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內(nèi)容編輯射出成型三要素、五原則
(一) 前言:
射出成型必須配合為因應(yīng)產(chǎn)品而設(shè)計(jì)製作的模具來(lái)完成,首先將塑膠原烊經(jīng)由螺旋桿轉(zhuǎn)動(dòng)推進(jìn)料管內(nèi),在料管內(nèi)利用電熱片加熱傳導(dǎo)塑料,以及螺旋桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的壓縮摩擦熱力予以熔化、再經(jīng)由可調(diào)整壓力和速度的射出動(dòng)作將熔化的原料擠壓射進(jìn)模腔內(nèi),待冷卻后開模取出產(chǎn)品即完成射出成型循環(huán)動(dòng)作.
由於射出機(jī)的進(jìn)步,各種動(dòng)作均已數(shù)據(jù)化,故成品再現(xiàn)性高,可完全自動(dòng)的生產(chǎn)出極精密的產(chǎn)品,以下就相關(guān)重點(diǎn)及射出原理作概略說(shuō)明.
(二) 射出成型三要素、五原則說(shuō)明.
一、 三要素即:機(jī)器、模具、原料.
二、 五原則即溫度、壓力、速度、時(shí)間、位置.
1.溫度
(1) 料溫:
料管的控制溫度和單位時(shí)間內(nèi)使用的塑料重成正比,但也必須配合塑料原料種類不同而設(shè)定適合射出成型的溫度,是最重要的一項(xiàng)成型條件.
每一種原料的開始融化溫度和分子結(jié)構(gòu)受熱破壞的開始劣化溫度均有一定值,而其間的溫度分布區(qū)間稱為成型溫度帶,一般而言,成型溫度帶範(fàn)圍寬的一般性原料較易加工,射出成型調(diào)整也較容易;反之,成型溫度帶範(fàn)圍較窄的工程塑膠,則較不容易加工,射出成型調(diào)整也較困難,有賴於料管容量較適中,以及射出成型機(jī)臺(tái)大小規(guī)格,射出壓力取向的選擇加上調(diào)整的更具理論基礎(chǔ)和準(zhǔn)確性加以整體配合,才能完成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的射出成品.
(2) 模溫:
模具溫度調(diào)高可提高塑膠在射出時(shí)的流動(dòng)性,使成型更容易,一般在較薄成品可妥善運(yùn)用,此外在需要尺寸很安定的成品也可運(yùn)用此方法達(dá)成目的.另外如PC等流動(dòng)性不良的塑膠,也可以模溫控制予以輔助射出,可相對(duì)減少所需的射出壓力.
妥善運(yùn)用模溫可增加效率,提高產(chǎn)品品質(zhì),一般是加裝模溫機(jī)以熱油平均加溫,少數(shù)情況用電熱棒和電熱片作局部加溫,也是常用的辦法.
(3) 油溫
射出要大多是以油奪驅(qū)動(dòng)的機(jī)械,油壓的穩(wěn)定是成型安定的主因,而油溫直接影響油壓的穩(wěn)定度,故須加適當(dāng)流量的冷卻水配合冷卻器加以冷卻,油的適溫約在攝氏45˚C-55˚C之間,不同的射出壓力及狀況,油溫升高值會(huì)不同,油溫的控制一般取決於射出機(jī)冷卻器熱交換效率的設(shè)計(jì)容量,以及射出機(jī)內(nèi)冷卻水系統(tǒng)足夠與否,如果油溫過(guò)高即必須加以檢討以上原因,以及檢查冷卻器是否受水垢阻塞等,以免油溫升高導(dǎo)致射出品質(zhì)降低.
2.壓力
(1) 射出壓力
射出壓力是最直接關(guān)系射出品質(zhì)的因素,一般要求精密加工還分為數(shù)段射出壓,目前電腦機(jī)已設(shè)計(jì)到七段以上.射出壓力因成型產(chǎn)品的厚薄,投影面大小,形狀複雜或簡(jiǎn)單以及塑膠種類的不同而有不同調(diào)整方法,因應(yīng)特殊情況可使用多段壓力,藉不同位置不同壓力、速度控制品質(zhì).
射出機(jī)的射出壓力一般均設(shè)計(jì)在
但若使用在軟性塑膠如PP、PE,軟性PVC、EVA……等原料,如未充分達(dá)到融化溫度,而以高壓射出,將造成成型品翹曲、變形,反而不利於品質(zhì)的穩(wěn)定性,這是射出成型常被忽視的重點(diǎn).
射出壓力在原料射入模腔的填充階段只是作為射速的支撐之用,作用並不明顯,反而是在模腔填滿開始進(jìn)入擠壓階段,壓力亦急速升高,射壓乃成為控制成品品質(zhì)的重要原因,現(xiàn)在的射出機(jī)均設(shè)計(jì)了二至四段的保壓壓力,即是因應(yīng)射出品的高級(jí)化而產(chǎn)生,一般而言薄成品或硬質(zhì)原料只需一至二段保壓即可,厚成品或軟性原料較可能用到二段以上的保壓功能,厚成品是為達(dá)成品厚度內(nèi)的應(yīng)力均勻以及末段降壓安定尺寸之用,軟性原料則是考慮其定型安定性較差,有必要采用逐段升降方式以使穩(wěn)定性達(dá)到需求.
(2) 開模壓力
開模壓力使用適當(dāng)與否亦直接影響成品的品質(zhì).過(guò)高的開模壓是不必要的,只會(huì)造成機(jī)構(gòu)能源浪費(fèi),曲肘及模板增加耗損,而減低使用年限,但是如果關(guān)模壓力太低,不足以承受射出壓力,透過(guò)原料傳達(dá)於模具上的壓力,則會(huì)形成撐模效應(yīng),增加原料使用量,成品不穩(wěn)定或形成不良品,並增加射出調(diào)整的難度等不良后果.
成品平面投影面愈大,關(guān)模力須較大,較薄或流動(dòng)性不好的原料,也應(yīng)適度增加關(guān)模力加以因應(yīng).
3.速度
塑料填充模腔階段由於射出速度的不同,會(huì)形成產(chǎn)品外表或內(nèi)部不同的流動(dòng)狀況,故必須以改變速度加以因應(yīng),分段以不同速度配合射出壓力加以成型,會(huì)得到較良好的成品,一方面是此時(shí)由於填充未完成,射出壓力尚未升高,只作為支撐射速不受阻滯的助力,反而是射出速度直接負(fù)起塑料通過(guò)模腔時(shí)對(duì)抗體積變化順利與否和任務(wù),如果速度太慢,就可能射出不足,或成品凹陷等不良情況發(fā)生,精密成型所要求的成品尺寸的穩(wěn)定性,更有賴射速的提昇,使原料射入點(diǎn)和射終點(diǎn)受模具冷卻產(chǎn)生的塑料溫差現(xiàn)象減至最小,從而不產(chǎn)生翹曲或不穩(wěn)定的情況.進(jìn)入保壓段時(shí),由於模腔已近填滿階段,速度則只作為支撐射出保壓壓力的作用,可以減速或定速配合即可,有些大型機(jī)械為求省電,設(shè)計(jì)了大小流量泵浦,在此時(shí)即以小泵浦輸出以減少能源損耗,仍然達(dá)成一樣保壓效果.
基於作用力=重量×速度²的公式,可知射速的重要性,速度增加可使塑料在穿梭模腔時(shí)所受阻滯力降低,可降低射出壓力即可達(dá)到一樣效果,於保壓階段亦由於速度增加使塑料更迅速到達(dá)模腔各角落,塑料溫差減至最小,以及成型料溫亦可相對(duì)降低,均可使保壓壓力降低即可達(dá)到一樣甚至更高品質(zhì)的成品.
至於某些特殊射出法,如極厚物或壓克力(PMMA)厚成品等,為防止空洞或氣泡現(xiàn)象及接合線等狀況,必須以極慢速射出時(shí),則考驗(yàn)射出速度的慢速穩(wěn)定性,射出機(jī)構(gòu)的精密以及油路系統(tǒng)的穩(wěn)定均為重要因素.
貯料時(shí)的速度在特殊原料如PC等,由於熱敏感度較高,亦被要求在120RPM以下,分段調(diào)速則較少被使用,一般塑料則愈快速愈能提高效率,節(jié)省成本,螺桿壓縮比的適當(dāng)設(shè)計(jì)亦能節(jié)省貯料的時(shí)間,達(dá)到快速貯料的目的,則是在射出機(jī)設(shè)計(jì)中較常被忽視的課題.
4.時(shí)間
(1) 射出時(shí)間
射出時(shí)之設(shè)定原則,以配合最適射速完成填充階段以及在最適合位置進(jìn)入保壓階段,配合保壓壓力的設(shè)定足以使成型品穩(wěn)定又不浪費(fèi)時(shí)間為原則,進(jìn)入保壓后由保壓時(shí)間決定射出動(dòng)作的長(zhǎng)短,因此一般而言射出時(shí)間的設(shè)定均略高於實(shí)際射出的時(shí)間,是作為射出不足而未進(jìn)入保壓時(shí)間時(shí),發(fā)出警報(bào)之用.
以此方式設(shè)定會(huì)有較好的射出品質(zhì),當(dāng)然仍可以傳統(tǒng)的方式,以射出時(shí)間完成后進(jìn)入保壓時(shí)間,此時(shí)射出時(shí)間就真正反映射出動(dòng)作的長(zhǎng)短,這種方式的保壓切換點(diǎn)是較不準(zhǔn)確的.
另外,也有較先進(jìn)的方式,是以設(shè)定的壓力值作為切換至保壓壓力的方式,可排除塑料的密度不均的差異性,是最準(zhǔn)確的切換方式.
(2) 週期時(shí)間
開模開始,經(jīng)射出、貯料,冷卻到開模及托模完成的循環(huán)時(shí)間,時(shí)間的確定不變,會(huì)影響溫度的設(shè)定,故應(yīng)力求足以使成品完整又不浪費(fèi)的經(jīng)濟(jì)性原則.在工業(yè)工程(IE)的探討領(lǐng)域,週期時(shí)間是非常被重視的,當(dāng)每一次週期時(shí)間不確定時(shí),事實(shí)上包括溫度壓力……等各項(xiàng)設(shè)定條件均因此成為變數(shù),設(shè)定基礎(chǔ)亦失去意義,成型品的品質(zhì)穩(wěn)定亦實(shí)質(zhì)上不可能達(dá)到,因此運(yùn)用機(jī)械手取物中全自動(dòng)生產(chǎn)就變的非常重要,否則如必須以人取物,也必須盡量以標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作使取物時(shí)間正常,週期時(shí)間固定,所有調(diào)整設(shè)定才有意義,成型品質(zhì)也才能確保,如何使週期時(shí)間固定永遠(yuǎn)是管理工作上的重要課題.
5.位置
(1) 射出方面
射出填充階段為因應(yīng)成品要求而以射出速度的切換來(lái)配合,各切換點(diǎn)就是所要調(diào)整的位置,一般均以經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)整,亦可用料管容積計(jì)算長(zhǎng)度以確定切換位置,機(jī)械方面現(xiàn)已大多采光學(xué)尺加以調(diào)整,以求更精確及數(shù)據(jù)化.
(2) 其他方面
以開關(guān)模為主,最重要是配合成品長(zhǎng)短,托模后可以順利下成品為調(diào)整原則,特殊情形還有配合中子,絞牙使用位置等.現(xiàn)已大多使用光學(xué)尺調(diào)整,以便數(shù)據(jù)化.其他還有托模,射座,貯料等之調(diào)整位置等.
(三) 結(jié)語(yǔ)
展望未來(lái),射出成型除廷續(xù)過(guò)去所創(chuàng)造的技術(shù)成果與市場(chǎng)規(guī)模所帶來(lái)的商業(yè)利益,更須能全面提昇競(jìng)爭(zhēng)力,以配合日新月異的新塑料開發(fā)與利用,以及市場(chǎng)對(duì)射出成品品級(jí)的高度要求,加上生產(chǎn)更快速,要求物美價(jià)廉時(shí)代的到來(lái),精益求精勢(shì)必成為必要的趨勢(shì)以及成功的必要條件,以下是對(duì)於射出成型持續(xù)發(fā)展的幾點(diǎn)意見:
1. 射出成品應(yīng)朝向高精密化及高品質(zhì)的方向開.
2. 面對(duì)塑膠塑料多樣化及復(fù)合塑料的技術(shù)挑戰(zhàn).
3. 射出成品的大型化及高資本化傾向.
4. 自動(dòng)化以及因應(yīng)勞工短缺的全面管理提昇問題.
5. 上下游產(chǎn)業(yè)技術(shù)整合及策略聯(lián)盟的重要性加以考量.
6. 開發(fā)產(chǎn)品,提昇技術(shù),增進(jìn)附加價(jià)值的必要性提昇.
7. 相關(guān)技術(shù)及管理資訊的快速取得更為迫切.
8. 如何在各實(shí)際管理層面全面整合以降低成本.