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程式射出概念及實例
射出成型加工法是以极大的能量在很短的時間內,將塑料射入模腔的整個過程,由於模腔內形狀因不同成品而異,形式千奇百怪,不一而足,加上厚薄不均,對塑流產生极大的障礙,因此射出工程也可以說就是以動力使塑流射入模腔成型時,所面對的障礙並加以克服的過程,前期階段是填滿模腔的動作,稱為填充階段,后期階段為將塑料壓實的擠壓動作,一般稱為保壓階段.
程式射出是為了克服成品的外形或其他物理條件,不能在恆定的射壓或射速中得到滿足,因而不能產出優良的成品時所使用的因就方法,可以大幅提昇射出成品的品級,克服大多數的射出成型問題,最早在1975年由日本東芝射出機發表,20多年來射出機的主流射出功能設計亦朝此方向不斷改進,台灣在約1985年后才開始注意到此項趨勢,近年來的進步更是快速,基本上,大多數電腦的設計均已能勝任,但在實際使用上,則由於牽涉原理及影響因素太多(如造型、塑料、射出機、模具以及基本的邏輯推理等),一般並未能達到得心應手的地步,甚且有部分情況爭議性仍高,是足以將理論及經驗充分加以探討實踐的一個廣大的領域,我們僅能就基本型態作簡單探討,實際運用時間依需求狀況加以調整,方可能求出最理想的狀態加以運用.
程式射出簡單的說,就是在射出填充階段依需求設定階梯狀的快慢射出速度區間,一般以位置加以區分,以及在保壓段依需求設定階梯的高低壓區間,一般是以時間來設定,因此時填充已接近完成或已完成,射速已明顯降下來,射出位移也已不明顯.
保壓點的設定關系成品品質甚大,太早進入保壓,由於填充塑料尚在進行中,射出壓力並不一定和所設定的保壓壓力一致,尤其是慢速填充或成品較厚的情形更是如此,則此時的保壓只是填充階段的末期,難以呈現保壓的效果;相反的如果太慢進入保壓,則由於填充階段已完成,填充時的末段射出壓已成為初期保壓的作用,如壓力高當已呈毛邊或應力大的情況,如壓力太低,則會缺料或收縮,待冷卻至一定程度,皮膜已硬化,即使再進行保壓已不發生作用.
保壓點一般設定在射出行程的90-99%距離處,也就是距離射出完成點約1-10%,比如射出行程是
射出完成點至空射到底的0點位置間,保有1
由於程式射出的多變性和復雜性,進行純理論分析殆有難處,目前的CAE軟體模擬,大多也只能參考的程度,因此透過理論的探討再加上經驗的累積就變得非常重要,資料的累積、整理、分析均可作為新程式的參考,誠應加以重視.
線性斜率功能是在保壓切換間加上可調距離,使保壓和另一段保壓之間呈現線性斜度,緩慢升或降的控制方式,可以消除因壓力陡降時料管內塑料壓力釋放形成的減壓現象,增加保壓的穩定性,另外結晶性塑料因流動性良好,也會使保壓切換時模內成品的壓力狀況不穩定,使用線性線性斜率功能有助於成品密度均一,避免翹曲,就機械動力方面,也能使油壓遽變換產生的聲音及震動減輕,在程式射出中是值得注意的一個功能.
(射出壓力)
基本上快速射出是較為主流的成型法,可以減少在模腔內的塑流阻力、降低阻抗減低鎖模力、冷卻也能提早,從而降低成本,但如在一個成品內,同時遇到空氣逸散不良或毛邊等現象,就必須在某些射出階段用到慢速射出,這是程式射出在填充階段的運用例子.
而在保壓動作中也是如此,比如成品有收縮現象,可在保壓時加上高壓解決,但如因模具或其他因素形成毛邊,則我們可以采取在開始降壓极短時間,使成品的外部皮膜較堅固的形成,然後再加上高保壓使成品不收縮,因此時皮膜較厚而穩定,也同時避免毛邊的產生,這是程式射出在保壓階段中常用到的例子.
雖然目前大多數射出機的電腦,均將數段射出及數段保壓,均分別賦予個別的速度及壓力功能,形式上是提供了方便的可調性,但在程式射出的探討中,我們必須指出這種觀念基本上是錯的,如不加以分清,將會使原來就很複雜的射出在實際調整上變得更為複雜,反而難以抓住程式射出的調整要領.正確的觀念填充階段時,主要是射出速度的變化,壓力只是作為支撐所需要射速的力量而已,射出壓力在此階段是不重要的.而在保壓階段時,由於填充已近尾聲,射速將呈弧線方式減慢,取決於模具內塑流的狀況,而不是機械射出速度的設定,此時射壓的變化才是重要的,射出速度以一個恆速使用已足夠(依作用力公式,如速度為零,壓力也將靜止失去功能),但此恆速仍不應低於保壓初期的實際射速,以免改變塑流,形成不必要的變數.
當然,機械上功能的方便性我們仍可加以發揮,只是基本調整方針不要混亂,才有助於程式射出的順利使用,而在某些特定的情況下,填充階段中以降低壓力來減慢射速,或在保壓階段中,以增加射速來補射壓的不足(极低壓狀況),均有其實用價值,我們並不加以排斥.
程式射出的壓力設定 一般狀況呈現的壓力曲線
由上圖示可知在填充階段賦予多段壓力是沒有多大意義的,在填充時,模腔內仍有空間,射出是處於類似空射的狀態,實際的壓力只呈現足以推動塑流的壓力,可由油錶中看出來,只有在薄成品射出時,由於塑流一開始即面對阻力,才會使壓力曲線呈現較類似設定壓力或完全一樣的狀態,但壓力仍然只是支撐射速的實際呈現,這點還是不變,只要調高射壓使射速不會下降的程度就可以了,所以有些國外的機械在填充階段是只設計一段射壓的.
保壓階段亦是如此,當射速因塑流受阻呈弧線急速下降時,射速設定再高也是沒有用的,射速只是作為保壓的支撐而使射出動作穩定前進的作用而已,國外不少機械在保壓階段是只設定一段速度,以求程式射出調整的簡單化.
以下以填充及保壓的基本模式說明,並舉成品實例補助,希能對程式射出能收相互印證的效果.
填充模式說明:
填充模式 |
使用情況及作用 |
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1. 透明厚成品常用的填充模式. 2. 射出一段先填澆道,二段以极低速通過澆口,皮膜穩定后以是低速擴大皮膜包,最后再以稍慢速填滿模腔. 3. 主要是避免外觀的流痕及內部的真空泡產生. |
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1. 避免澆口附近成品產生流痕、噴痕,以第一段先填澆道,二段以中低度通過澆口,再以三段的中高速射出到底. 2. 此法很普遍及好用,重點在切換的時點的掌控. 3. 作用在於能將冷料均勻的擴散,不留下痕跡. |
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1. 漸受重視的高速成型法,以高速作一段射出,至80%-99%間階梯式降速. 2. 可以有效防止薄成品因射出緩慢而增厚,厚成品也右提昇接合時的品質. 3. 使用此法,須輔以高的射出壓,射速才會穩定. 4. .以此法可用小鎖模力機械製作較大的成品. 5. 可使模腔內的空氣有足夠時間逃逸,避免銀線、燒焦. |
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1. 中高速通過澆口,再急降二速,使塑流皮膜完成,然再高速射出,適用於厚成品. 2. 可以整體塑流穩定,保壓點容易抓準. 3. 防止溢料毛邊現象. |
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1.以高速充填至所需位置,改以低速,配合射出高壓,可以有效減少接合線. 2.在最后的高壓填充階段,降低射出速度,亦可減少毛邊產生. 3.厚成品可以得到密度較均勻的成品. |
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1. 對流道較少的成品,以低速直接通過澆口,可以避免成品產生流痕、噴痕,后以高速充填完成. 2. 精密成品常用此法控制重量及尺寸穩定度. 3. 可以製作較大的成品. |
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1. 以高速完成90%以上的填充階段,再急降約一半速度,可以形成一緩動壓力區,減少毛邊產生. 2. 精密成品常用此法控制重量及尺寸穩定度. 3. 可以製作較大的成品. 4. 此法也可和以上6的方法合一使用,效果更好. |
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1. 這是為因應成品中有厚度較大的不同形態區,所作的高速位移,依成品形狀決定切換位置. 2. 運用此法可使進入厚肉區的塑流比較順利,填充較為迅速. 3. 接合線善會比較良好. |
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1. 中間的減速區,是因應成品中有很多支柱、孔洞時減少衝擊,避免產生接合線產生. 2. 減速區位置,依成品狀況位移. 3. 避免使用全程慢速秘形成的品質問題. |
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1. 厚成品要求密度高時,先采低速射出,最后才采高速、高壓定型. 2. 此方法須配合較大的射口及澆道、澆口等條件. 3. 低速應配合高壓推進才會穩定. |
保壓模式說明:
填充模式 |
使用情況及作用 |
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1.填充階段完成,降低保壓壓力,使塑料皮膜趨於穩定,然後再提昇射壓加以定型. 2.可以較小的鎖模力機械成型大件成品. 3.防止毛邊現象的產生. 4.消除可能的應力產生. |
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1. 填充階段完成,提高保壓壓力,適合在厚的成品使用,防止凹陷,但在結晶性塑料應謹慎使用,避免變形. 2. 可以使厚件、零件、電子件表面平整. 3. 由於填充階段壓力較低,可防止產生毛邊. |
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1. 填充階段完成,續加以保壓,防止成品凹陷、變形,但隨即降壓,至不變形,又能使成品穩定的狀況. 2. 可消除應力產生,增加成品穩定性. 3. 保壓二可能持續較久,可以節省能源及機械消耗. |
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1. 填充階段完成,保壓壓力降低,保壓二再降,可防止毛邊產生,增加成品穩定性. 2. 結晶性成品常用此方法定型減少變形. 3. 可降低應力產生可能,是常用的模式. |
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1. 填充階段完成,保壓以斜率方式降低至可以穩定成品尺寸的範圍. 2. 針對不能有應力產生的狀況. 3. 結晶性塑料成型,使用此法可增加密度的均勻度. |
成品實例說明:
成品類型 |
問題點 |
程式射出圖 |
原理分析 |
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射入點流痕,噴痕現象 |
射出速度 射出壓力 |
澆道經澆口的短距離內使用慢速,使前端冷料順利擴成皮膜,再轉中快速射出. |
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射入點流痕,噴痕現象. |
射出速度 射出壓力 |
澆道較長,為免冷料射不進,先以快速將冷料推入冷料井,再以慢速經過澆口,以中快速射出. |
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薄成品射入口處產生波浪紋或對邊產生毛邊. |
射出速度 射出壓力 |
以高速、高壓射出,在90%處降低射速,約98%處降低射壓,進行保壓,可以去除左述情況. |
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大面積中厚度成品,產生毛邊或收縮現象. |
射出速度 射出壓力 |
快速射出,約80%處降速,90%處再降速.95%處由高壓降至低壓,邊緣皮膜穩定后再以中壓定型. |
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長面積成品,產生彎曲情形. |
射出速度 射出壓力 |
高壓快速射出,70%處稍減速,90%處再減速.保壓亦可采保一低,保二中高壓方式,亦可直接以中高壓保壓. |
成品類型 |
問題點 |
程式射出圖 |
原理分析 |
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長薄管類成品易變曲、不直,PP材質. |
射出速度 射出壓力 |
塑流必須快速,射速以全速射到底,二次速以50%避免應力,射壓以高壓去撐射速,保壓時稍降以確定結晶塑料的穩定. |
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片狀成品,在圓孔的對邊產生接合線. |
射出速度 射出壓力 |
以快速射出,保持前端塑流溫度,在圓孔處降低速度至30%,改以高壓使料流結合,保壓只降一些,不產生毛邊為原則. |
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壓克力三角柱表面接合線彎曲,變形內部真空泡. |
射出速度 射出壓力 |
以快速將冷料推入冷料井,以极低速通過澆口. |
成品類型 |
問題點 |
程式射出圖 |
原理分析 |
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PC薄片,射出不足,長孔對面接合線,射入點霧暈現象. |
射出速度 射出壓力 |
以中速通過澆口解決霧暈狀況,隨即以高速射到底.保壓中速,填充階段以高壓應付,保壓仍屬中高壓. |
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大件電腦用品,葉肋容易不足料,毛邊現象. |
射出速度 射出壓力 |
以最高速填充60%處,轉成一半速度射出,此時以高壓熔合擠壓葉肋內的空氣. 保壓采低壓低速,避免毛邊. |
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PP湯碗,厚度 |
射出速度 射出壓力 |
高速、高壓射出不必保壓,射出時間只有0.4秒內,保壓不重要. |
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PP喇叭膜 |
射出速度 射出壓力 |
高速高壓射出,保壓低,清除應力,維持成品品質. |
成品類型 |
問題點 |
程式射出圖 |
原理分析 |
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大塑膠桶PP塑料,不能毛邊. |
射出速度 射出壓力 |
高壓高速射出,保壓先降低20%形成皮膜,再增壓定型. |
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PVC軟質氧氣罩,不變形,表面光滑. |
射出速度 射出壓力 |
溫度須足夠射壓應极低,射速以中等即可,以不變形為主要考量. |
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行動電話電池蓋,厚度0.6-0.9mm,ABS+PC料,尺寸須準確. |
射出速度 射出壓力 |
薄物成型須高壓高速,但在保壓時降壓主要是保持皮膜穩定,再以中壓定型,避免應力、變形. |
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長形電腦端子,不變形,不彎曲,尺寸穩定. |
射出速度 射出壓力 |
第一段慢速消除流痕,中壓中高速射出,保壓降低以保持尺寸穩定. |
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光學投射片,PMMA塑料,完全不收縮才有投射圖案功能. |
射出速度 射出壓力 |
以低及中低速射出,中高壓射出及保壓. 此類成品射壓比射速重要. |
成品類型 |
問題點 |
程式射出圖 |
原理分析 |
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射出速度 射出壓力 |
高壓高速射出,保壓壓力降低,只是為了穩定尺寸. |
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射出速度 射出壓力 |
低速射出,通過澆口時須更低速,形成皮膜再回復低速射出. 保壓以低保壓形成穩固皮膜再增壓,第三段稍降定型. |
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CD外盒,PP材質,變形度須低,不毛邊. |
射出速度 射出壓力 |
高速射出,高壓是去撐高速射出之用. 保壓采兩段,先低后高方式確保週期快又不產生毛邊. |
程式射出包羅甚廣,只能就觀念上探討,再依據現實狀況靈活應用,當能體會其中奧妙,經驗在其中扮演很重要的角色,而射出成品要求水準不斷提高,在這方面有待克服的層面仍然很多,是業界中足以努力的方向.
在此必須一提的是程式射出並非萬能,針對特殊的成品設計,澆口的限制等因素,有時仍可能難以成功的使用;另一方面程式射出也有提高成本的可能,因此應該以一般成型法加上各人層面的配合為主,必要時才使用程式射出法為輔,總之,節省成本在射出成型中頗為重要,不可本末倒置.
各個層面的配合,指的是如澆口形狀的改變可以克服流痕(flow mark)、噴痕(jet mark)、暗暈現象,就可以一般成型法射出;又比如稍加鎖模力,就能克服毛邊(flash),就不須程式射出;又如改善模具排氣狀況,就不必用程式射出來克服接合線(wold line)問題……等均為具體的例子.
晚近射出成型技術的發展有向高速射出發展的趨向,事實上配合螺杆混煉設計的提昇,模具排氣裝置的進步,模溫控制觀念的提昇,塑料及復合塑料的多樣化發展,射出成型機射出速度提昇及控制的精密化,周邊產業的發達……等諸多因素的結合,均使得射出成型朝向更簡易化,常常能以高速的射出,即能使塑料很順暢的流竄於模具內部,產生優秀的成品,程式射出被運用的復雜度有降低的趨勢,甚至使用度也減少了,但不可否認,程式射出對某些成品仍是必須使用的,如何善加體會運用仍然充滿挑戰性.