保压与冷却系统

保压与冷却系统

:..保壓與冷卻系統引言:信任大家看過前面的充填的部分都知道,充填階段是射出成型最早的所的階段,而當模具內充填作業終了後的瞬間,已經射出的壓力會完全作用促使模具內的壓力急速下降,因此,必須立即改變壓力。

這就是我們所稱的保壓,並且需要維持一段時間,因此保壓的階段也算是塑膠加工一特别重要的階段。

諸如說:而我們可以保壓時間之長短、體積收縮率之分佈及預估鎖模力,防止產品過度充填、短射、以及收縮等不良狀況發生。

而在保壓過程的下一部的冷卻過程所需的時間是全部過程最多的,能否在冷卻過程中讓物件均勻收縮和快速冷的目標讓我們再配置冷卻水管路支配及冷卻水流量是否恰當,因為只要一設計不好時,马上造成體積收縮率分佈不平均,因而简单引起成型品的翹曲變形。

以下是對於射出成型主要的三個階段演變到現在的演變和發展比較:關鍵步驟重視傳統射出充填完全充填,無外觀瑕疵尺寸精度,內應力少精密射出後充填保壓+冷卻由表可知,雖然三階段各自所擔任的工作幾乎不一樣,但是從以前到現在的射出成型卻也顯現出偏重的差異,也顯示出現今一些比較新的讨论或是關鍵技術的開發已經逐漸在後充填系統的上發展。

:..簡介:是在塑料流於充填系統之後,於保壓系統過程時,以保壓壓力再填入更多的塑料,以補償將來脫膜後可能產生的收縮現象,而保壓過程是塑料注射成型一個重要階段﹐它直接關係到最終制件的內部結構﹑尺寸穩定性和變形等。

組成:流道、澆口形狀、尺寸前面有提到,保壓系統由流道和澆口所組成,其中澆口的形狀尺寸將決定於保壓時的進澆量和保壓時間進澆量和保壓時間澆口凝固,另外,澆口對於物件的成形性及內部應力也有很大的影響,固有此必要對澆口的設計作一個探討何謂澆口:澆口係連接模穴與澆道之位置,通常是模具中最細小的部分如下圖所示澆口的形式:依據成形品的形狀來決定適當形式﹐可分為「限制澆口」與「非限制澆口」兩大:..類。

限制澆口:是在澆道與模穴的進入口做成狹小部分﹐加工简单﹐易從澆道切斷成形品﹐可減少殘留應力﹐多個成形品一次成形之多數型穴之澆口简单均衡﹐模穴內塑料不易逆流﹐一般都採用此種形式。

形式有直接澆口、扇形澆口、膜狀澆口、點狀澆口及潛狀澆口等非限制澆口:系由豎澆道直接將塑料注入模穴的澆口﹐為其代表。

設計條件:0依設計需求選擇合適的位置1澆口不行太大以便简单將成型品與澆道系統分開2澆口需於模穴充滿完畢後快速凍結,如此可防止射料杆抽回後發生的回填,使模具中產生空穴3澆口尾料需切除簡單,最好可以自動化4可利用補料保壓的方式補償冷卻時可能產生的收縮現象5澆口形狀和尺寸:澆口截面越有利於流動及保壓補料,使塑件收縮率越低。

在一般加工條件之下,澆口截面積越大,有利於傳遞壓力,使模穴內壓及封口壓力較高,延長澆口封口時間,提高補料量,降低塑件收縮率。

因此將澆口截面積適當加大,有助於減少收縮。

影響:塑料流經澆道或澆口時,由於截面積甚小,所患病到的流動阻力甚大,因此大的壓降會消耗許多射出壓力,且塑料溫度也會因強烈黏滯加熱而明顯上升,因此過小的之澆口設:..計有可能造成過熱及塑料之熱破壞或裂解,而或進料少,使成品的尺寸收縮,但太大的話,又會使塑料因冷卻結果提早在澆口位置處凍結,使保壓無法长久,且不利澆道系統的剪除,也使成品的尺寸的尺寸膨脹。

保壓階段:持續施加壓力保壓壓力,,壓實融膠,增加塑料密度增密,以補償塑料之收縮行為。

保壓壓力可維持為原來射壓大小一次射壓,亦可以較原來射壓為高二次射壓。

在保壓過程中,由於模穴中已經填滿塑料,背壓較高。

在保壓壓實過程中,射出機螺桿僅能略微向前移動,因此塑料為慢速流動,稱作保壓流動。

保壓階段模穴壓力達到最高值。

保壓階段,塑料開始受模壁冷卻固化,密度增大而塑件逐漸成型。

保壓階段始终持續至澆口固化封口為止,如圖1所:..示。

圖1在保壓階段,由於壓力相當高。

在高壓下塑料呈現部份可壓縮特性,在壓力較高區域,塑料較為密實,密度較高;在壓力較低區域,塑料較為疏鬆,密度較低。

因此造成密度分布隨位置及時間發生變化。

保壓過程中塑料流速極低,流動不再起主導作用;壓力為影響保壓過程的主要因素。

保壓過程中塑料已經充滿模穴,並充作傳遞壓力介質。

模穴中壓力藉塑料傳遞至模壁表面,有撐開模具的趨勢。

此撐模力在正常情形下會微微將模具撐開,具有排氣作用;若撐模力過大,易造成成型品毛邊、溢料,甚至撐開模具。

因此射出機應選擇具備足夠鎖模力之機台,或是考慮採用多模穴模具減少投影面積,以防止撐模現象並能有效保壓。

在厚度方向,靠近模壁處之塑料首先遇冷固化,體積發生收縮,因此在澆口固化封口前,補償收縮的塑料會保壓壓力作用下向模壁處補充塑料。

在模穴內部方面:靠近冷卻水管區域或是局部低溫區域,塑料黏度較高,流:..動阻力較大。

保壓塑料不易流入補充,溫度持續下降,造成冷料區,保壓壓力不易傳遞。

在局部高溫區域,塑料局部黏度較低,流動阻力較低,熱塑料較易補充,使溫度維持在局部高溫。

這種因局部溫度差造成的流動阻力差異使保壓流動循特定的,阻力較小的路徑進行,並傳遞壓力的過程,是保壓流動的特色之一,稱作三角洲效應,如圖2所示。

圖2如了這現象,在保壓流動時還有一個現象稱為分層保壓現象,見下圖:..54321中心區域溫度較高,固化較慢,保壓程度較高冷卻慢,收縮量小保壓流動的準確描述:現況:可供应翹曲計算的起使條件未能考慮保壓末期,塑料逐漸寧固化造成分層保壓及三角洲效應未來發展:更準確的保壓數學模式發展固化模型。

在保壓過程中澆口區域黏度逐漸增加,逐步固化封口,使阻力隨之增加。

,使壓力傳遞較為完:..全,減少塑件體積收縮率。

,脫模不易;且简单使塑件殘餘應力過高,或發生毛邊及滲料問題。

。

一般而言,若流動阻力小,壓力損耗小,保壓較完全,澆口封口時間晚,補償收縮時問長,模穴壓力較高。

:保壓時間越短,模穴壓力降低越快,最終模穴壓力越低,如圖3所示::入口塑料溫度越高,澆口越不易封口,補料時問長,壓降小,因此模穴壓力較高,如圖4所:..示。

圖43〃模溫的影響:模壁溫度越高,與塑料溫度差小,溫度梯度小,冷卻速率較慢,塑料融膠傳遞壓力時間較長,壓力損失小,因此模穴壓力較高。

反之,模溫越低者,模穴壓力越低,如圖4所示。

圖4:..4〃塑料種類的影響:保壓及冷卻過程中,結晶性塑料比容變化較非晶性塑料大,模穴壓力曲線較低,如圖5所示。

:一般而言,若流道越長,壓降損耗大,模穴壓力越低。

澆口長度也是與模穴壓力成反比的關係,如圖6所示。

圖66〃流道及澆口尺寸的影響::..流道尺寸過小造成壓力損耗較大,將降低模穴壓力。

澆口尺寸增加,澆口壓力損耗小,使模穴壓力較高。

但若截面積超過某一臨界值,塑料通過澆口發生的黏滯加熱效應减弱,料溫降低,黏度提高,使壓力傳遞效果變差,因而反降低模穴壓力,如圖7所示。

圖7在脫模階段,塑料溫度及壓力降至接近常溫常壓,體積亦發生相對的收縮現象。

因此塑料的行為實是造成塑件收縮現象的根本因素。

隨塑料微觀結構不同,塑料表現之行為亦有異。

結晶性半結晶性塑料的比容,單位重量塑料的體積大小,是塑料密度的倒數,在定壓下會因熱膨脹而隨溫度增加;在定隨壓力增加而降低。

在熔點四周,塑料比容呈階躍式變化,如下圖所示。

:..非晶性塑料的比容,在定壓下亦因熱膨脹而隨溫度增加;在定溫下也會因壓縮效應隨壓力增加而降低。

但非晶性塑料無明顯熔點,僅有一熔化區域存在,比容變化是漸變而非階躍式變化。

一般而言結晶性塑料的收縮率較非晶性塑料為高,如結晶性為2%,%,如圖6-2所示。

以非晶性塑料在模穴中自高溫冷卻固化至常溫為例,其體積變化關係如下圖所示:玻璃轉折溫度,..非結晶型材料在升溫時產生之現象:材料軟化。

:材料如玻璃般堅硬及脆。

:..以非晶性塑料在模穴中自高溫冷卻固化至常溫為例,其體積變化關係如下圖所示:對上圖做一解說1:塑料開始填入模具,壓力逐漸上升。

1-2:模穴充填階段,模穴壓力逐漸增加至設定之射壓。

2:模穴充填結束,壓力切換至保壓壓力。

2-3:模穴保壓階段,模穴壓力上升至設定保壓壓力值。

3:模穴壓力達到最高值30-1左右。

3-4:保壓階段由壓縮切換至靜置段。

由於塑料部份回流,造成模穴背壓略微下降。

:..4:保壓靜置階段開始。

4-5:靜置階段,由於冷卻造成壓力下降。

固化層厚度逐漸增加,塑料繼續補償收縮造成比容降低。

5:澆口封口-,保壓靜置階段結束。

5-6:塑料繼續冷卻收縮,造成壓力下降。

6:模穴壓力降至常壓一大氣壓。

此時塑件體積與模穴體積相同。

塑件開始模內收縮。

6-7:定壓冷卻階段,塑件持續收縮。

7:開模及塑件脫模。

7-8:脫模後定壓冷卻。

8:最後達熱平衡之塑件。

塑料的關係指的是塑料在加工過程中,在某溫度壓力下的體積變化情形。

由於塑料的熱膨脹係數為正值,因此有受熱膨脹現象;加上塑料在高壓情形下如保壓階段高分子容膠具有可,因此塑料體積會隨加工過程中的溫度及壓力變化而改變。

因此有必要深化瞭解高分子塑料的壓力-容積-溫度之相互關係射入時::..主要分成三階段:充填過程、壓榨擠過程、維持過程充填階段從一開始。

在充填階段,,容膠以某種速度射入空腔裡面。

在2點時,容膠遇到模穴理的壓力感測器。

由於容膠的速度,壓力開始上升。

在3點時空腔大致上完成體的充填。

,這低壓維持過程逐漸增加去充填模穴做補抵銷因工件冷卻時所伴隨來的收縮。

在5點,:1-2-3構成充填過程.,3-4是續擠過程,4-5是過程,5-:3~4保壓、4~冷卻、5:脫離點收縮量:5-常溫5問:如何找到澆口凝固時間答:可由零件重要對保壓時間的圖可看出來,重量快達到全都時大時的點就也许是就是澆口凝:..固時間。

:塑件收縮取決於其熱膨脹與可壓縮性,也就是塑件之關係。

若至溫下模穴體積為,塑件脫模後體積為,則可定義塑件的體積收縮率為:若塑料為不行壓縮塑料,密度為固定值,則顯示出來之體積收縮率為零,由效應造成之收縮率為零。

若塑料的密度或比容是溫度及壓力的函則將隨塑料在模穴不同位置壓力及溫度的差異,其體積收縮率亦有分布情形。

〃由此可知保壓決定收縮量和收縮長度塑件在保壓階段的收縮情形主要取決於保壓程度大小,也就是塑料補償收縮的程度。

在保壓階段,模溫較低,持續冷卻塑料;塑料溫度不斷下降而密度及黏度持續上升,:..造成熱塑料不易補入。

因此塑料補縮能取決於保壓壓力大小以及維持該壓力在模穴內傳遞的時間。

此過程將持續到澆口封口為止。

因此收縮率受到保壓壓力及保壓時間影響:保壓壓力越大,保壓時間越長,成型品收縮率越低。

保壓系統參數操作:保壓壓力、充填保壓轉換點、保壓時間其中,保壓壓力太高或保壓時間太長,產品简单產生毛邊且有較高的才留應力:而保壓壓力太低或保壓時間太短,則產品易生收縮現象影響產品品質保壓系統設計目標:、狀況在分離點的溫度要低於該塑膠的玻璃轉折溫度、收縮量掌握〃幫助決定保壓壓力大小及保壓時間〃防止過度充填或冷卻後的收縮現象〃減少產品的殘留硬力,提高產品品質冷卻分析的目的1〃預估冷卻時間及成型週期長短2〃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。

避开因冷卻不均造成塑件的翹曲變形問題。

:..冷卻系統設計目標:均勻收縮、快速冷卻、達到規格所需收縮量1快速冷卻:由於冷卻過程佔了整個產品生產週期大部分的時間,因此假如冷卻系統能使產品快速的冷卻,將可提高生產量2均勻冷卻:假如成品在冷卻過程中有不平衡冷卻發生時,將使成品產生熱應力,導致其收縮翹區變形發生,因此均勻冷卻將能使產品減低其熱應力,而減少收縮、翹區發生。

冷卻系統設計程序:△+△:結晶因素的考慮:牽涉複雜的微觀結構變化結晶訪熱對溫度的影響結晶對塑料收縮撓曲的影響對於高結晶度塑料、煤油、目標:均勻收縮:、、其他冷卻元件冷卻過程:..在射出成型模具中,冷卻系統的設計甚為重要。

因為唯有將成型塑件冷卻固化至具備相當剛性,脫模後才可避开塑件因脫模外力產生變形。

由於冷卻時間佔整個成型週期約7-8%,因此設計良好之冷卻系統可以大幅縮短成型時間,提高產率,縮短成本。

設計不當的冷卻系統,會使成型時間拉長,增加成本;冷卻不均勻,更會進一步造成塑件的翹曲變形。

由圖可看出3點冷卻時間最長塑件的冷卻過程塑件在模具中由於冷卻水管的作用,熱量由模穴中的塑料經熱傳導經模具本體傳至冷卻水管,透過熱對流被冷卻液帶走。

少數未被冷卻水帶走之熱量則繼續在模具中傳導,至接觸外界後散溢於空氣中射出成型過程模溫變化週期:在射出成型過程中,由於熱塑料填充模穴,熱量藉由熱傳導傳遞至模壁造成模溫發生變化。

射出成型的成型週期由合模時間、充填時間、保壓時間、冷卻時間以及脫模時間:..所組成。

其中以冷卻時間所占比重最大,因此直接影響塑件成型週期長短及產量大小。

脫模階段塑件溫度應冷卻至低於塑件的熱變形溫度以防止塑件因殘餘成型應力的鬆弛現象,或脫模外力所造成的翹曲及變形。

影響塑件冷卻速率的因素1〃塑件設計方面塑件肉厚:成型品厚度越厚,冷卻時間越長。

一般而言,冷卻時間約與塑件厚度的平方成正比。

冷卻時間2也就是厚度加倍,冷卻時間增加四倍。

2〃開模方式1模材選擇:模材熱傳導係數越高,將熱量自塑料傳遞而出的效果越佳,冷卻時間越短。

2冷卻水管配置方式冷卻水管越靠近模:穴,管徑越大,數目越多,冷卻效果較佳,冷卻時間較短。

3冷卻液流量:冷卻水流量越大一般須達到紊流為佳,冷卻水以熱對流方式移除熱量效果越佳。

4冷卻液性質:冷卻液的黏度及熱擴散係數亦會影響到模具熱傳效果。

冷卻液黏度越低、熱擴散係數越高、溫度越低,冷卻效果越佳。

4〃加工參數設定:..料溫設定、模穴及模仁溫度設定、頂出溫度等。

料溫越高、模溫越高、頂出溫度越低,所需冷卻時間越長。

模具溫度對成型周期﹑成型品品質等方面有很大影響﹐與流道﹑澆口﹑頂出方式等模具結構因素相同﹐必須事先對它的調節方法進行充分讨论。

關於模具溫度調節的設計要考慮以下幾點:最好採用溫水等的循環方式﹐而不是加熱器方式。

溫水循環方式的要點是﹕冷卻孔的傳熱面積要充分冷卻孔大而多。

冷卻孔要盡可能靠近模腔冷卻孔距離模腔遠﹐則模具表面溫度分布增大。

循環水量要充分冷卻要水路要具有克服水管壓力損失的輸出壓力﹑且輸出水量大。

冷卻時間因為成型品在模腔內的形狀保持時間延長﹐所以許多場合下增加冷卻時間