模具表面改質技術介紹(繁體).doc

模具表面改質技術介紹技術源由 本技術源自航太科技對金屬材料的嚴苛要求，一般合金已無法滿足航太材料需求，故50年代歐美各國相繼研發陶瓷複合鍍膜，也確實透過陶瓷複合鍍膜的提升，使金屬材料的特性向上提升至一個更趨完美的境界。 日本於70年代開始將陶瓷複合鍍膜技術運用於傳統產業的模具製造，有效減少模具的腐蝕，延長模具壽命，對成形條件也產生些許的提升。直到90年代歐美各研究單位挾成熟奈米技術之優勢，將奈米陶瓷顆粒引入陶瓷複合鍍膜中。並大量使用於航太材料、傳產元件及模具表面處理。重新在這領域上取得重要的大幅領先。 本公司於2000年初自德國取得材料及初級技術，經過多年的改良修正終將此一技術導入射出模具的表面改質。直接將注塑模具的充膠模仁表面奈米化，使其具有奈米特性。使膠料於模仁內的模流狀態改變，達到低溫、低壓射出，成品縮水減少、品質提升及產能提升的多重功效。模具改質後的效益評估 模具經過改質後，由於模流阻力減小，膠料流動方式產生變化。注塑條件必須做適當調整方能將效益提升至最高。注塑條件調整的原理闡述如下: 料管溫度: 料管溫度的定義是樹脂可流動(TG2)，色母(粉)能融合的最低溫度。由於模具結構的複雜使得操作者不得不提高料管溫度以提升塑料的流動性，熔膠溫度提高後塑料結晶被進一步破壞，即使成品冷卻結晶重組也必然包藏大量應力，使成品縮水、翹曲、變形。模具經過改質後，模流阻力變小，塑料的流動性提高。原本用來提升塑料的流動性的料管溫度可以適度降低，大大釋放成品的應力，使成品的不良率得以降低。 射出壓力:射出壓力的作用是使膠料充滿模穴再透過保壓使成品在冷卻過程不縮水。模穴內鋼材因遍佈微孔因此具有沾粘性，流動狀態的膠料前鋒受模穴內鋼材沾粘拉扯致提前結晶並使流速變緩，操作者為求確實充滿模穴一般都是將射出壓力進一步提高，如此一來進膠口的殘壓應力變的很大，嚴重者還可以在進膠口處看到可目視的壓力集中印痕。經過改質後模穴內由於奈米陶瓷的平均分佈，使模穴表面產生荷葉效應而出現抗沾性，由於模穴內的抗沾性使熔融膠料很輕易的流到模穴末端，再透過適當的射壓推進，模穴內就充滿膠料。運用奈米特性操作者可大幅降低射出壓力達到低壓射出的目的，且成品受壓平均變形量可大幅縮小。 PS:低壓射出是目前日本射出業界疾力推行的一項技術指標，其原理是透過模流分析計算出進膠口的位置及流道截面積 ，再輔以適當的模溫(分點控制)使射出壓力降低 ，藉以達到降低成品變形應力的需求。 射出速度:奈米物質的特性不外乎低摩擦低沾粘，這兩項特性使熔融塑料進入模穴後，在很小的阻力下快速前進，因此操作者可設定比未處理前更小之射速，或是藉由此特性之運用減少進膠口之數量以避免會膠線產生。 射出時間:模流阻力減少後，膠料在模穴內前進的速度必然增加，充膠時間也可適量縮短。 保壓時間:保壓的作用是用來克服成品縮水，時間長短視進膠口附近殘壓剩餘量而定，越是困難成形的工件射出壓力越大，進膠口殘壓也越大，保壓時間也必須相對延長。模具經過改質處理後，射出壓力得以降低，且成品應力分佈平均，保壓時間也必然能減少。 頂針頂出:一般模具多裝有頂針幫助成品從模穴內取出，後模結構複雜或是出模角度不夠的成品，多會造成頂出上的困難甚至頂白產生。頂白產生後操作者一般會降低末段射壓或是放慢頂出速度來簡因應，降低末段射壓可能會引起成品表面縮水，放慢頂出速度更是業者所不樂見。模具經過改質處理後由於射壓平均，模具沾粘性及摩擦系數遠小於傳統模具，因此很輕易就能以正常速度就將成品頂出，而且脫模劑的使用量也可大幅減少。 絞牙:一般設計有內牙的成品都裝有旋牙結構，模穴射滿後成品會緊縮於牙體上，若冷卻過與不及都會造成塑膠牙面的損壞，且牙體上常會因排氣不良造成製品偏牙縮水，影響製品品質甚鉅。模具經過改質處理後由於沾粘指數低，可以在成品未進一步縮水之前使絞牙程序以極低的壓力啟動，不會造成塑膠牙面的損壞，其高速模流可使製品偏牙縮水情況獲得有效的改善。總體製程效益分析 產能提升:料管溫度降低、射出壓力降低、射出速度降低、射料時間減少、保壓時間減少、冷卻時間減少、頂出時間減少。以上都是奈米模具所表現出來的優越性能，善用以上優越性能將為使用者帶來產能提升、機台損壞減少、模具損壞減少、電能節省等致勝關鍵性優勢。目前測試模具中常有數拾百分比的提升數據被測出。 品質良率提升: 奈米模具擁有高速模流，故射出方式採低壓射出，成品縮水、翹曲、缺膠短射、頂白、會膠不良等情況會得到大幅改善。 製品外觀性能提升:一般噴砂、放電、蝕刻、雕刻等模面，由於模具沾粘及排氣問題，都無法使成品將紋路的特性原樣重現，甚至冷模與熱模所呈現的紋路也不同。奈米模具的高流動性能將模具模底紋路原樣印出，即使在冷模情況下所生產的成品也無太大差異。成品的外觀性在改質前與改質後所表現出來的質感有很大程度的不同。結論 21世紀的塑膠射出業，必須兼顧產能與品質。如何能兩者兼顧，一直是業界長久以來的頭痛問題。 從模具的鋼材去改良:從最早的鐵模發展到鋼模，甚至最近開發出各種合金鋼材。以上的材料及加工成本相差甚鉅，廠商選用的理由不外提升產能、提升品質良率、延長模具壽命。 從模具的結構去改良:透過模流分析後許多從前所未知的進膠理論被開發出來。膠道排列、進膠位置、會膠結合、冷膠藏匿、結晶縮水、應力釋出、出模應力等都可先期透過計算以合理的設計因應。考慮到以上所有因素再設計出的模具其開模費用可能高的嚇人，廠商選用的理由不外提升產能、提升品質良率、延長模具壽命。 從射出主機來提升:最近十數年來氮氣增速系統、全伺服迴路、電動伺服射出機投產入市後又有幾樣新的注塑技術被引用。增速射出及射出壓縮是最典型的技術表現。但是替換機台的發費也相當可觀。 用周邊輔機來提升:模具結構及射出主機都提升後尚有不足，業者會選用周邊輔機來因應。其中以冰水機及模溫機是最常被使用的周邊輔機。從先期的異溫成形，最近又從德國引進脈衝溫控觀念最為電子大廠所青睞。溫度是改善變形的工具，但是誤用更可能包藏大量應力於成品內部。日本目前所推介的低壓射出就是已經發覺過度使用溫度變化所生產的成品，在應力被釋放出時對產品所造成的危害。 從塑化原料來提升:近幾年來各塑化大廠無不投入大量人力物力以研發特性更好流動性更佳的塑化原料，但是研發的成果也都只有小幅度的改善，還沒有看到強有力產品流通於市面上。總結以上業者為提升產能、提升品質良率所做的努力，幫助塑膠工業一步一步的成長。本公司基於縮小國內業界與國外廠家在技術上的落差，遂引進此一關鍵性技術，本技術的核心理論是運用奈米特性使模具表