塑胶射出成型常见问题.ppt

1、塑膠射出成型之常見問題,2003/12/17,積風 Air Trap,積風(Air Trap)的定義: 空氣或氣體不及排出，被熔膠波前包夾在型腔內。,壁厚不一 澆口(Gate) 位置不當 流道(Runner)或/和澆口尺寸不當 排氣不良 成型時射速過高，產生噴流 (Jetting) ，有可能捲氣成積風。,積風 Air Trap,發赤 Blush,發赤(Blush)的定義: 澆口附近產生的雲狀色變。 有時會在塑流通道中形成阻礙處發現。 原因是熔膠破折(Melt Fracture)。,乾燥不足 模溫太低 熔膠傳送系統(Melt Delivery System)有銳角存在 冷料井(Cold Slug

2、 Well)太小 澆口太小或進澆處型腔太薄 熔膠溫度太低 射速太快太高,發赤 Blush,毛邊或廢邊 Flash,毛邊或廢邊(Flash)的定義： 熔融塑料流入分模面，滑塊的折動面或配件的間隙所形成的廢料,毛邊或廢邊 Flash,1.塑料的流動性太大或太小 2.澆口位置不當 3.分模線(land)不當 4.支承板(Support Plate)跨距太大 5.模板太薄 6.模具加工或裝配不當 7.排氣口太深或太淺 8.模溫太高,9.鎖模力(Clamp Force)不足 10.料管溫度太高或太低 11.射壓過高 12.保壓時間太長,流 痕 Flow Line or Flow Mark,流痕(Flow

3、 Line or Flow Mark)的定義: 成型品表面的線狀痕跡，此一痕跡顯示了熔膠流動的方向。,1.流動性不佳 2.採用成型潤滑劑(Molding Lubricant)不當 3.模溫太低 4.澆道(Sprue)、流道(Runner)或/和澆口(Gate)太小 5.排氣(Venting) 不足 6.射壓和保壓不足 7.循環時間(Cycle Time)不當 8.料管噴嘴溫度太低,流 痕 Flow Line or Flow Mark,噴流 Jetting,噴流(Jetting)的定義: 自一受限區域(例如噴嘴或是澆口)，到一較厚和開闊的區域，形成的彎曲摺疊似蛇的流痕。,1.制品壁厚自薄至厚的斷

4、差太大 2.澆口非沖擊型 3.澆口至型腔，斷面積突然變大 4.澆口至型腔，斷面積突然變大 5.射速太高,噴流 Jetting,短射 Short Shot,短射(Short Shot)的定義: 塑料未能充滿整個型腔,塑料流動性不佳 制品壁厚太薄 壁厚差異太大 模溫太低 澆道(Sprue)、流道(Runner)或/和澆口(Gate)太小 澆口(Gate) 的數目或位置不當 冷料井(Cold Slug Well) 未設或設計不當 排氣(Venting) 不足,短射 Short Shot,9.注塑材料不足 10.料管溫度太低 11.背壓不足 12.射壓或射速過低 13.射出時間(Booster or

5、Injection Time)過短 14.料斗出料口堵塞 15.噴嘴(Nozzle)太小,凹陷或空洞 Sink Mark or Void,凹陷(Sink Mark)的定義: 成型品表面的局部塌陷(或呈酒窩狀或呈溝壑狀) 空洞(Void)的定義: 成型品內部的空洞,凹陷或空洞 Sink Mark or Void,條紋 Streak,條紋(Streak)的定義:,熱劣解條紋的定義：,成型品表面延著流向形成的噴濺狀線條,分子鏈縮短產生銀線(Silver Streak)，分子成塊變質產生褐線(Brown Streak)。 兩者皆可稱為燃燒條紋(Burn Streak)。,塑 料 乾燥不足。 乾燥時溫度

6、過高或/和停留時間過長。 模 具 1. 澆口太小 2. 澆口或/和流道不順暢 3. 型腔有水 4. 模溫太低 5. 排氣不足,條紋 Streak,條紋 Streak,塑料停留時間可以下式計算： Resin residence time can be calculated as below: 1.4 x 使用塑料比重 x 料管料量 x 成形循環時間 聚苯乙烯比重 x 射料量 1.4 x sp. grav. , plastic x injection cap. X molding cycle sp. grav. , PS x molded shot weight 1.4是一乘數(一般在1和2之間)

7、，它將螺桿內的塑料一併考慮。 1.4 is a multiplier (typically between 1 and 2) taking the resin in the screw flights into account.,塑料停留時間Resin Residence Time,條紋 Streak,水氣條紋(Moisture Streak)的定義： 塑料在貯存和成型過程中，吸收潮氣，在熔膠內蒸發成水蒸氣。 水蒸氣在接近波前時形成氣泡(Blister)，並逐漸膨脹，氣泡到了波前時爆裂，並捲到模面，被拉長成銀色條紋狀，留影於製品表面。,水氣條紋 Moisture Streak,塑 料 乾燥不足

8、。 2. 材料貯存不當 模 具 1. 模溫控制系統漏水 2. 模面形成凝結水,條紋 Streak,條紋 Streak,條紋 Streak,色彩條紋 (Color Streak)的定義：,塑 料 1.著色時，顏料(Pigment)凝集成塊使得色彩濃度不同。 塑膠、成型參數、黏著劑(Adhesives)和其他添加劑(Additives)都有可能造成這種分布不勻的現象。 2.在自廠以染料(Dye)染色時，染料顆粒在熔膠內沒有完全溶解。 射出成型機 1.顏料對過高的成型溫度和過長的停留時間敏感，以致變色。 這種色變若是由於熱裂解，可歸類為燃燒線條(Burnt Streak) 。,條紋 Streak,條

9、紋 Streak,空氣條紋(Air Streak)的定義：,模 具 1. 充填時空氣無法及時逸出，帶到產品表面，並且在流動的方向被拉伸。 2. 在浮或凹字、肋、拱形物、以及凹處下游積聚的空氣有可能被後到的熔膠蓋住，形成空氣條紋或鉤狀空氣囊(Air Hook or Fish Hook)。 射出成型機 螺桿倒退釋壓時，吸入空氣，射出時，空氣被捲經澆口，進入模穴，推到模壁(澆口附近尤多)，並被凝結的塑膠包圍，形成空氣條紋。 螺桿捲入空氣。,條紋 Streak,鉤狀空氣囊 Air Hook or Fish Hook,條紋 Streak,玻纖條紋(Glass Fiber Streak)的定義：,塑料 1

10、.玻纖被波前捲到模壁時，立即凝結，這時玻纖四周並沒有足夠的熔膠包圍。 2.玻纖和塑膠的收縮比是1:200，玻纖妨礙了塑膠的收縮，使得表面不勻。,條紋 Streak,翹曲(Warpage)的定義: 製品頂出後不規則的尺寸變化 裂紋(Cracking)的定義: 製品開裂。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,塑 料,強度不夠 薄殼成型時，選擇易流塑膠是很自然的。 但是易流塑膠往往不夠剛強，殘餘應力即使不很大，也有可能造成翹曲，甚至開裂。 選擇塑膠應以容易流但不會產生溢料(Flash)為準。可以參考材料廠商的建議。 CAE模擬可以驗證提議的塑料能否成型翹曲、開裂最小的製品。,翹曲/裂紋War

11、page/Cracking,塑 料,2. 乾燥不足 乾燥不足，塑料濕氣重，加熱、混煉、推進時，蒸氣捲入熔膠，熔膠結合不佳，開裂的可能性就大。 人們往往忽略乾燥劑的定期再生(Regular Regeneration)。 應當就教乾燥器供應商，確實作好樹脂的乾燥工作。 檢查乾燥器的空氣進氣管路是否堵塞。 空氣進不來，樹脂的濕氣就帶不走，乾燥的動作便徒具形式。 使用漏斗型乾燥器(Hopper Dryer)時，塑料在乾燥器內的停留時間，應當連續2小時以上。 無論使用何種乾燥器，乾燥後的塑料應置封閉容器內，以防受潮。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,製 品,製品厚、薄差異太大 薄的地方先冷，

12、厚的地方後冷。厚薄差異大時，體積收縮率差異(Volumetric Shrinkage Difference)大，殘餘應力大。 當殘餘應力克服了零件的強度，就會產生翹曲，甚至開裂。 Shrinkage Fixture或許可以治標，但不能治本，因為Fixture無法消除殘餘應力。 當製品移至高溫或其他惡劣環境下，殘餘應力會釋放出來，翹曲或開裂還是有可能產生。治本之道是作好製品設計，使得製品厚度均一，冷卻時體積收縮率差異小，殘餘應力小，翹曲或開裂的可能自然小。 CAE模擬，可以找出幾個提議的製品設計中翹曲位移最小者，此一設計即翹曲或開裂可能性最小的設計。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,

13、翹曲/裂紋Warpage/Cracking,模 具,1. 動、靜模溫差 (Temperature Difference between Core and Cavity Mold Surfaces)大。 動靜模溫差大，因冷卻產生的殘餘應力對壁厚的中心面不對稱，彎曲力矩(Bending Moment)大，容易翹曲，甚至開裂。 更改冷卻設計，減少動、靜模溫差，可以減少翹曲或開裂。 CAE模擬，可以幫助找出動、靜模溫差最小的冷卻設計。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,模 具 2. 模溫太低 模溫太低，殘餘剪切應力大，又沒有足夠的時間將殘餘應力釋放(Stress Release)，容易翹曲，

14、甚至開裂。 提高模溫，可以減少開裂。 模溫可從材料廠商的建議值開始設定。 每次調整的增量可為6C，射膠10次，成型情況穩定後，根據結果，決定是否進一步調整。 CAE模擬可以驗證不同模溫的適切性。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,模 具,3. 澆口(Gate) 的數目或位置不當 無論澆口的數目或位置不當，都會使得流長(Flow Length) 太長。 流阻太大、相應的射壓也須提高，塑膠分子被拉伸(Stretch)、壓擠(Squeeze)，機械應力(Mechanical Stresses)強行加入，殘餘應力大，容易翹曲，甚至開裂。 澆口附近壓力高，塑膠體積收縮率小，最後充填(Last

15、Fill)處壓力低，塑膠體積收縮率大，流長太長時，上下游塑膠體積收縮率差異大，殘餘應力大，容易翹曲，甚至開裂。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,模 具,3. 澆口(Gate) 的數目或位置不當 參考材料廠商的建議，採用適當的流長對厚度比(Flow Length to Thickness Ratio)。 澆口位置的決定，要遵循充填均衡(Flow Balance)的原則；即各熔膠波前到達型腔末端和形成熔接線的時間基本一致。 充填應先厚後薄、先平後彎。 進澆應讓熔膠遭遇立即的阻擋以避免噴流(Jetting)。 這樣可以降低殘餘應力，減少翹曲，甚至開裂。 以CAE在電腦上對不同的澆口設計進

16、行模擬分析，找出澆口的最佳數目和位置是聰明的作法。分析，找出澆口的最佳數目和位置是聰明的作法。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,模 具 4. 澆道(Sprue)、流道(Runner)或/和澆口(Gate)位置 不當或/和太小或/和太長 澆道、流道或/和澆口位置不當時，熔接線會在強度敏感處產生，熔接線本來就弱，應力又大，裂紋往往從熔接線開始。 澆道、流道或/和澆口太小或/和太長，流阻提高，射壓也須相應提高，塑膠分子被拉伸(Stretch)、壓擠(Squeeze)，機械應力(Mechanical Stresses)強行加入，殘餘應力大，容易翹曲，甚至開裂。 以CAE在電腦上對不同的熔膠

17、傳送系統(包括澆道、流道、澆口和型腔)的充填、保壓、冷卻和收縮彎翹進行模擬分析，找出並選擇翹曲(開裂可能)最小的設計是有效的作法。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,整合性收縮翹曲分析Integrated Shrinkage & Warpage Analysis,總收縮變形 Process Induced Shrinkage & Warpage (Total Shrinkage & Warpage),不均衡冷卻 unbalanced cooling,不均勻收縮 non-uniform shrinkage,不均勻收縮 Non-Uniform Shrinkage,流長/壁厚比是否降低？

18、Shall flow length/thickness ratio smaller ? 流動是否更平衡？Can flow be more balanced ?,檢查充填系統 Check Filling System 模穴厚度和形狀、澆口數目和位置、流道尺寸和配置以及融膠溫度、射壓和充填時間 Cavity thickness & shape, gate number & location, runner size & layout and melt temperature, pressure & fill time,壓力分佈 (原始設計) Pressure ( Original ),Max en

19、trance pressure: 50.6 MPa,Clamp force : 165.6 ton,翹曲變形 (原始設計) Shrinkage & Warpage (Original Design),Max entrance pressure: 43.8 MPa,Clamp force : 111.6 ton,壓力分佈 (修正設計) Pressure (Revised),找出變形的主要因素:不平衡冷卻或不均勻收縮,不均勻收縮,Find out the major cause of warpage: unbalanced cooling or non-uniform shrinkage,non-

20、uniform shrinkage,增加澆口、縮短流長,以減少不均勻收縮,變形減少 (5.1mm - 1.4mm),Add more gates and reduce flow length in order to reduce shrinkage difference,reduce warpage (5.1mm - 1.4 mm),不均衡冷卻 Unbalanced Cooling,冷卻孔道是否均衡的配置在模穴的周圍 ? Are cooling channels erenly laid out around cavities ? 是否可以採用任何冷卻單元/裝置以消除熱點 ? Can any c

21、ooling elements/devices be used to eliminate hot spots ? 冷卻液流動是否平衡 ? Shall the coolant flow more balanced ?,檢查冷卻系統 Check Cooling System 冷卻孔道的尺寸、配置和串聯以及冷卻迴路的溫度和流率 Size, layout & circuiting of channels and temperature & flow rate of coolant,模 具 5. 頂出不均 頂出時製品尚熱，頂出不直、不均、不一致，製品容易翹曲，甚至開裂。檢查頂出系統，並作必要的調整。 適

22、度潤滑所有運動零件。 大模具的頂出板(Ejector Plate)必須採用引導櫬套(Guide Bushing)，以免模板中央因自重下垂。 6. 拔模錐度(Draft)太小 拔模錐度太小時，製品頂出不易。 勉強頂出，製品則有可能翹曲，甚至開裂。 加大拔模錐度可以減少開裂的可能。每邊拔模錐度至少要有1/2度；若能採用1度更好。 如果拔模錐度無法加大到理想角度，應採用滑塊(Slide)或凸輪(Cam)以形成較陡之模壁。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,模 具 7. 頂出不當 如果頂出銷太細，壁厚太薄，製品在頂出時有可能破裂。 頂出速度太快，製品也有可能破裂。 冷卻時間應當夠長，使得製品

23、固化層足以承受頂出的力量，以至脫模。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,射出成型機 1. 料管溫度太低 料管溫度太低時，熔膠溫度低，勉強以高速成型時，殘餘剪切應力大，又沒有足夠的時間將殘餘應力釋放(Stress Release)，容易翹曲，甚至開裂。 提高料溫，翹曲或開裂的可能減少。 料溫的設定可以參考材料廠商的建議。 料管分後、中、前、噴嘴(Rear, Center, Front and Nozzle)四區，從後往前的料溫設定應逐步提高，每往前一區，增高6C。 若有必要，有時將噴嘴區和/或前區的料溫設定的和中區一樣。 CAE模擬可以驗證不同料溫的適切性。,翹曲/裂紋Warpage/

24、Cracking,射出成型機 2. 噴嘴溫度太低 塑料在料管內吸收加熱帶(Heating Bands)釋放的熱量以及螺桿轉動引起塑料分子相對運動產生的摩擦熱，溫度逐漸昇高。 料管中的最後一個加熱區為噴嘴，熔膠到此應該達到理想的料溫，但須適度加熱，以保持最佳狀態。 如果噴嘴溫度設定得不夠高，因噴嘴和模具接觸帶走的熱太多，料溫就會下降，勉強以高速成型時，殘餘剪切應力大，又沒有足夠的時間將殘餘應力釋放(Stress Release)，容易翹曲，甚至開裂。 一般將噴嘴區溫度設定得比前區(Front Region)溫度高6C。 CAE模擬可以驗證不同噴嘴溫度的適切性。,翹曲/裂紋Warpage/Crac

25、king,射出成型機 3. 熔膠溫度太低或/和射壓太高 熔膠溫度太低或/和射壓太高會產生高的殘餘應力，製品容易翹曲，甚至開裂。 若要減少開裂的可能，熔膠溫度要在可用範圍內調到最高，射出壓力要在可行範圍內調到最低。 CAE模擬，可以幫助找出熔膠溫度和射壓的最佳組合。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,射出成型機 4. 螺桿速度對行程曲線(Ram Speed Profile)不當 當熔膠波前速度(Melt 配向以及殘餘應力的變化也大，翹曲和開裂的可能性大。 應調整螺桿速度對行程(Stroke)曲線，以確保熔膠波前在型腔內以等速Front Velocity或MFV)在型腔內的變化大時，產品

26、表皮層的分子和纖維推進，直到型腔填滿。 CAE可以提供建議的螺桿速度對行程曲線(Recommended Ram Speed Profile) ，根據此一建議曲線進行設定，熔膠波前在型腔內得以等速推進，產品品質均一， 不易發生翹曲，甚至開裂。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,解決方案,當產品的翹曲變形可以利用調整澆口位置、流道配置以及改變成形參數等方式降低到可接受的範圍時，冷卻設計可以單純的僅就均衡冷卻來加以考慮。利用不均衡冷卻使得現有的翹曲反向扳回，是削足適履、似是而非的做法，因為如此生產的產品品質並不穩定，豬羊變色的可能隨時存在。,射出成型機 5. 射出時間(Injection

27、Time)不當 充填時間(Fill Time)或射出時間太短或太長，都須要較高的射壓完成型腔的充填。 射壓高時剪切應力大，相應的殘餘應力大，翹曲、甚至開裂的可能性大。 CAE模擬，可以幫助找出射壓對充填時間(Injection Pressure vs. Fill Time)的U型曲線(U Shape Curve)。 對應於U型曲線底部的射出時間所須的射壓最低，殘餘剪切應力最小，是最適化的射出時間。,翹 曲/裂紋Warp age/Cracking,射出成型機 6. 保壓壓力或保壓時間不當 保壓壓力太高，不僅因補充料流動(Compensation Flow)而冷凝入(Frozen-In)塑膠的殘餘

28、剪切應力(Shear Stress)高，而且塑膠的壓應力(Compressive Stress)也高，製品容易翹曲，甚至開裂。 保壓壓力太低，澆口附近發生回流(Back-Flow)，不僅產生因流動而冷凝入塑膠的殘餘剪切應力，而且由於製品中央體積收縮率大(低壓故)，外圍體積收縮率小，因內外體積收縮率差異(Volumetric Shrinkage Difference)大而產生的殘餘張、壓應力(Tensile and Compressive Stress) 大，容易翹曲，甚至開裂。 螺桿推到底後，螺桿至少停留原處2秒，以保持緩充(Cushion)。,翹 曲/裂紋Warp age/Cracking,

29、射出成型機 6. 保壓壓力或保壓時間不當 保壓時間太短，螺桿鬆退時澆口附近發生回流，殘餘應力大，容易開裂。 保壓壓力要適中，保壓時間要延長到澆口凝固(Gate Freeze)為止。 CAE可以預測不同(保壓壓力對時間曲線；Holding Pressure vs Time Curve)設計可能產生的翹曲位移，翹曲位移小者是我們應該考慮的設計。 CAE的輸出(Output)中包含了凝固層比(Frozen Layer Fraction) 、剪切應力(Shear Stress)、體積收縮率(Volumetric Shrinkage)。 當澆口凝固時，凝固層比變成1，剪切應力變成0，體積收縮率變成常數，

30、這些參數和規則可以幫我們判定澆口何時凝固，以選定最適化保壓時間。,翹 曲/裂紋Warpage/Cracking,射出成型機 7. 停留時間(Residence Time)不當 停留時間太短，熔膠溫度低，即使勉強將型腔填滿，保壓時還是無法將塑膠壓實，冷卻時迴旋空間太大，容易翹曲，甚至開裂。 射料對料管料之比(Shot-to-Barrel Ratio)，應在1/1.5和1/4之間。 8. 循環時間(Cycle Time)不當 當冷卻時間太短時，塑膠尚軟，若被頂出，在沒有約束(Constraint)的狀況下收縮，容易翹曲，甚至開裂。 冷卻時間須延長到塑膠定型到足夠堅強為止；型腔是最好的治具(Fixt

31、ure)，提供最合身的約束(Constraint)。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,射出成型機 9. 緩充(Cushion)不夠 緩充(Cushion)不夠時，型腔內的塑膠填壓不足(Underpacking)。 塑膠在相對鬆散的情況下冷卻，迴旋空間太大，容易翹曲，甚至開裂。 螺桿推到底後，至少停留原處2秒，以保持緩充(Cushion)。 緩充(Cushion)最少要有3mm長。,翹曲/裂紋Warpage/Cracking,熔接線(Weld Line)的定義: 熔膠波前相遇時形成的線條,熔接線 Weld Line,塑 料 1. 流動性不佳 流長對壁厚比(Flow Length to

32、 Thickness Ratio)大的型腔，須以易流塑料充填。 如果塑料流動性不夠好，熔膠波前愈走愈慢，愈慢愈冷，當熔接線形成時， 波前溫度已經降得太低， 接合不良， 線條明顯。 材料廠商根據特定設計，可以提供專業的建議：即那一種塑料適用於某一特定設計。,熔接線 Weld Line,塑 料 2. 添加補強料(Reinforcement)太多 當補強料的百分比增加時，熔接線的強度降低。 未添加補強料的塑料所形成的熔接線可維持原材料強度的80-100%。 加了補強料的塑料所形成的熔接線往往無法維持無熔接線部分強度的80%。 加了30%玻纖的PP，其對頭波前形成的熔接線只有其無熔接線部分強度的34%

33、。 加了30%玻纖的PC，其對頭波前形成的熔接線只有其無熔接線部分強度的64%。,熔接線 Weld Line,典型對頭熔接線伸張強度保留值 Typical Butt Weld Tensile Strength Retention Values,塑 料 2. 添加補強料(Reinforcement)太多 當補強料的長徑比(Aspect Ratio)增加時，熔接線的強度降低。 就熔接線的強度而言，短纖比長纖(Long Fiber)好，磨碎的纖維和珠粒(Milled Fibers and Beads)又比短纖(Short Fiber)好。,熔接線 Weld Line,製 品 1. 壁厚太薄或壁厚差異

34、太大 2. 波前遇合角(Meeting Angle)太小 當波前遇合角小於135時，形成熔接線(Weld Line)，大於135時，形成熔合線(Meld Line)。 熔接線(Weld Line)較之熔合線(Meld Line)，兩邊分子相互擴散得少，品質較差。 當遇合角在120到150之間時，熔接線表面痕跡逐漸消失。 遇合角的加大，可藉製品厚度調整、澆口位置和數目更改、流道位置和尺寸改變等達到目的。 這都可借助CAE來作驗證,熔接線 Weld Line,模 具 澆道(Sprue)、流道(Runner)或/和澆口(Gate) 位置不當或/和太小或/和太長 澆道、流道或/和澆口位置不當時，熔接線會在外觀或強度敏感處產生。 澆道、流道或/和澆口太小或/和太長，流阻提高，如果射壓不足，熔膠波前形成熔接線時，溫度已經降得太低，接合不良，線條明顯。 澆口的長度一般小於1mm。 長於此，易生問題。 澆口嵌塊的使用，使得澆口尺寸較易修改。