塑胶原料程式射出概念及實例

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70mm,射出完成點是3mm,則應為3.7-10mm指標處進入保壓區域,實際上到底在那一位置較適合,應視所需完成的目標以及各种不同的射出狀況加以判定.

    射出完成點至空射到底的0點位置間,保有1-5mm左右的距離是有必要的,這段距離是作為彈性墊片(cushion)空間之用,作為傳導射出力量的介質,如果勁射至0,將失去傳導力量的作用,只有在极少數的射出個案,例如薄食品容器,由於成品約只有0.35-0.65mm极易冷卻,加上使用很快的速度射出,作速度或壓力切換均可能因油路切換的延遲而不準確,為防止毛邊,才使用計料量的方法射出,只給予剛好塑料量的距離勁射到底,完成射出行程;在大多數的射出情況則應避免,才能得到較良好的射出成品,反之,如果設定距太長,則會因為料管前端堆積太厚的塑料,中間部分將會降低溫度形成冷熱不均的現象(所有塑料均是熱的不良導體),不但影響射出時速度順暢度的發揮,也會影響成品的品質.

    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,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.

 

        c    b   a                射出速度及射出壓力程式圖示

 

 

 

 


 

                         (射出速度)

 


 

        (保壓階段壓力)

                               保壓階段   填充階段

     斜率圖示(a,b,c部分)

                               

                     

                                 (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.

         保壓       填充階段                  保壓     填充階段

 

 

 

 

 


 

           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

1.

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.

2.

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.

3.

1.       漸受重視的高速成型法,以高速作一段射出,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.

4.

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.

5.

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.

6.

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.

7.

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.

8.

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.

9.

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.

10.

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

1.

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.

2.

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.

3.

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.

4.

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.

5.

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

1.

     

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.

2.

  

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.

3.

    

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,90%處降低射速,98%處降低射壓,進行保壓,可以去除左述情況.

4.

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,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.

5.

   

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

6.

 

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.

7.

 

 

 

 

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.

8.

  

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

9.

 

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.

10.

 

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%,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.

11.

 

PP湯碗,厚度0.5mm,熱澆道小點射出.

 

 

 

 

 

      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.

12.

 

 

 

PP喇叭膜0.33mm,薄片式射出厚度須均勻.

 

 

 

 

 

 

      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

13.

 

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.

14.

 

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.

15.

 

行動電話電池蓋,厚度0.6-0.9mm,ABS+PC,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.

16.

 

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.

17.

 

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

18.

  

0.25mm薄片,ABS塑料,不變形,不缺料.

 

 

 

 

 

 

        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.

19.

12mm透明圓棒,PMMA塑料,不能有真空泡表面光滑等.

 

 

 

 

 

          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.

20.

 

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.