?；砧€匙圈射出成型

1、?；砧€匙圈射出成型組員：劉力文、陳盈利、葉至恩、胡瑞麟德霖技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系夜四技093A指導(dǎo)老師：王宣勝 老師摘 要藉由製作本專題讓我們能夠更了解模具製作流程包括CNC銑床、放電加工、線切割、深孔加工及組立鉗工的技巧。在塑膠射出的過程中，進(jìn)一步了解塑膠製品如：縮水、毛邊、流紋、變形、等缺陷。以及射出機(jī)的設(shè)定與一些基本的操作，深刻了解到從原料的乾燥、料管內(nèi)的原料進(jìn)給量、原料的射壓、保壓、持壓、各段的壓力、各段的速度、各段的溫度、環(huán)境、步驟等，都是環(huán)環(huán)相扣，互相影響的。不同的塑膠材料所需求的射出溫度、流動(dòng)性、冷卻時(shí)間都不盡相同，也影響著成品的變化，就算是同一副模具，也會(huì)因材料的不同，使的射出條件

2、有很大的改變。加上模流分析，可以更明白進(jìn)料點(diǎn)的大小形狀、對(duì)塑料流動(dòng)的影響，模擬塑料在模具內(nèi)各階段的溫度變化及流動(dòng)速率，和壓力分佈，進(jìn)而在模具尚未射出之前，提供完整的資訊，做即時(shí)適度的修改，大幅減少不必要的時(shí)間及人力的浪費(fèi)，使成品能夠達(dá)到預(yù)設(shè)的型體，在本報(bào)告中提供詳盡的常用塑膠材料的性質(zhì)作為參考，一樣的成品，不同的材料所生產(chǎn)的成品在功能上會(huì)有些許差異，有些材料能提供極佳的強(qiáng)度、有些抗腐蝕、有些能耐磨耗、甚至於能耐高溫，詳細(xì)理解各種材料，能使設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品更加完善。一、前言一早醒來，眼前看到的是琳瑯滿目的塑膠製品，我們的專題就是完整呈現(xiàn)，大多數(shù)，塑膠產(chǎn)品的製作方式，簡單的說，塑膠和橡膠製品，都是需

3、要由模具來製程，構(gòu)成模具的材料，百分之九十以上都是金屬，簡單的解釋，塑膠和橡膠製品，都是大量生產(chǎn)，為了要讓生產(chǎn)數(shù)量大，減低磨耗，又快速，那會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題，是不是把塑膠料放在模具中，上下一壓就好了，其實(shí)把模具準(zhǔn)備好，只是前置作業(yè)，還必須要把模具裝在射出機(jī)上，在由射出機(jī)和模具相互作動(dòng)，完成塑膠產(chǎn)品。藉由塑膠射出能夠快速的生產(chǎn)產(chǎn)品，且不太需要人力，程式參數(shù)設(shè)定完成，模具裝置裝設(shè)正確，只需人員上、下料即可，就是這樣的便利性，成為了現(xiàn)今社會(huì)不可或缺的技術(shù)，在社會(huì)上也早已被廣泛的使用。二、設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)在專題的一開始，經(jīng)過我們與老師討論後的結(jié)果，決定了射出成型的方向，開模、射出加上模流分析，三個(gè)流程的加工步驟，

4、對(duì)我們來說是個(gè)很好的挑戰(zhàn)，於是我們便接著研究該射出什麼樣子的成品，既不能太大，又需具備其他功能，看到市面上這麼多型型色色的鑰匙圈，都各自有著不同的功能，於是讓我們有了設(shè)計(jì)一個(gè)既實(shí)用又兼具紀(jì)念價(jià)值的鑰匙圈想法。三、塑膠材料一般而言，塑膠原料可大分為兩大類：熱塑性塑膠（Thermoplastic）及熱固性塑膠(Thermosetting)。熱塑性塑膠在常溫下通常為顆粒狀，加熱到一定溫度後變成熔融的狀態(tài)，將其冷卻後則固化成型，若再次加熱則又會(huì)變成熔融的狀態(tài)，而可進(jìn)行再次的塑化成型。因此，熱塑性塑膠可經(jīng)由加熱熔融而反覆固化成型，所以熱塑性塑膠的廢料通?？苫厥赵倮茫嗉从兴^的二次料。相反的，熱固性塑

5、膠則是加熱到一定溫度後變成固化狀態(tài)，即使繼續(xù)加熱也無法改變其狀態(tài)。因此，熱固性塑膠無法經(jīng)由再加熱來反覆成型，所以熱固性塑膠的廢料通常是不可回收再利用的工程塑膠就是被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑膠，其強(qiáng)度、耐衝擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑膠。日本業(yè)界的定義為可以做為構(gòu)造用及機(jī)械零件用之高性能塑膠，耐熱性在100以上，主要運(yùn)用在工業(yè)上。目前常用之射出材料有：泛用工程塑膠(PP、PS、POM、ABS、PC、NYLON等)、聚酯彈性體(TPU、TPE、TEO等)、氟碳樹脂)PTFE、FEP、PFA、ETFE、PVDF)、耐溫高性能工程塑膠PSU、PES、PEI、PPS、LCP、PEEK等。

6、其性能包括熱性質(zhì)：玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Tg)及熔點(diǎn)(Tm)高、熱變形溫度(HDT)高、長期使用溫度高(UL-746B)、使用溫度範(fàn)圍大、熱膨脹係數(shù)小。 機(jī)械性質(zhì)：高強(qiáng)度、高機(jī)械模數(shù)、潛變性低、耐磨損、耐疲勞性。其他：耐化學(xué)藥品性、優(yōu)良的抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。 通用性塑膠者包括聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)、聚醯胺(尼龍, Polyamide, PA)、聚縮醛(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM)、變性聚苯醚(Poly Phenylene Oxide, 變性PPE)、聚酯(PETP，PBTP)、聚苯硫醚(Polyphenylene Su

7、lfide, PPS)、聚芳基酯，而熱硬化性塑膠則有不飽和聚酯、酚塑膠、環(huán)氧塑膠等。拉伸強(qiáng)度均超過50MPa，抗拉強(qiáng)度在500kg/cm2以上，耐衝擊性超過50J/m，彎曲彈性率在24000kg/cm2，負(fù)載撓曲溫度超過100，其硬度、老化性優(yōu)。聚丙烯若改善硬度及耐寒性，則亦可列入工程塑膠的範(fàn)圍。此外，較特殊者為強(qiáng)度弱、耐熱、耐藥品性優(yōu)的氟素塑膠，耐熱性優(yōu)的矽溶融化合物、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑膠、變性蜜胺塑膠、BT Resin、PEEK、PEI、液晶塑膠等。因?yàn)榛瘜W(xué)構(gòu)造不同，故耐藥品性、摩擦特性、電機(jī)特性等也有若

8、干差異。且因成形性的不同，故有適用於任何成形方式者，亦有只能以某種成形方式加工者，造成應(yīng)用上的受限。熱硬化型的工程塑膠，其耐衝擊性較差，因此大多添加玻璃纖維。工程塑膠除了聚碳酸酯等耐衝擊性大者外，通常具有延伸率小、硬、脆的性質(zhì)，但若添加2030%的玻璃纖維，則可有所改善?？茨＞呓Y(jié)構(gòu) 射出過程管理 塑膠 模具 射出 週邊 缺一不可。塑料的MI值全名為熔液流動(dòng)指數(shù)(Melt Flow Index)，簡稱熔融指數(shù)(Melt Index)，是一種表示塑膠材料加工時(shí)流動(dòng)性的數(shù)值。它是美國量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ASTM)根據(jù)美國杜邦公司(Du Pont)慣用的鑑定塑膠特性之方法制定而成，其測(cè)試方法是使塑膠粒在一定

9、時(shí)間（10分鐘）內(nèi)，一定溫度及壓力（各種材料標(biāo)準(zhǔn)不同）下，融化之塑膠流體，通過一直徑2.1mm圓管所流出之克數(shù)。其值越大，表示此塑膠材料之加工流動(dòng)性越佳，反之則越差。最常使用之測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D 1238，該測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的量測(cè)儀器-熔液指數(shù)計(jì)(Melt Indexer)的結(jié)構(gòu)如下：將待測(cè)高分子（塑膠）原料置入小槽中，槽末接有細(xì)管，細(xì)管直徑為2.095mm，管長度為8mm。加溫至某溫度後，原料上端藉由活塞施加某一定重量向下壓擠，量測(cè)該原料在10分鐘內(nèi)所被擠出的重量，即為該塑膠的流動(dòng)指數(shù)。所以有時(shí)您會(huì)看到如下的表示法25g / 10min，清楚的表示其MI為25，且是在10分鐘內(nèi)擠出25g之意。一

10、般常用的塑膠其MI值大約介於125之間，MI愈大，代表該塑膠原料黏度愈小及分子重量愈小。而MI愈小，代表該塑膠黏度愈大及分子重量愈大。玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Glass transition temperature，Tg )，為轉(zhuǎn)移溫度(Transition temperature)的一種，當(dāng)聚合物在Tg時(shí)，會(huì)由較高溫所呈現(xiàn)的橡膠態(tài)，轉(zhuǎn)至低溫所呈現(xiàn)出似玻璃又硬且易脆的性質(zhì)。結(jié)晶性塑料有明顯的Tg及潛熱值，聚合物會(huì)呈現(xiàn)塑膠態(tài)或橡膠狀態(tài)全視Tg與當(dāng)時(shí)使用時(shí)的溫度和材料收縮率(表-1)而定，故Tg為聚合物在使用上的重要指標(biāo)。表-1 塑膠材料成型收縮率四、射出成型塑膠射出成型技術(shù)利用壓出機(jī)把融化的塑膠材料射入金

11、屬模具之中. 將融化之塑膠灌入此密閉空間待其冷卻凝固即可獲得與此密閉空間相等形狀之塑膠成品. 此零件製造法稱為，射出成型 (injection Molding)是各種塑膠成型法之中最重要、也最普遍使用的技術(shù). 此種製造方法需使用塑膠射出機(jī)。射出成型的原理是把如綠豆大的固體原料 (pellet)倒入壓出機(jī)的盛料筒中，原料經(jīng)由迴轉(zhuǎn)的螺旋裝置攪拌，在壓出機(jī)的加熱筒部分加熱與融解。液態(tài)塑膠在螺旋的迴轉(zhuǎn)和油壓推進(jìn)交替運(yùn)轉(zhuǎn)之下，從筒中以高壓射出，填滿金屬模具內(nèi)的空間，而後立即將冷水送入金屬模具中降低溫度。等成型品冷卻硬化之後，便可以開模取出。射出過程可以全自動(dòng)化，用高速度連續(xù)生產(chǎn). 速度很快. 平均一個(gè)杯

12、子大約只要l0秒就完成了，原子筆管1秒，即使如汽車儀表板之類大型物品也只要3-4分鐘。在所有成型方法之中，速度最快，適合大量生產(chǎn)。成型品的尺寸精確，品質(zhì)安定。從單純的形狀杯子到形狀複雜的汽車儀表板，從0.01g的鐘錶小齒輪. 到超過20Kg的浴缸一般大的成型品，都能夠製造。原料損失少，完工處理方便，而且成型時(shí)就有顏色，外表美觀。此外，大量生產(chǎn)時(shí)能大幅降低成本。通常射出所使用的塑膠，熱塑性與熱固性二者皆可. 但模具不一樣.射出溫度也不盡相同(參考表-2),熱塑性塑膠佔(zhàn)大多數(shù)。常用的是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和ABS等。表-2 射出機(jī)溫度調(diào)整參數(shù)試射步驟

13、：1清洗模面，除油。2合模試射。3成型條件，一次只調(diào)一個(gè)參數(shù)。4壓力，速度，時(shí)間，位置調(diào)整。5料溫，模溫調(diào)整(約十分鐘左右可看結(jié)果)。6短射法試出各段實(shí)際位置。7或裁切法稱重依比例算出各段位置。8先求外觀完整美觀，無翹曲變形/氣泡/流痕。9再求尺寸安定。10控制重量誤差。11注意後收縮變形。12比對(duì)樣品。13檢討確認(rèn)簽核。環(huán)境需求：機(jī)械必須安裝於室內(nèi)來防止天候來影響產(chǎn)品品質(zhì)及機(jī)械使用於會(huì)爆炸的環(huán)境且應(yīng)放置於合乎以下的環(huán)境。1環(huán)境溫度：550°C2相對(duì)溼度：35%90%3大氣環(huán)境：無過多粉塵、酸氣、腐蝕性氣體。4避免日曬高溫引響機(jī)械準(zhǔn)確度及表面溫度。5避免不正常的震動(dòng)。平常應(yīng)注意的檢查

14、項(xiàng)目：1移除因搬運(yùn)過程中所做的防鏽保護(hù)。2檢查機(jī)械水平。3檢查電源接線。4檢查水管。5檢查液壓油。6檢查潤滑油。7檢查安全護(hù)罩是否牢固。8檢查緊急停止開關(guān)。9檢查機(jī)械式止動(dòng)棒。10檢查安全門裝置。射出成型加工的優(yōu)點(diǎn)：1組件能以高生產(chǎn)速率生產(chǎn)製造。2可以製造大體積的產(chǎn)品。3單位元件所須人工相當(dāng)少。4射出成型很容易自動(dòng)化。5組件不太須要再經(jīng)修飾。6可以擁有很多不同的表面 顏色 修邊。7組件可得到很好的修飾效果。8 對(duì)複雜形狀的組件 射出成型是最經(jīng)濟(jì)的製造方法。9 射出成型適合製造樣式多的的組件 其他加工方法幾乎不可能。10殘料如流道 澆口等處可再利用。11更換材料射出時(shí)無須大量更換機(jī)器。12尺寸安

15、定性良好。射出成型缺點(diǎn)：1高度工業(yè)上的競(jìng)爭使的獲利邊際效益降低。2模具設(shè)計(jì)及製作成本昂貴。3模具機(jī)器及週邊設(shè)備成本高。4程序上的控制不是很好且控制之結(jié)果常不能與最後的成品有很好的協(xié)調(diào)性。5品質(zhì)上很難由操作條件調(diào)整而得以馬上解決。6乏對(duì)整個(gè)程序上基本了解很容易引發(fā)問題。7須了解材料的長期性質(zhì)確保產(chǎn)品，長期使用。五、設(shè)計(jì)在與老師的討論過後決定把正面設(shè)計(jì)成校徽的圖案,在背面鑲上一面鏡子,讓鑰匙圈不在只是一般的鑰匙圈,還貼心的設(shè)計(jì)讓鑰匙圈邊緣稍微提高,讓稍低的鏡面和?；?qǐng)D案不至於遭到磨損,還在?；彰嫔峡躺系铝氐目s寫，因?yàn)榭紤]到平均的問題以及加工的方便性，於是把原本的英文縮寫字凹改為字凸(如同圖1與圖2

16、設(shè)計(jì)圖所示),不僅實(shí)用還能代表我們?cè)诘铝貙W(xué)習(xí)了四年的紀(jì)念。圖1 公、母模設(shè)計(jì)圖圖-2 成品設(shè)計(jì)圖六、製作流程 圖3為本研究製作流程規(guī)劃，為確保公、母模精準(zhǔn)度符合產(chǎn)品要求，在確認(rèn)鋼材鋼料材質(zhì)後，即送CNC場(chǎng)在模具上銑出大概形狀(還未達(dá)加工尺寸)，加工完全在CNC廠商，在加工的同時(shí)銅電極也須一併進(jìn)行，加工完成後為了尺寸精密度，將準(zhǔn)備好已成型的電極開始進(jìn)行放電加工，在加工過程中藉由微調(diào)整達(dá)到成品尺寸，在模具完成後施以打光處理，使射出的成品表面細(xì)緻。圖3製作流程流程圖射出成型的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作時(shí)序：鎖模>>射膠>>保壓>>冷卻+熔膠>>開模>>頂出。

17、架模: 簡單說就是把模具架上去機(jī)臺(tái)(模具包含公母模以及滑塊), 然後校正水平, 接著能夠順利開合模,這樣就算是架模完成(如圖4)。 圖4模具如果講究一點(diǎn)還會(huì)把模溫機(jī)給架好後預(yù)熱以方便後續(xù)的試模。試模:簡單說就是把材料(塑膠,熔熔金屬湯液)試著以射出(塑膠)或是壓鑄(金屬湯液)到模具裡面,然後再開模取出工件, 如果有短射,縮水,變形,等等奇形怪狀的問題再陸續(xù)修改, 以上這一連串的動(dòng)作就叫做試模。沖壓模具或是塑膠模具都會(huì)用到架模與試模這兩個(gè)名詞, 因?yàn)檫@是相當(dāng)普遍的用詞, 連壓鑄,擠型也都有這兩個(gè)名詞。鎖模：將模具閉合，使模穴內(nèi)型成密閉空間。射膠：將熔融塑膠原料經(jīng)由類似針筒擠壓的方式注入模穴內(nèi)。保

18、壓：因原料進(jìn)入模穴內(nèi)便開始冷卻，而產(chǎn)生冷縮的現(xiàn)象，保壓的目的便在於 補(bǔ)充冷縮時(shí)所需的原料，就像是把容器內(nèi)的成品擠得更為飽滿扎實(shí)一樣。冷卻：成品成型於模穴內(nèi)但尚未完全定型，“冷卻”便是讓成品定型的過程。熔膠：因料筒內(nèi)的原料已被注入模腔，無原料可再生產(chǎn)下一模，故需再重新熔解原料，(一般會(huì)在冷卻等待的時(shí)間內(nèi)作這個(gè)動(dòng)作)。開模：當(dāng)模內(nèi)成品冷卻至一定時(shí)間後便可作開模動(dòng)作。頂出：模具打開後製品依然會(huì)黏附於模仁上，便要靠頂出動(dòng)作將成品由模仁上將其推出。下模1確認(rèn)試射樣品檢討完成。2成型條件已輸出/模號(hào)儲(chǔ)存。3拆油管及其它設(shè)備。4清潔模具上防鏽油，合模不起高壓。5下模歸位。6清潔機(jī)臺(tái)及週邊設(shè)備。七、研究與討論

19、在進(jìn)行成品射出時(shí)常遇到下列幾項(xiàng)問題，為此，在發(fā)現(xiàn)問題的同時(shí)，一併提出改善的方式，塑料充填不足可能是因?yàn)橄铝星樾危?dāng)射出壓力太低時(shí)增大壓力，當(dāng)射出量不足時(shí)增加加料計(jì)量，當(dāng)料管溫度過低時(shí)，可延長射出週期或慢慢提高溫度，當(dāng)模溫過低時(shí)，模具水量調(diào)小，提高模具溫度，當(dāng)排氣不良和包風(fēng)時(shí)，可以藉由改良模具通氣坑和模具射口或增加進(jìn)膠點(diǎn)，來獲得較佳的控製因素。當(dāng)塑料灌入模具，產(chǎn)生空洞時(shí)，可能是以下二種情形所導(dǎo)致，一是成型品厚薄不一(如圖5)，易造成厚薄面固化速度不同，使較厚之部位凹塌形成真空的洞，二是塑料本身含水份或添加劑因熱分解，在射入模內(nèi)因壓力降而形成大量的氣泡，發(fā)生上述問題時(shí)，常見的對(duì)應(yīng)方式如下，增加塑料

20、溫度，增加射壓提高模溫，增加澆口尺寸和增加背壓，加長保壓時(shí)間，減慢射膠速度，充分乾燥塑料，如果是單純的缺料，增加射出量即可。圖5射出成品成品的毛邊是一般產(chǎn)品極其容易發(fā)現(xiàn)的缺陷,追究其原因，可以拿下列三樣常見的狀況來解釋，塑料過熱流動(dòng)性太好，過度保壓成品,最有可能的原因是,鉗工組立時(shí)，未使其分模面密合,上述三種原因，在各項(xiàng)缺陷中都屬於,較容易處理的部份，大多數(shù)以降低料溫，降低射壓射速提前切入保壓，降低模溫減少保壓時(shí)間，加大鎖模力，用這四種方法來做處理。裂痕和頂破，會(huì)使成品出現(xiàn)裂痕的二個(gè)原因，幾乎都是，模具溫度太低或不當(dāng)?shù)拿撃ＴO(shè)計(jì)如角度斜位及倒鉤，而頂破比較常發(fā)生在肉厚較薄的地方，成品受頂針推出時(shí)

21、刺破獲頂出傷痕，前者可以藉由提高模溫和修改模具來解決，後者則需檢討頂出方式，取消頂針或改變頂出方式來應(yīng)對(duì)。在摘要時(shí)就已經(jīng)介紹，射出成型的控制條件是互相引響的，接下來的這二項(xiàng)缺陷也是如此，流紋和縮水，如果成品以透明的材料成型的話，幾乎會(huì)縮水就會(huì)有流紋，有流紋可能會(huì)有縮水，起因於塑料過冷，模溫太冷或澆口太小，此外射壓太低和射速過慢也會(huì)造成流紋和縮水，解決方式就是逐項(xiàng)將上述起因修改，找出最適合的條件，太慢的調(diào)快一點(diǎn)，太低的調(diào)高一點(diǎn)，或增加模具中的排氣孔道，當(dāng)然，在處理這些問題時(shí)，操作經(jīng)驗(yàn)就顯的相當(dāng)重要了，否哲會(huì)很容易調(diào)整到?jīng)]問題的條件或錯(cuò)過有問題的地方。當(dāng)成品有部分燒焦或變質(zhì)時(shí)，可以降低料管及射嘴溫

22、度檢視螺桿料管是否有刮傷檢查溫控系統(tǒng)，減少塑料滯留時(shí)間，降低背壓轉(zhuǎn)數(shù)射壓及射速充分乾燥塑料，以改善模具排氣孔來改善。變形這項(xiàng)缺陷常常是許多射出機(jī)操作者的惡夢(mèng)，發(fā)生的原因較容易辦別，不外乎填料不足、塑品切面厚或厚薄不均、射出壓力太小、射出時(shí)間太短、射出速度太慢、澆口不對(duì)稱、保壓不足或塑料過熱，除了塑品切面和原設(shè)計(jì)有關(guān)，較難克服外，其餘缺陷都可經(jīng)由下列射出條件的改變，而有改善，增加射出壓和加料行程或射料速度，修改模具使?jié)部趯?duì)稱，下列補(bǔ)充一些射出基本原理。料管溫度的控制與調(diào)整方法成型時(shí)如果材料的溫度過低，成品無法充分發(fā)揮其物性，相反的，如果以過高的材料溫度成型時(shí)，則會(huì)有變色或分解等問題。一般成型時(shí)材料溫度以高於熔點(diǎn)溫度約300且低於熱分解溫度100為宜。一般小料管的加熱溫度，概分為四段，前段溫度與後段溫度一般設(shè)定較低，中間兩段溫度設(shè)定較高，各段之溫差約5100°C。假若後段溫度過高，則塑膠粒熔融過早，