射出成形课程一update

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1、第一單元 射出成形基本概論講師李柱峰射出成形之程序介紹射出成形之一般理論充填之三階段介紹射出成形要因介紹射出成形重點說明注道、澆道、冷料井、澆口之說明24個名詞解釋射出成形之三種狀態圖1.關模2.充填3.後冷卻4.開模5.頂出6.處理1.關模2.昇壓 高壓鎖模時期 3.後冷卻4.壓拔4.開模5.頂出6.處理座 進2.射出2.壓縮2.保持 前冷卻計量延遲可塑化計量進料座 退塑料滯留期間射出成形工程順序示意圖12345678開關模射出時間冷卻時間 1 兩半邊模已閉合，注射螺桿開始前進。注射螺桿將塑料注入模腔並予以填滿。模腔內塑料開始收縮，注射螺桿繼續二 次射膠。塑膠澆口，二次射壓停止。模腔內塑件開

2、始冷卻；同時注射螺桿旋 轉，使原料進入加熱筒熔融塑化。螺桿退至定位，原料已完成塑化。螺桿 向後鬆退，避免塑料從噴嘴漏出。塑件冷卻定形，同時注射螺桿完成射料 準備。滑動模板後退，兩半邊模打開。退件機 構將塑件頂出。清除塑件，噴脫模劑，安裝嵌件、插針 等。模具重新閉合，下一循環開始。2345678結晶性材料成型收縮率較大。非結晶性材料成型收縮率較小。塑流的噴泉(fountain effect)與皮膚效應(skin effect)熔融的塑膠在流動時，是有如噴泉方式的前進，此稱為噴泉效應；而當塑流接觸到較冷的模壁時，則靠近模壁的部份將會先行固化，此稱為皮膚效應。先行凝固的皮膚層厚度和散熱的速度有關，通

3、常在下列的情形下會形成較厚：1.模壁溫度較低。2.塑料溫度較低。3.流路較窄、較薄。4.流速較慢。皮膚層因凝固而無法流動，在它與中心部流動層之間將會產生較大的剪切力，這不僅會阻礙塑膠的流動，嚴重時也會破壞塑膠的結構；不過剪切力也會產生熱量，當新生的熱等於散掉的熱時，皮膚層在塑流繼續當中就不再增加其厚度。皮膚層由於是極短的時間被凝固，所以它跟較充分收縮的中心部比起來，是比較鬆散(密度低)的分子結構，這是成形品變形翹曲的要因之一，而且皮膚層也是營影響凹陷，真空泡，短射以及表面外觀等很重要的因素。分子配向(molecular orientation)與鬆弛(relaxation)熔融塑膠流動時，因受

4、噴泉效應與剪切力的作用，分 子鏈會沿流動方向排列，此稱為分子配向；而當流動結束，如塑膠仍有足夠的溫溫度則會朝原來的糾纏結構回復，此稱為鬆弛。配向與鬆弛的程度取決於料溫、模溫、射出速度、肉厚、材料黏度以及射出時間等；它會影響成形品縱橫及厚度方向之收縮率，也是變形翹曲的另一要因；同時它也使成形品各有不同程度的方向性，改變不同方向的性質。塑膠的流動黏度有一個理論說塑膠的黏度決定於分子鏈的糾纏程度，糾纏的程度越少，黏度就越低，反之亦然；而塑膠本身的分子量大小，分子結構以及外在的加工溫度，流動切斷力(使分子鏈配向)和受壓縮的程度等都會影響它的糾纏，此既影響塑膠黏度之因素。充填三階段：1.射出相熔融的塑膠

5、 被快速射入模腔，剛 好到達最遠端為止的 階段。2.壓縮相為提高模腔 內塑膠密度達到適當 程度，熔融的塑膠繼 續被高壓擠入的階段。3.保持相為避免模腔 內塑膠因內壓高而逆 流，以及補充模腔內 塑膠因收縮發生容積 不足，而以適當壓力 繼續保持抵擋及補料 之階段。充填三階段1.射出相(injection phase)變化：在這一階段，塑流所受的阻力一般而言尚不太高，所以模腔內壓(cavity pressure)上昇緩慢而有限，密度也因受到壓縮不多而提高不大，進入模腔的 料溫取決於模溫及射速。影響：在這一過程，成形品的外觀，結晶度以及分子方 向性等嚴重的受到塑膠射出速度快慢之影響。充填三階段2.壓縮

6、相(compression phase)變化：模腔內壓因塑膠的被壓縮而快速上昇，料溫的下 降取決於模溫和壓縮時間。影響：成形品的輪廓在這一階段決定，唯因壓縮過度發 生毛邊或損壞模具的機會甚大。充填三階段3.保持相(holding phase)變化：高溫的塑膠進入模腔已相當有限，模腔內塑膠 開始進入前冷卻階段(post cooling)，內壓因料溫 的降低也逐漸下降；內壓已回降到一大氣壓的 部位開始收縮；在此階段各處材料密度的變化 基本上不大，而溫度的下降倒是相當快速(模溫為最主要因素)。影響：成形品的尺寸、重量、凹陷、真空泡、結晶度、分子方向性、變形以及應力的殘留等均受此階段 的影響。射出成形

7、要因分析圖製造商射出成型機樹 脂含水率乾燥方式 時間材質結晶性黏度添加物 螺桿 保壓 冷卻加熱法逆止環形狀噴嘴形式壓力步驟時間 射出 夾模可塑化速度步驟擠壓方式 壓力力平行度夾模方式溫度計量機構轉速成品品質 模 具 作業員 技術 熟練度 頂出 強度 溫度澆道系統 精度插銷位置 形式速度尺寸材質加熱方式 模穴溫度料門 尺寸澆道 形狀模穴澆道尺寸模穴尺寸分模線精度平行度射出成形之重點射出成形之重點注道、澆道、冷料井、澆口1.注道、豎澆道(sprue)是接合射出成形機噴嘴的部份，其末端連接於澆道(橫澆 道)。注道襯套前端的R 半徑應稍大於噴嘴的r 半徑(大1-2 mm)，以免在與噴嘴的接觸部洩漏料而

8、不易剝脫注道。為 了容易剝脫固化的注道，設計2-4度的斜度。2.澆道、橫澆道(runner)是自注道至成形品之通路，通常設在合模線兩側，澆道 的剖面通常是圓形。多模穴模具的成形品與澆道配置很 重要，應使流進各模穴的成形材料同步而均勻。注道、澆道、冷料井、澆口3.冷料井(cold slug well)射出成形機的噴嘴前端在射出後仍有少量熔融材料殘留，此殘留材料在下次射出前凝固，若直接進入成形品中會 造成製品外觀不良，為了防止如此設計冷料井，使射出 材料前端的凝塊積滯此處。4.澆口(gate)是成形材料自澆道進成形品的入口，它與成形品設計有 直接關係，澆口原則上設於成形品中央附近較厚部位。澆口一般

9、有直接、側向、跳動、潛入式(隧道)、針點、薄 膜形、盤形、柄形、扇形、環形、熱澆道用等澆口。名詞解釋：1.鎖模力：關閉模具所須最大壓力之值，一般以噸表示，其意義 即為成形可能的成形品投影面積上所須之壓力。此力 量必須用鎖模來抵抗，才不致於使製品起毛邊，及製 品精度無法達到要求。理論上，成形成品時所須之鎖模壓力為成形時之射出 壓力乘於成形品的投影面積。實際上，由於塑膠膠料 在充填時會有壓力降的產生，故應以射出充填滿模穴 後所造成壓力降後之端值乘於成形品之投影面積。2.最大射出壓力：指以最大壓力射出時，料管內塑膠經擠壓，每 單位面積所受的壓力，一般以Kgf/cm2 為單位，以往最 高射出壓力的要求

10、大約在10002000Kgf/cm2 ，泛用塑 膠一般要求在1200 Kgf/cm2，工程塑膠在1600 Kgf/cm2 以 上。名詞解釋：3.射出量：理論上，射出成形機的射出容積為料管或螺桿斷面積 乘於最大螺桿行程，即V=/4D2*S，V：射出容積、D：料管內徑或螺桿直徑、S：最大螺桿行程。射出量=射出容積(cm3)*塑膠密度(gm/cm3)*行程效率 行程效率一般採用0.80.95依塑性流動好壞決定。塑 料密度因塑料之不同而有不同，但實際的射出量大致 上採用理論射出量的7080%。一般射出成形機的射 出量是根據PS而定的，因而各種塑膠原料的密度不同 射出量也隨之變更。在實際生產過程中為求得

11、高品質 的製品及配合生產速度，而要求膠料能平均吸收熱量 ；或使用工程塑料時，就必須要求製品總重量與理論 射出量之比例，一般以不超過75%為準且不得少於20%。名詞解釋：4.塑化能力：係指在一單位時間內螺桿所能塑化以PS材料為基準之 重量，一般以Kg/hr或g/sec為單位；此一能力涉及成形 中，能否在產品冷卻過程終結前，螺桿有足夠能力來 補充塑料以供下一成形所需，不影響及成形週期時間 或生產效率。理論上，成形品重量以此數值除時，即可得到成形塑 化之計量時間。可惜依目前理論計算之狀態與實際結 果相當不吻合，偏離計算值甚多，仍然是一個不確切 之理論值。如同射出率一般，必須根據實際試射的結 果，才能

12、得到較佳可做判斷的數值。由於螺桿旋轉數 和電熱器之熱容量亦深深地影響可塑化能力之故，試 模時應該考慮綜合的條件以為判斷。名詞解釋：5.射出率：指成形機每單位時間能射出最大的塑料量，單位為 cm3/sec，與射出速度成正比，射出速度在料管內一般要 求在50240mm/sec，為因應流動不易之塑料或產品肉厚 偏薄不易充填之成形品，300500mm/sec已為目前之成形 業者所需求。射出率的理論計算值因塑膠的熔融黏度或模 具內部之流動阻力而與實際之數值會有所不同。6.螺桿尺寸：指螺桿直徑大小，以相同鎖模的成形機而言，廠商通 常會提供三種尺寸的螺桿供客戶選擇；較大螺桿具有 較大的射出量、射出率以及塑化

13、能力，相對的在射出 壓力上會較小，與螺桿截面積成反比。名詞解釋：7.螺桿行程：射膠到極限與鬆退到極限之間，螺桿所移動的最大距 離，亦指螺桿在最末端與最前端之距離。8.射嘴行程：指射座在最末端與最前端之距離。9.螺桿轉速：指螺桿受液壓或電動馬達經變速而傳動之最大轉動速 度，一般而言，轉速愈快則塑化能力愈大，但塑化品 質相對下降，螺桿轉速要求一般為：小型機30至250 rpm，中型機25至150 rpm，大型機15至80 rpm。10.射嘴閉合力：指射嘴抵住模具豎澆道襯套的力量，基本之需求 為能夠抵抗射出膠料時所造成的反作用力，不致 使射座後退；一般為射出產生力量的3040之間 。名詞解釋：11.

14、開模行程：指開模時最大開啟的距離，一般視成形品之需求，以 能夠順利取出成形品為基本要求。在選用射出成形機 時，首先要考慮成品的高度，因為射出機的開模行程 是依製品高度來加以調整，簡單的說就是以製品高度 乘以2加上澆口高度，就是所需的開模行程。開模行 程=製品高度*2+澆口高度。通常在全自動生產時，所需最小開模行程約為製品高度的2.22.5倍。12.最小/最大模厚：指能在成形機上使用之最小或最大模具厚度尺 寸；較最小模厚為薄之模具，在使用時需以墊 塊增厚；機器使用時若超過最小模厚，有時會 造成滑脫現象，應予注意。名詞解釋：13.繫桿距離：指成形機四支繫桿之間距，其距離必須配合模具尺寸 之運用，以

15、利模具之上下模；近年來，由於熱澆道之 使用，使模具有較大的尺寸，另外高壓力高速度的射 出，逼使模具結構強度需增加，均無形中增大模具的 尺寸，故亦要求有較寬的繫桿距離，其次為配合上下 模具，傳統上以垂直方向上下模具，故水平寬度會略 寬於垂直寬度，目前部份工廠以換模車從水平方向上 模，則垂直方向之寬度亦必須被考慮，因而為兼顧此 兩需求而有朝正方形之配置；另由於模板放大，其強 度結構亦會重新考慮，因而部份廠商推出的前端上方 之繫桿可自動拆卸，以配合容納較一般成形機可用之 更大模具尺寸。名詞解釋：14.頂出力及頂出行程：頂出力係指成形機在成形品冷卻後開模時，頂出成形品施 力的大小。頂出行程則指頂出機構

16、作動時最大的距離，產 品縱深較深之產品須特別指定要求，以利成形品之順利脫 出。一般頂出壓力調高而速度則依頂出製品面之容許程度 適當調整，而退針則以低壓力、高速度調整，以節省週期 。頂出力的供給，一般多使用油壓缸來推動機構以頂出之 ，頂出行程與頂出力同樣的也是一個在取出成形品時順利 與否的重要因素。當然，頂出行程應開要大於成形品沒入 於公模的長度，以免產生不能離模的現象。名詞解釋：15.加熱控制段：指料管與射嘴配置之溫度控制點之數目，傳統上一般控制 點均裝置在料管胴體上，近年來則由於熱感應器之進步，以及成形材料之需求，在射嘴上均增加一溫度控制段，且 將感應點直接插入料筒內壁以偵測實際之塑料溫度。

17、16.鎖模方式：指鎖模作用力產生的方式，一般可區分為肘節式、直壓式、肘節直壓併用等三種；一般而言，直壓式成形機價格高於肘 節式，但在模厚與行程調節上較方便，亦無肘節摩損之缺點 ，唯成形淨週期會略高於肘節式，近年來不管肘節或直壓式 均朝改善本身結構先天上缺點努力，也均被運用在高速精密 成形機上，至於精密度以何者為佳，仍常為爭論之議題。名詞解釋：17.淨週期：指機械在無負荷上，鎖模系統在歷經開模關模之一週期 所需的時間，小機台有較快的淨週期，大機台則較慢，此作為衡量成形機在非必要之稼動作業能力。18.螺桿L/D比：L/D=螺桿牙部總長度/螺桿直徑，L/D值通常在1525倍間，牙與牙間距離約等於直徑

18、，故其值愈大表示塑料在料管內旋 轉圈數愈多，滯留時間長，熱能吸收亦多，塑膠料被混練的 效果越好，混色越均勻，但熱裂解機會越大。L/D值依原料特 性不同來做選擇，熱塑性塑膠原料約在1823之間，熱固性 塑膠原料約在1518之間。名詞解釋：19.壓縮比：=hf/hm hf=進料部溝深，hm=計量部溝深。因塑膠粒由 固體轉變為液體，必須除去固體塑膠粒間空隙所以計量 部體積要小於進料部之體積。壓縮比值通常在2.03.5之 間，壓縮比愈大塑料混練度愈好，塑料在料筒內摩擦係 數愈大，溫度升高對塑料之熔化，壓縮排氣越好，壓縮 比的選擇必須與塑料互相配合，一般熱塑性原料約在 2.53.5之間，PVC與壓克力約

19、在2.02.5之間，尼龍約 在3.03.5之間，熱固性原料(粉狀)約在1.01.2之間。名詞解釋：20.計量：在進行冷卻之同時，成形機也進行塑料熔化以及計算每一 次射出的容量，塑料存於漏斗內，射膠螺桿旋轉時送人加 熱料管內，此時塑料因料管外壁所環繞的環狀電熱片之加 熱及螺桿旋轉摩擦生熱而漸次熔化，並緩慢移向螺桿的前 端，螺桿因擠壓塑料而發生反作用力後退，因此熔融塑膠 料多寡之計算乃由此後退距離長度而得以計算。後退距離 之限度以料管內在螺桿退後時所形成用以貯存熔融塑料之 容量空間作為下一次射出之材料容量的計算基準，後退之 距離可以由操作員在射座蓋板上的尺條加以計算而得。名詞解釋：21.背壓：背壓

20、是指熔膠開始時，在螺桿後退的反方向上，所加在熔 融塑料上的壓力，背壓的目的著重在計量的安定，塑料熔 融的均一化，幫助塑料中揮發成份或空氣能夠快速地由漏 斗口溢出，增進塑料之混練效果，增加原料之密度，並適 度增加摩擦熱幫助塑料均勻的熔融。螺桿背壓進料時，螺桿轉動，牙部推動塑膠原料前進，而 螺桿受反作用力後退。控制螺桿後退的阻力，可以控制塑 膠流體的稠密度。背壓太小，射出的成品可能會有氣泡，背壓調太大，可能會產生流鼻涕現象(如低黏度的 尼龍)。名詞解釋：22.保壓：模穴的壓力變化，分為兩個階段，第一階段塑料射入模穴 直到充滿模穴，此為充填階段，然後流動速度減緩，塑料 繼續被擠入模穴，成品密度提高，

21、這被擠入的額外塑料，在彌補成品的收縮量，增高密度，此時的壓力稱之為保壓 ，保壓愈高時間愈長則成品縮水率愈小。保壓壓力的大小及期間對成形品尺寸精度及外觀品質優劣 有大的影響。同時也決定塑品與模穴表面的複製性。最佳 的壓力值可由塑品尺寸及縮水情況判斷決定，而保壓時間 長短通常是憑猜測的。模穴壓力如果能量測到則其可提供 可靠的資訊，只要澆道、澆口或任何狹窄通道尚未凝固，改變保壓之大小及時間對模穴壓力將會有影響，在澆口封 住(固化)之後，就沒有任何的影響。名詞解釋：23.螺桿轉速：每分鐘最快轉速 rpm=每分鐘泵浦吐出量(公升)L/油壓馬達進油量(c.c)每分鐘泵浦吐出量=油泵吐出量(c.c)*120*頻率(60Hz)/馬達極數 螺桿轉速高，進料量快，行程週期短，但熱塑化性差，故一般 小螺桿L/D值大可用高轉速，大螺桿L/D值小則用較慢轉速，以 達相同塑化性。24.流動比：此值計算是製品由澆口至最長一點的距離製品的平均 厚度。通常流動比值小於150為容易成形，大於此值為 較難成形，過大的流動比值，則須考慮使用特殊裝置以 輔助射出速度。