裂現象.解決氣體回流對策: 1.利用保壓防止氣回流 2.澆口尺寸變小 3.澆道尺寸變小 4.氣針位置遠離澆口 5.加裝止逆閥排氣不良暴裂原因及對策: 1射出保壓過度 適當壓力及速度 2.計量背壓過大 適當背壓 3.氣針堵塞 使用適當的氣針 4.氣針附近溫度太高 增加氮氣保持時間 5.排氣不良 採特殊氣針排氣(二)薄板件 氣針由於氣針與澆口之距離太近,故容易造成氣體回流至射出機之料管內,進而推動螺桿,造成計量不足.而且在成型上會造成排氣不良暴裂現象.解決氣體回流對策: 1.利用保壓防止氣回流 2.澆口尺寸變小 3.澆道尺寸變小 4.氣針位置遠離澆口 5.加裝止逆閥 6.利用延遲時間及多段高低壓力變化 7.局部肉厚減薄排氣不良暴裂原因及對策: 1射出保壓過度 適當壓力及速度 2.計量背壓過大 適當背壓 3.氣針堵塞 使用適當的氣針 4.氣針附近之塑膠溫度太高 增加氮氣 5.橫向滲透 使用適當的壓力或保持時間 如何得到較長的氣體穿透?1. 利用較高之射出速度,以降低密度.2. 氣體採較長的延遲時間.以得到較小之掏空體積3. 採一般之延遲時間,第一段較小壓力,然後在加大4. 採用較低之料溫5. 採用較低模溫以上均利用凝固層厚度來判定穿透長度氣體在射出成型之控制與方法 採用氣體輔助射出，除了對原射出成型觀念要好之外，並須配合氣體之流動觀念，所以必須在人員的觀念方面加以訓練。而對以下幾方面加以說明：一 如何得到最佳的計量? 1 採用較低之背壓，較慢之轉速。 2 注意進氣位量及壓力控制，防止氣體進入料管內。 3 射出採用位置控制並注意射出時間配合 4 除非必要儘可能不採保壓動作或僅極短時間而低保 壓。 5 料管上閥注意是否磨損 6 料管之溫溫度準確度二 如何得到較佳之排氣方法(氣體位量被堵塞) 1 防止在進氣位置上產生亂流 2 在保壓階段過量之塑料進入內而大達到氣部位 3 在計量時背壓力量太大致塑料在螺桿旋轉時被壓入 模具內進入氣位置 4 機器設備之管路存在背壓問題三 如何保持氣針部位較好的外觀 1 採多段壓力變低而第一段可採可推動的較低壓力 2 若該部位易被氣體流而變形則射出速度採用較慢 讓該部位凝固 3 在不影響外觀情形下採用較長之delay time四 延滯線之控制 發生延滯線之原因係因射出成型之速度停止而氣 體進入推動速度未跟上所致所以在控制上則必須 1 堆高速射出時則必須採較短之delay time及較高 之氣體壓力 2 堆高速射出時則必須採較長之delay time及較高 之氣體壓力 3 堆高速射出時則必須採較短之delay time及較低 之氣體壓力氣爆解決途徑一 氣爆之問題大部份發生在較粗件之成品上而發生 的原因有三：1. 為進氣口被堵塞2. 因氣體殘留表面層建立不足3. 排氣不良二 解決途徑(一) 進氣口堵塞：（前已敘述） (二) 殘留壓力：由於成品內之壓力必須排至大氣壓力 但因管路、阻力等原因造成中空部位無法達成 大氣壓力，故在較短時間內未完全建立凝固表面 時，則會產生氣爆問題，故必須設法排氣。 會排氣不良：1. 排氣時間不足 2. 排氣與成型機之間設定不良 3. 氣體堵塞 表面氣痕問題如何解決?1. 氣道之厚比耀愈小時，愈不明顯。2. 提高模具溫度時效果較好。3. 在較 處可解決此問題。4. 咬花愈細時愈明顯。5. 氣道厚採漸進分散可改善。 採用氣輔助射出有那些優點?1. 解決表面縮水問題。2. 解決翹曲變形問題。3. 增加產品之剛性。4. 增加塑膠流動之助流。5. 降低射出壓力（減少毛邊產生）。6. 縮短成型時間。7. 簡化模具結構。一、解決表面縮水問題 由於傳統之成型在一定肉厚比約1/2-1/3時，則縮水情 形可在射出條件上克服或以表面咬花克服，但當肉比超過 或在流動末端時(成型之保壓壓力無法到達該處)。或表面不 做咬花處理時，則縮水現象十分明顯。而氣體輔助則是利 用氣體直接由成品內部往外撐，以達保壓作用。*1. 壓力直接作用在rib上，無壓力降問題。2. 壓力由內往外撐，則厚肉部位往內縮。3. 掏空部位之熱量較實心部位來得低。二、解決翹曲變形問題： 傳統之成型是利用壓力傳達方式，是由進澆口到流動末端，故進膠部位之壓力最大而漸減至末端，故造成壓力分布極不平均，而亦因壓力問題造成各部位之密度縮收不均，因此產生翹曲變形，所以模穴之壓力降為最大原因。 採用氣體輔助射出成型係利用充塡末端以氣體壓 推動塑料(氣體壓力射出壓力)，所以整體 之壓力較小，亦較平衡，加上該部位之結構 強度較大，故變形情況可輕易獲得解決。三、增加產品之結構剛性： 由於傳統之塑膠產品結構係受肉厚比限制，以致 成品之強度僅以較小RIB來加強整體強度， 所以強度較差而且模具加工不易，而氣體輔 助成型則可改善肉厚比問題，進剛採用大 RIB，以得到極大強度，而且模具之加工容 易。四、增加塑膠之助流： 傳統之塑膠成型由於利用肉厚平均方式來設計 成品，所以在較薄之肉厚裡，其流動性相對 亦較差，當成品上加上較粗之氣道，則對整 體流動增加許多但也有一些缺點產生，待後 續。五、降低射出成型壓力： 射出成型從射出開始到終了，然後加上成型保壓動作而完成充塡動作，所以壓力極大，但氣體輔助成型是在充塡了之前改以氣體來推動，從塑膠內部保壓，故整個射出壓力大幅降低。六、縮短成型時間： 針對較厚或較易變形之成品，大部份會以較長時間來改善品質，但氣體輔助成型掏空肉厚降低熱量及降低殘留應力，故在正常的狀況下(未強制冷卻)，則可大幅降低成型時間。七、簡化模具結構 傳統之射出成型因表面縮水問題，故射計上必須採肉厚平均，RIB在1/2-1/3T範圍，所以基於上述問題，模具結構須受形狀限制而設計成斜銷或滑塊方式，以獲得較佳之產品，但氣體輔助設備則可改善這些情形，因此設計上不必受到上述之限制，而將模具之斜銷，滑塊簡化，同時可大幅提高設計自由度。氣體輔助射出成型相對亦有下列缺點：一、 成型穩定度必須提高。二、 氣道之設計性更重要。三、 表面外觀氣痕問題。四、 多模穴之充塡平衡問題。五、 轉角效應問題。六、 氣針氣密度問題。一、 成型穩定性提高：氣體之流動速度極快，所以在進澆氣之時間或位置上須十分精確，故對成型機上之計量穩定度要求較高，如此方可得到較穩定之品質。(料量太多中空不足)(料量太少成品吹穿)二、 氣道設計之重要性：成品上加上氣道後，將導致整個塑料流動方向產生變化，欲得到較佳之流動方向，可借助CAE分析而得到，如此包封、中空不足、氣體吹穿、回流、橫向滲透.等問題便可解決。三、 成品表面氣痕問題：由於氣道部位之肉厚較厚，所以該部位之熱量較高，與基本肉厚比起來，兩者差益極大，而且該部位之凝固層亦較厚，故造成氣道部位氣痕產生。四、 多模穴之充塡平衡問題：在多模穴之充過程中，各穴之充塡平衡極為重要，如有不平衡時則會造成吹穿或中空不足問題產生。五、 氣針之氣密問題：裝置氣針時，必須利用O RING做氣密，如裝置不良時，則會造成漏氣，使得壓力無法完全進入成品內部推動塑料及做保壓動作，造成產品品質不良。六、 轉角效應：轉角效應之問題在粗厚件十分明顯，而薄件則不會明顯看出，而且影響較小，轉角效應會影