射出成型原理

1、射出成型原理射出成型過程概述充填保壓頂出冷卻充填過程原理Backtime流率壓力 螺桿前進，迫使塑料進入模穴。螺桿前進，迫使塑料進入模穴。 塑料在模穴進行充填過程中，其射出壓力隨著塑料在模穴進行充填過程中，其射出壓力隨著 成型過程增加。成型過程增加。 此一過程稱為流率控度階段。此一過程稱為流率控度階段。充填過程說明充填基本流動方式 充填基本流動方式 圓管流動 平板流動 徑向流動圓管流動 Tube Flow 平板間流動Flow between Plates 針點進澆徑向(輻射型)流動Radial Flow熔膠波前 Melt Front熔膠波前 Melt Front充填基本流動模式 充填基本流動模

2、式 壓力差為主要動力 塑料流動趨勢 往阻力小區域流動 單位時間內流動距 離大，表阻力小 單位時間內流動距 離小，表阻力大厚度分布 Thickness Distribution流動阻力較大區域，流動波前等位線較為密集流動阻力較小區域，流動波前等位線較為稀疏影響壓力差主要因素 影響壓力差主要因素 產品厚度分佈 幾合形狀 流道設計 塑料特性 加工成型參數 厚度對壓力差之探討厚度分布Thickness Distribution流動阻力較小區域 流動阻力較大區域縫合線Welding Line 厚度對壓力差之探討 厚度厚，壓力差較小 厚度薄，壓力差較大 會有黏滯加熱現象產生，造成 溫度上昇，黏度下降 流動

3、行為實為流動和熱傳競爭熱傳較差熱傳較佳速度分布 剪切率分布速度分布剪切率分布成型參數對壓力差之探討 成型參數對壓力差之探討 充填速度 高速充填，其行為往往取決於充填體積大小 慢速充填，其行為往往取決於產品厚度 模具溫度 塑料溫度高速充填高速充填慢速充填慢速充填噴泉流動 噴泉流動 縫合線 影響外觀，應力集中遠離流動波前之速度分布,全展流，以剪切流動為主噴泉流動區域流動波前固化層冷卻水管接觸面高分子鏈互相平行熔接線流動前未被配向的高分子鏈unoriented molecular chainbefore flow流動後被配向的高分子鏈oriented molecular chainafter flo

4、w速度分布velocityprofile剪切率分布shear rateprofile分子鏈配向性molecular chain orientation配向性遞減decrease in orientation分子鏈配向性 分子鏈配向性 影響產品線性收縮行為 平行流動方向，收縮率較大 垂直流動方向，收縮率較小 對加玻纖塑務料影響更大局部流場local flow field分子鏈局部受力情形forces acting onmolecular chainmolecular chainorientation配向情形速度梯度較低lower velocitygradient速度梯度較高higher velo

5、citygradient速度差造成配向說明速度差造成配向說明遲滯效應 遲滯效應 因厚度差，而造成流動趨勢不一現象 厚度薄，阻力增加，造成塑料冷卻，先到先冷卻 厚度差異大，造成流動趨勢改變 遲滯現象hesitation可能產生之內部縫合線包風 包風 由於塑料流動行為導致空氣無法排出 此一現象，可能造成塑料被絕熱壓縮，造成溫度上升，導致塑料劣化 變更流動趨勢，以改善此一問題 加裝頂出設計，增加排氣效果 加裝透氣金屬，改善問題 Moldex模流軟體中，假設塑料流 動未端均有良有排氣設計，因而 無法顯示因包封造成塑料劣化包封位置包封位置air-trap流動平衡 流動平衡 具流動平衡設計模具，一般而言可

6、具較均一品質 在多模穴設計中，可使各模穴產品品質均一 在單模穴中可減少產品局部過度充填現象，避免撐模及毛邊現象產生不平衡之澆道系統不平衡之澆道系統過度保壓的模穴可能發生充填不飽的模穴不平衡之澆道系統不平衡之澆道系統由於遲現象造成充填不飽的模穴最佳化成型時間 射出時間和壓力關係圖1 12 23 3時間時間壓壓力力區域區域1 1：粘滯流動控制區：粘滯流動控制區區域區域3 3：熱傳流動控制區：熱傳流動控制區區域區域2 2：最佳成型控制區：最佳成型控制區保壓過程原理Backtime流率壓力 更多塑料進入模穴以防止產品收縮變形。更多塑料進入模穴以防止產品收縮變形。 此一階段稱為壓力控制階段。此一階段稱為

7、壓力控制階段。保壓過程說明保壓過程壓力探討 保壓過程壓力探討 tf=充填開始 tf1=充填結束 tp=保壓結束 td=澆口封口 te=開模頂出Pm PnPgPcPm壓力時間Pntftf1tptdtePgPc保壓時間對模穴壓力探討 保壓時間對模穴壓力探討模穴壓力模穴壓力時間時間短保壓時間長保壓時間保壓過程流動探討 保壓過程流動探討 防止收縮變形 降低收縮差 殘留應力產生保壓流動將沿局部阻力較小路徑前進並向兩側傳遞壓力熔膠溫度對模穴壓力探討 熔膠溫度對模穴壓力探討 高溫下，保壓壓力較易傳達模穴壓力模穴壓力時間時間高融膠溫度低融膠溫度模具溫度對模穴壓力探討 模具溫度對模穴壓力探討 高溫下，保壓壓力較

8、易傳達模穴壓力模穴壓力時間時間高模溫低模溫塑料種類對模穴壓力探討 塑料種類對模穴壓力探討 結晶性塑料比容較非晶性塑料大，模穴壓力曲線較低模穴壓力模穴壓力時間時間非晶性塑料結晶性塑料冷卻階段Back時間流率壓力 在此一階段塑料不再充填，產品開始冷卻固化。在此一階段塑料不再充填，產品開始冷卻固化。 螺桿儲料以進行下一週期成型準備。螺桿儲料以進行下一週期成型準備。 冷卻過程說明當產品固化到足以頂出強度時，射出成型機台之頂出單元便行頂出。當產品固化到足以頂出強度時，射出成型機台之頂出單元便行頂出。頂出後便進行閉模動作，為下一週期準備。頂出後便進行閉模動作，為下一週期準備。頂出階段說明塑件冷卻過程 塑件

9、冷卻過程熱傳導熱傳導熱對流模具本體模具本體冷卻水管冷卻水管模穴(塑件)模穴(塑件)Mold BaseCooling LinesHeat ConductionHeat ConvectionHeat ConductionCavity(Part)模溫週期變化 模溫週期變化 合模時間 充填時間 保壓時間 冷卻時間 (佔成型週期最長) 脫模時間 (熱變形溫度下頂出)2035最高模溫最低模溫平均模溫模溫模溫時間時間射出開模成型週期影響冷卻速率因素 塑件厚度設計 約和厚度成平方比 冷卻方式 模材選擇 冷卻管配置 冷卻液性質 冷卻液流速 塑料種類 加工參數2htc冷卻時間粗估 平板型塑件 圓型塑件LWhwew

10、mcTTTTht4ln22Ld=2RwewmcTTTTRt6023. 1ln173. 02Tm = 冷卻初塑料溫度Tw = 模具溫度Te = 塑料頂出溫度冷卻分析目的 冷卻分析目的 預估冷卻時間及成型週期長短 冷卻系統設計的最佳化 使塑件各部的冷卻效果均勻而有效率 因冷卻不均造成塑件的翹曲變形冷卻分析所需物性資料 塑膠材料熱物性質 密度(density) 比熱(specific heat)或熱容量(heat capacity) 熱傳導係數(thermal conductivity) 冷卻液性質 黏度(viscosity), 密度,g/cc 比熱,erg/g-K，熱傳導係數,erg/sec-cm

11、2-K 模材熱物性質 密度,g/cc，熱傳導係數 ,erg/sec- cm2 -KBack冷卻水管參數的設定 冷卻液流量的設定應該儘可能達到紊流(turbulent flow)狀態,使熱傳效果較佳 雷諾數(Reynolds Number)Re 4QD 管徑D,cm冷卻液密度及黏度 =冷卻液流量= Q,cc/sec ,單位分別為g/cm3,poiseF雷諾數在4000以上為紊流,欲達良好的熱傳效果,應控制在10,000以上,如縮小管徑或提高流速Back冷卻液最小流量設定速見表水水管管直直徑徑D (mm)水水流流量量Q (cc/sec)油油流流量量Q (ss/sec)540115864184108

12、0230129627615120345201604602520057530240690QDDD2500823 for waterfor oilQ in cc/sec, D in mm常見塑料溫度設定P lasticsTm elt (oC )Tp ro c. (oC )Td eg r (oC )Tejec (oC )Tm o ld (oC )C rystallin e P o lym erP O M /A cetal181180-20022211060-120P E T225170-27032015080-140P E T -G F225260-31032015095-140P E T G225

13、190-2752806010-30P B T225220-28028812515-100P B T -G F225245-27028812565-110P A 6220230-26031013040-60P A 6-G F220270-29031013070-120P A 6/6265260-29031016040-80P A 6/6-G F265280-30031016070-120P A 6/6-C F265280-30531016090-120P A 6/1022725031013040-120P A 11/P A 12194/179210-25031013540-80P P S2903

14、00-36012040-150F E P /T eflo n275315508170150P E E K334360-400160-220L C P330400-430240-280S em icrystallin e P o lym erL D P E110170-2403358010-50L L D P E90170-2003358010-50M D P E125190-2603359010-70H D P E130200-28033510010-70P P176180-2803289020-65P P /G F176260-2803309050-80P P O /P P E120220-

15、32035012060-110P P O -G F120250-34535012080-110常見塑料溫度設定 PlasticsTmelt (oC)Tproc. (oC)Tdegr (oC)Tejec (oC)Tmold (oC)Amorphous PolymerPS100180-2803008010-70HIPS100-200170-2603008010-75SAN/AS115220-2702808040-90ABS190190-2802808025-120PMMA100170-2703005020-90CA170170-2352508040-80CAB140180-2152508050-8

16、0CAP190190-2302509050-80PC220260-32035013070-100PC-GF220300-330350130100-120PC/ABS220230-30035012050-100PC/PBT220250-28035012540-80PVC/Soft212170-1903008015-50PVC/Rigid212190-2153008020-60PUR/TPU160190-2208030-65PSU200310-400150100-170PES230330-380150110-160PAI300305-370200-230PEI215340-42565-175Pol

17、yester260230-26018040-100射出成型之收縮探討 射出成型之收縮探討 充填階段收縮 溫度壓力變化，引發的塑料比容跟密度發生變化 保壓階段收縮 受到保壓壓力及保壓時間影響 冷卻階段收縮 塑件重量保持固定，體積逐漸收縮使塑件密度提高 脫模至使用階段收縮 來源為加工過程中之流動殘餘應力及塑件脫模溫度與使用環境溫度差造成的熱應力成型過程中P-V-T變化探討壓力壓力時間時間模穴壓力融膠溫度溫度溫度12345678壓力及溫度變化壓力及溫度變化比容比容溫度溫度壓力增加壓力增加常壓12345678體積收縮室溫融膠溫度射壓保壓P-V-T P-V-T 變化變化塑件收縮理論 塑件收縮理論 定義體

18、積收縮率 假設X、Y、Z為均向收縮 線性收縮率為VLSS31CCCVVVVVVS1影響收縮因素(一) 塑料選擇 塑料顆粒及分子量均一，可降低收縮率。 非晶性塑料減少其流動配向的因素，結晶性塑料減少結晶度及穩定結晶條件，均可以降低塑件收縮率。 選擇吸水性較差塑料，或透過乾燥可減少收縮。吸水性塑料如PBT.Nylon 6/6在脫模後容易發生再吸水現象而使塑件尺寸發生膨脹現象。 融指數較低，流動性佳，易保壓，收縮率較低 塑料是否含填料(filler)或補強成分，收縮率較低影響收縮因素(二) 產品設計方面 塑件尺寸 肉厚分佈 厚度變化 補強肋效果不良的設計不良的設計肉厚突然變化(stepped transition)較佳的設計較佳的設計肉厚漸縮變化(tapered transition)最好的設計最好的設計肉厚逐漸變化(gradual transition)若情形允許，掏空(core out)肉厚較厚處，可減少冷卻時間及收縮翹曲問題容易產生內應力集中現象tdLL=3td影響收縮因素(三) 模具設計方面 澆口位置 澆口型式 流道系統 冷卻水管 加工精度 頂出系統影響收縮因素(四) 加工條件設定 壓力、時間 模