射出成型的技术.ppt

目錄 射出成型工藝工程 成型條件的選擇與控制 射出成形之特性要因圖 成品不良原因調整參考表 射出成形原理探討 充填3階段 保持壓力與保持時間 模溫與冷卻 制程參數設定要領 材料的烘干與模溫設定 射出成形制程參數設定參考表 計量與可塑化 充填工程參數的設定 射出成型工藝工1 在設計一個產品時 首先要分析所選材料的機械特性與產品的要求是否相符是非常重要的 塑料與金屬材料相比機械性質弱 因此有必要對準備設計的產品之強度 結構 抗衝擊特性 使用環境 濕度 溫度 紫外線等 作一定義 並在選擇材料時予以留意 塑料的機械特性可概括為抗衝擊強度 剛度 韌性 拉伸強度及變曲強度 應力一變形 曲線疲勞特性等幾個方向 一般來說 熱可塑性塑膠為粘彈性體材料 施加應力時發生彈性變形和縮性變形 並且應力與變形率的關系隨溫度呈不同的比值關系 如溫度上升時抗拉強度及抗彎強度降低 相反 若增加變變形率的速度 則抗拉強度及抗彎強度呈增加趨勢 2 在了解塑料特性選擇后依產品計算投影面積以便選擇出成型機噸數大小 如何計算合模壓力 TON 換算方式 投影面積X模內平均壓力X 1 安全系數 X10 3Acm2XPMX 1 X10 3 安全系數0 1 0 2PM 模內平均壓力值PS PP PE參考值250 300ABS SAN PA POM參考值300 400PC PMMA PPO PVC參考值400 600 有了以上條件 可選擇出適合的機台 材料來成型出一個良好的產品 3 一般塑料性質與成型作業之關系如下 A PS AS ABS稱苯乙烯料 為一般普通料 這些較易成型 唯ABS常用於鍍金品 要鍍金的產品注意事項如下 1 熔膠管溫宜高ABS約2200C 2500C 2 射出速度宜慢 用二次加壓法 射出壓力宜低3 不可用離模劑4 不可有收縮下陷及熔接線之流痕 成品表面不可有創痕B PC料此料熔融粘度高 射出壓力大 管內溫度過高或滯久時 易起熱分解 變色及減低物性 須注意模溫以850C 1200C為準 成品厚的在模溫低時 不只不易成型 殘留應力增加 是后日易破裂之因 為避免裂開 宜用粉未狀的矽利康作離模劑 勿用液狀離模劑 C 亞克力料 此料是強韌的 料流不良 且盡在低溫成型的 所以螺桿設計宜加強壓縮率 因此儲料壓力大 盡量縮小桿徑 輕轉力又可強壓射出力 逢品質光滑平面度 宜用慢轉法 使昇不起管內溫度 模子加大澆道 射嘴孔加大 設計模子時 須加開一兩處空間 讓已受冷卻的料先達到空間儲存 讓好的熔料成型 是一種技術性加工成型的高尚品 操作時須闢凈室隔離灰塵 漏斗宜清潔 取模輕巧 帶白手套等保持干凈 成型條件的選擇與控制1 射出成形之特性要因圖 廠商 著色方法 干燥狀態 各單位量之物性不均 等級 脫模性 取出后有無變形 設計上之限制 偏厚比例 要求精度 最大厚度 最小厚度 材質精度 標準化程度 凹槽程度 形狀尺寸 成形材料 再生材混入比例冷卻水溫度安定性 種類 塵埃量 電源電壓安定性 自動化設備 有無空調 工廠環境 頂模銷配置 材質 凹槽處理機構 模具 氣候 書夜溫度差 冷卻水量安定性 照明亮度 制造年份 可塑化能力 最大合模力 最高射出壓力 射出力 模開閉速度逆止環有無摩耗 冷卻孔設計 硬度 流道系統和澆口尺寸 陰模數和配置 離模線形狀 背壓 合模力 程式控制模式 螺桿缸套設定溫度 射出速度 射出壓力 保壓壓力 螺桿迴轉數 面板定時器之設定 模具溫度設定 射出成形機 成形條件 成形品品質成本 成形品設計 形式 最大射出量 廠商 螺桿選定 射出成形原理探討1 充填3階段熔融的塑膠從開始被射出到不再進入模腔入模腔為止的充填 可以分成3個階段來描述 1 射出相 injectionphase 定義 熔融的塑膠被快速射入模腔 剛好到達最遠端為止的階段 變化 在這一階段 塑流所受的阻力一般而言尚不太高 所以模腔內壓 cavitypressure 上昇緩慢而有限 密度也因受到壓縮不多而提高不大 進入模腔的料溫降低取決於模溫及射速 影響 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 2 壓縮相 compressionphase 定義 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砓 變化 模腔內壓因塑膠的被壓縮而快速上升 料溫的下降取決於模溫和壓縮時間 影響 成形品的輪廓外形在這一階段決定 惟因壓縮過度發生毛邊或損壞模具的機會甚大 3 保持相 holdingphase 定義 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當及補料之階段 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 postcooling 內壓因 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 模溫為最主要的因素 影響 成形品的寸法 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影響2 保持壓力與保持時間保持壓力對成形的影響 可就切換時機 壓力大小及保持時間三方面來探討 1 太早切換 可能形成短射 凹陷 尺寸大小不足或表面轉寫不良 2 太遲切換 過度飽和或因內壓上升太高而出現毛邊 損壞模具等 3 壓力太大 與太遲切換一樣效果 4 壓力太小 因熔膠逆流使內壓下降 可能形成凹陷 尺寸不足以及表面轉寫不良等 5 時間不足 澆口尚未封住 熔膠逆流內壓下降速度加快 近澆口側會凹陷或尺寸不足 6 時間太長 澆口已封住 繼續保壓形成無效 又在保持階段 內壓會隨著塑膠的逐漸冷卻而漸漸下降 所以保持壓力也必需配合逐步降低 否則近澆口側也會有過飽和及殘留較高應力的現象 嚴重的將出現毛邊 白化 龜裂 尺寸太大以及翹曲變形等等問題 3 模溫與冷卻1 模溫模溫是影響成形品質及周期最重要的因素 低模溫雖然可以縮短冷卻時間 但容易發生下列各種狀況 1 熔膠在流動充填中 溫度降低太快而使流阻增加 外觀容易發生不良 失去光澤或更容易出現流痕 波紋及接合線明顯等 2 流動中的熔膠提早結晶或硬化 形成短射或輪廓形狀不良 也造成較大充填應力的殘留 3 因流阻的增加而使內壓急劇上升 容易出現毛邊或損壞模具 4 在壓縮或保持階段 因壓力損失較大 使得壓力不易傳達至末端 讓末端側容易發生尺寸不足或凹陷等 5 在保壓的冷卻階段 因塑膠溫度已較低 配向的分子鏈無法較充分鬆弛即凝固 使成形品結晶度 對結晶性材料而言 比正常還低或形成收縮較不完全的分子結構 成形品日後容易發生後收縮 after shrinkage 尺寸變化翹曲變形或甚至龜裂 6 模溫低的成形品 因充填應力的較大殘留以及結晶度較低或收縮不夠充分 耐熱及強度都會明顯較為不足 而太高的模溫則不僅增加冷卻時間 也較容易發生毛邊和厚肉部與近澆口側的凹陷 2 冷卻成形品的冷卻在保壓階段 高溫的塑膠不再大量進入模腔就已開駘 保壓結束 澆口雖然已凝固 但成品的內層仍然尚處高溫 所以必需繼續維持一段後冷卻 aftercooling 的時間 使成品硬化到足以承受頂出 挾取而不變形為止 正確的冷卻觀念 是以有適當的較高模溫下 加強冷卻效能 包含模具的正確冷卻設計 水管安裝和足夠的冷媒供應系統 不可以低模溫來減少冷卻時間 冷卻時間 熔融的塑料在模腔內 自保壓階段開始已經慢慢冷卻 而在保壓結束後通常仍需繼續冷卻到成形品被頂出或夾取不會變形為止 前者稱為前冷卻 Postcooling 後者則稱為後冷卻 理論冷卻時間 前冷卻時間 後冷卻時間 理論冷卻時間 S 1 2S 肉厚在4mm以下 模溫在60 以下時 冷卻時間可以上述公式簡單計算 成型參數設定要領 1 射出成形制程參數設定參考表 2 計量與可塑化要正確的成形加工 塑料的均勻熔融 穩定的熔融溫度以及穩定的計量是絕對必要的 要達到這個目的 優秀且適合的螺桿 screw 良好的控制系統 溫度 驅動及程控 以及正確的制程參數通常是必需被考慮的在制程參數的設定方面 包含了料管 cylinder 的溫度 螺桿的轉速 背壓 back pressure 以及鬆退 suckback 等之設定 在螺桿旋轉進料的同時 塑料也被加以攪拌因此盡可能讓計量進料所用時間較長 在開模前結束 是基本的原則 為了避免塑料在料管里滯留過久 熱安定性不好的塑料可能變色或熱分解 有時延遲進料 尤其是需要冷卻時間較久的成形 是要被考慮的 1 螺桿轉速 screwrevolution 轉速快雖然進料速度較快 但熔融均勻性差 混鍊度 且產生較大切斷力 shearstress 容易使塑料熱分解或使含纖塑料斷纖 2 背壓 backpressure 背壓低進料速度較快 當然混纖度會較差 而且因螺杆退得快 會使計量不準確及捲進較多空氣 使得成品尺寸不安定及外觀容易出現銀條 silverstreak 背壓太高則使得進料不易及產生較高的切斷熱 塑料易於過熱 一般背壓是以5kg cm2 15kg cm2為宜 由於螺杆的有效長度因進料後退而漸短 所以螺杆轉速由高漸低並配合背壓由低漸高可獲得溫度均勻性的提高 惟在計量結束前 兩者都須降低 以避免過度計量 3 鬆退 decompression 在計量結束後的瞬間 螺杆適當抽退 無背壓 不旋轉 可以降低在螺桿前端塑料的壓力 熔融的塑料較不易由噴嘴 nozzle 滴漏 熱流 hot runner 系統的模具亦可在計量前進行鬆退 以避免對流道形成擠壓 4 料管溫度 料管溫度的設定係以使進料速度穩定及達到塑料充分熔融為目的 而這通常需配合塑料的粘度特性 耗用量及螺桿特性來決定 實務上可以轉速 計量時間及射出時間 一次壓時間 等的穩定性來衡量 不過並非易事 按螺桿的機械原理 料管溫度是由後向前由低漸高來設定 而其上升的梯度則與材料粘度的高低相反 亦即粘度低者梯度較大 不過在短周期或吃料量大的場合 也有逆梯度設定的 3 材料的烘乾與模溫設定 1 塑料的烘乾1 塑料通常必需烘乾到含水量0 07 以下 有些甚至需達0 02 以下 才適合成形加工 2 含水量太高的塑料成形時 成品外觀會了出現銀條狀的瑕疵 silver streak 甚至會因塑料在高溫發生水解而使材質劣化 如PC PBT PET等 2 成形的適當模溫1 模溫的高低會影響塑料在模腔內硬化的速度 太低會使充填較困難以及未適當的收縮 或再結晶 即行硬化 使得成形品有較多的充填和熱應力之殘留 太高則容易出毛邊 flash 及需要較長的冷卻時間 2 高模溫的效果 a 增加結晶度及較均勻的結構 b 成形收縮較充分 後收縮 aftershrinkage 會較少 c 減少內應力的殘留 分子配向及變形 d 減少充填時的流動抵抗 外觀較具光澤及良好 e 增加出現毛邊的機會 f 增加近澆口及較厚部位的凹陷 sinkmarks 的可能 4 充填工程參數的設定 充填工程的參數包含射出壓力 保持壓力 保持時間 射出速度 行程以及各參數的切換位置而基本的設定原則則在於如何可使壓力損失最少的前提下 能夠兼顧外觀和尺寸 1 射出壓力為了確保螺桿的推進能克服流路阻抗 使充填速度接近所設定的 射出壓力必需足夠 一般在試模初始可先設定較高 待