射出压缩成型於楔形板之研究

1、射出压缩成型於楔形板之研究    射出压缩成型於楔形板之研究 A Study of the Injection-Compression Molding of Wedge-Shape-Plate 林昆烨 刘士荣 长庚大学机械系 一, 英文摘要 The control capacity and flexibility of the injection compression molding technique(ICM) is significantly greater than that of conventional injection molding.

2、It thus has potential to produce parts with better dimensional control. This article is devoted to studying the technological application of ICM on the precision molding of wedge-shape plate. A modified injection molding incorporating a compression mechanism ,and a mold with moveable wall, are used

3、to investigate the effects of packing and compression on the quality of injection-compression-molded polystrene wedge-shape plate. The quality of molded parts is evaluated using shrinkage and warpage. It has been found that injection temperature is the most significant factor affecting the molding o

4、f wedge -shape plate . In addition ,the compression process was found to improve parts quality in shrinkage and warpage. Key words: ICM,warpage, wedge-shape plate 二, 中文摘要 楔形板外型之导光板,为能够让光源完全吸收,且完全反射出去,因此对於成品之收缩痕,尺寸精度,分子定向及翘曲等情形的要求水准都很高.目前利用传统射出成型方法制作导光板时,乃是利用较高的射速及模温 有鉴於以上利用传统射出成型方法制作导光板,所会产生的种种问题.本研

5、究将会分别利用传统射出成型方法与射出压缩成型方法,来加以分别探讨楔形板制程中,所会产生的问题(如残留应力,分子定向.等),并试著利用改变设计参数或是制程参数来减少及改善制程问题. 关键字:楔形板,射出压缩成型,田口方法 三, 简介 随著产业的发展,塑胶射出产品已由传统的民生用品,转型至3C产品,而在技术不断的提升与进步下,更将触角延伸至早期之射出成型,主要要求在於射出件的完整,为避免短射(short-shot),研究重点集中在充填阶段,然而随著成品精度之要求日高,射出件的品质要求除了射出件完整外,尺寸的精确性,分子定向 (molecular orientation),翘曲(warpage),凹

6、痕(sink marks)及光学性质等,均有严格要求,所以后充填的模温控制及保压机构更是影响品质的关键.射出压缩成型(injection compression molding),乃是在传统射出成型后充填过程,加入一压缩步骤而不再单靠融胶自浇口传输压力,而是由压缩缸自模壁全面施压,以提升密度,改善收缩,此一方式改善了收缩又不至於残留太多分子定向与内应力,故可同时兼顾此三方面. 射出压缩成型之流程: 射出压缩成型主要包含下列四个阶段 (1) 充填阶段:与传统射出成型相同 (2) 保压阶段:与传统射出成型相同,但其结束一般由封阻 (shut off)机构来中断融胶的流动,而非传统式直到浇口凝固为止

7、. (3) 压缩冷却阶段:乃是利用机械之加压机构对成品做直接全 面式之加压.事实上冷却阶段即已包含压缩,当压缩为固定行程时,再达到此行程后,压缩即告结束仅剩冷却. (4) 脱模:与传统射出成型相同. 传统射出件密度和收缩随著浇口距离远近而变化,而射出压缩成型因是全面性施压,故能提高密度与收缩均匀性,进而改善其翘曲程度. 射出压缩成型之优点: 射出压缩成型法与传统射出成型法相较,其具有下列优点,兹分述如下 (1)由於射出压缩成型之保压动作,是藉由压缩模壁来达到全面施压,故可适当降低传统保压压力,进而减低机器所需之锁模力. (2)在射出压缩成型过程中,因采用模壁全面压缩来取代部分的传统保压,故可减

8、少传统保压阶段所造成的分子定向效应. (3)在制作厚度差异较大之零件时(如透镜),射出压缩成型能有效降低因厚度不同而造成之收缩差. (4)在传统上,射出成型件其密度及收缩量,会随著浇口距离远近而有所变化,且会在垂直与平行流动方向有不同之收缩量.射出压缩成型能均匀提高密度,并减少与浇口距离远近及流向所引起之收缩差异. 四, 研究目的 虽然楔形板之成型,目前能以传统射出的方式加工完成,但由於需利用较高的射出速度,模具温度以及保压压力,如此一来反而会造成高残留应力,缝合线的产生,分子定向等问题.有鉴於此,本研究将分别利用传统射出成型方法与射出压缩成型方法,来加以分别探讨楔形板制程中,所会产生的问题(

9、如残留应力,分子定向等),并将分别使用单一参数实验,田口氏实验方法,针对各项加工参数对於成品品质所造成的影响程度,作一番比较与探讨,并试著利用改变设计参数或是制程参数来减少及改善制程问题,以期能够改善楔形板的产品成型精度,以及提供相关的技术资料给相关的产品应用. 五,实验介绍 本实验所使用之射出机为台中精机VS-80机型,最大锁模力为80吨.实验成品之理想尺寸为长100mm,宽80mm,厚端厚度1.36mm,薄端厚度0.86mm(几何形状如图一所示).实验使用之材料为PS,搭配田口氏实验方法,选择使用L18直交表,及采用七个控制因素(如图二之鱼骨图所示),而实验所使用之参数水准值表则如表一所示

10、.至於成品品质之探讨方向,则分别1为(1)成品理想厚度与实际厚度间之差异(2)成品之翘曲量(3)成品长边之收缩量(4)成品短边之收缩量. 在成品量测方面,对於成品之理想厚度与实际厚度间之差异值,量测方法乃为使用数位量表,量测成品上固定六点厚度(量测位置为成品末端算起每隔15mm取一点量测,如图三所示),再将此六点之值与理想尺寸做比较,即为理想厚度与实际厚度间之差值(如图四所示,总差值为d1+d2+d3+d4+d5+d6).而在成品翘曲量量测方面,则是将成品一端固定,使用数位量表量取另一端之最大翘曲量.至於成品长边收缩与短边收缩方面,则是使用数位游标卡尺,分别量测成品长边及短边之中心处尺寸,再分

11、别计算其收缩量. 另本实验亦探讨了射出压缩成型中,压缩步骤对於成品分子定向所造成之影响.成品分子定向之观察方法,主要是利用PP+30%GF作为射出之材料,分别针对不同压缩时间(0,5,10,15,20,25,30秒),与不同压缩压力(184,245,306,368,430,491Kpa)作探讨,於成品射出后取其中段一小部份作为试片,并经研磨抛光与镀金之后,置於扫描式由图六之品质特性回应图可得知,相较於其他制程参数,射胶温度,短射尺寸,冷却时间三项制程参数,对於成品之翘曲量影响最大. 成品长边之收缩量实验结果 如图七之品质特性回应图所示,对於成品长边之收缩量,影响较大之制程参数分别为射胶温度,短

12、射尺寸及射胶压力. 成品短边之收缩量实验结果 如图八之品质特性回应图所示,影响成品短边收缩量,最主要之制程参数主要为射胶温度,短射尺寸,模温等三项. 分子定向观察结果 (A) 不同压缩时间与分子定向之关系 如图九 图十一SEM表面观察照片所示(显微镜放大倍率为75倍,融胶流动方向为由下而上),经观察后可得知,当压缩时间增长之际,融胶内的纤维排列方向,会由原本毫无秩序的排列方式,渐渐的转变为趋於有秩序化的排列,也就是说当压缩时间增长时,经由外加应力的作用,会造成分子定向增加的效果,而此一现象并不是我们所乐见的,因为分子定向的增加,将会造成成品在高温之下的翘曲与变形,对於成品之品质有不良之影响.

13、(B) 不同压缩压力与分子定向之关系 由图十二 图十三SEM表面观察照片(显微镜放大倍率为75倍,融胶流动方向为由下而上),观察比较后可得知,压缩压力对於分子定向所造成的影响,与压缩时间对於分子定向所造成的影响有相同之趋势,也就是说压缩压力增大之际,对於成品分子定向所造成的影响也越大. 七,结论 经实验结果得知,射出压缩成型於楔形板之制程中,对於成品理想厚度与实际厚度间之差异值,成品翘曲量,成品长边之收缩量,成品短边之收缩量等品质评估项目,以射胶温度,短射尺寸,射胶压力以及冷却时间等制程影响较大.而其中又以成品理想厚度与实际厚度间之差异值,此项品质评估项目对於成品品质之影响最大,故若能适当的提

14、高射胶温度,增加短射尺寸及提升射胶压力,将有助於减小成品理想厚度与实际厚度间之差异值,增进成品之品质. 另外,对於压缩压力之施加方面,过长的压缩时间以及过大的压缩压力,将会对成品之分子定向造成不良的影响.故适当的选用压缩压力与压缩时间,乃是射出压缩成型制程中,不得不严加考量之重要课题. 八,参考文献 1. Tao C. Chang and Ernest Fasion ,"A Study of the Effects of Process Conditions on the Shrinkages of Plastic Parts in Injection Molding by the

15、Tauguchy Method", 2. S. Y.YANG and L. NIEN , "Effects of Cooling Time and Molding Temperature on Quality of Molding with Precision Contour",Advance in Polymer Technology,Vol. 15,No 4,p289-295(1996) 3. T. James Wang and C. K. Yoon,"Shrinkage and Warpage Analysis of Injection-Moldi

16、ng Parts",ANTEC 2000 4. S. Y.YANG and M. Z. KE, "Influence of Processing on Quality of Injection-Compression-Molding Disks",Polymer Engineering and Science,Vol. 35,No. 15,p1206-1212(1995) 5. S. Y.YANG and L. NIEN, "Experimental Study on Injection- Compression-Molding of Cylindric

17、al Parts", Advance in Polymer Technology,Vol. 15,No. 3,p205-213(1996) 6. S. Y.YANG and Y. C. CHEN, "Experimental Study of Injection- Charge Compression Molding of Thermoplastic", Advance in Polymer Technology,Vol. 17,No. 4,p353-360(1998) 7.林伟华,导光板成型技术-模具技术与相关周边设备介绍,塑胶资讯,No. 53(2001.4)

18、,p16-31 8.粘世智,杨申语,射出压缩成型於今密塑胶射出成型的应用, 塑胶资讯,No. 56(2001.7),p34-44 9. 粘世智,杨申语,射出压缩成型於精密塑胶射出成型的应用,塑胶资讯,No. 56(2001.7),pp34-44 10.冯文宏,楔形板件於精密射出与射出压缩成型之探讨,台湾大学机械工程研究所,硕士论文(2001) 11.林昆烨,射出压缩成型於楔形板之研究,长庚大学机械工程研究所(2002) 九,图表汇整 2表一 田口氏水准值参数表 水准值 控制因素 1 2 3 A-射胶温度() 220235 250 B-模具温度() 5060 70 C-短射尺寸(mm) 1819 20 D-射胶压力(Mpa) 105113 120 E-压缩压力(Mpa) 4053 67 F-冷却时间(sec) 1020 30 G-保压压力(Mpa) 98.8127 155 表二 PP+30%GF不同压缩时间加工参数表 表三 PP+30%GF不同压缩压力加工参数表 图一 成品几何尺寸图 图二 控制因素之鱼骨图 图三 成品厚度量测位置图 射胶压