模具設計課程

1、主題 : 塑膠材料與射出成型授課老師 : 高經理模具設計製造零件工程材料設計、功能金屬(金屬鍵)塑膠(凡得瓦力)陶瓷(共價鍵)合成高分子塑膠材料6大特性l質輕l加工易l性質可隨需要而變l化學穩(wěn)定性好l絶緣性佳l透明性及著色易塑膠材料分類塑膠非結晶型熱塑性熱固性結晶型熱塑性塑膠(Thermoplastic plastic)l隨溫度的升高而熔化，隨溫度的降低而凝固，可藉由不斷升溫降溫改變其型態(tài)。l隨分子結構排列不同可分為結晶型非結晶型如:PC,PE,PVC,PET,PS等。熱塑性非結晶型特性l透明l無結晶區(qū)l分子排列呈隨機狀(Random)l有玻璃轉脆溫度(Tg)l無熔融溫度(Tm)如:PC、PM

2、MA、PS。熱塑性結晶型l非透明l局部結晶區(qū)l分子排列規(guī)則(Ordered)l具有Tg及Tm值如:PE、PP、Nylon。熱固性塑膠(Thermosetting plastic)l 分子呈長鏈狀排列，而長鏈間存在共價鍵，交織而形成類似網狀結構。加溫加壓使其固化(Curing)後，分子之間會產生”架橋反應”，使得塑膠結合緊密且堅硬。即使加溫也無法熔融或是回復到原來的樣子。如:POM,PF,UF,UP等。五大泛用塑膠及用途l低密度聚乙烯(LDPE)容器、塑膠袋、膠膜、管子等。l高密度聚乙烯(HDPE)膠管、膠布、膠膜等。l聚苯乙烯(PS)外殼、玩具、壁磚等。l聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑膠管、薄膜、

3、保鮮膜等。l聚丙烯(PP)汽車保險桿、儀表板、纖維等。工程塑膠l起源自1956 年杜邦推出Derlin 商名新塑膠,宣稱可取代金屬,工程塑膠之名由此開始。l特性1.機械強度高而且有適當平衡2.耐熱,耐久或具特殊機能3.加工性良好4.價格合理且工程性良好泛用工程塑膠尼龍(Nylon , PA)聚縮醛(Polyacetal , POM)；塑鋼聚對苯二甲酸丁二醇(Poly Butylene Tertephehalate , PBT)聚對苯二甲酸乙酯(Polyethylene Terephthalate , PET)聚碳酸酯(Polycarbonate , PC)聚二氧苯(Polyphenyl Oxi

4、de , PPO)塑膠材料的重要性質l玻璃轉折溫度(Glass Transition Temp.，Tg.)非結晶型材料在升溫時產生之現(xiàn)象T Tg：材料軟化。T Tg)，以壓力將其成型至與模穴相同的形狀，待冷卻後經後處理(如:裁邊)即得所須之產品。夾持加熱加壓成型冷卻裁邊製程分類依成形件厚度分兩種連續(xù)式加工非連續(xù)式加工應用免洗餐具、冰箱內槽、戰(zhàn)機座艙罩等。製程製程熱壓成型-製品塑膠加工成型方法-5l旋轉成型原理:用二片分割之密閉模，將相當於製品重量之塑膠量注入，同時以異向回轉在熔融爐內加熱，此時塑膠體即均著於內壁而熔融膠化，成為製品。填料旋轉、加熱冷卻取模製程製程應用應用球體(如:浮標)大型中空

5、件(如:塑膠溜滑梯)、工具箱。旋轉成型製程圖旋轉成型-製品塑膠加工成型方法-6lIC封裝原理:以熱固性塑膠為主材配合陶瓷粉末,以轉注成型技術提供IC與外界隔絶的保護層。製程切割打線封裝測試目的提供IC外殼保護，避免與空氣接觸。提供機械強度，以便後續(xù)處理。提供散熱通路，以免晶片過熱。提供訊號通路，連結晶片，電路板。塑膠加工成型方法-7l複合成型製程原理:多種材料以塗層方式，重覆塗層次數至達到所需厚度而得成品的方法。以船體結構為例：備模。塗佈脫模劑層。塗佈純樹脂層 (0.30.4mm)。塗佈玻璃纖維層。thermoset resin brushed on (熱固性塑膠纖維)。輥輪均施壓，使層間結合

6、緊密。重覆36步驟至達到所需厚度。複合成型-製品射出成型l為何稱為“射出成型”?因融膠黏性高，要成形必需以高壓射入模具，故稱之。l射出成型 三階段l充填(Filling)l保壓(Packing)l冷卻(Cooling)Process timeCoolingFillingPacking在這門課我能學到射出成型的哪些知識!?l認識射出成型機功能及結構l認識射出模具構造l了解射出成型原理l了解成型時所會遇到的問題射出成型機介紹射出成型機主要組成單元l射出單元l鎖模單元射出單元-1/5l組成主要由入料筒、加熱管等組成l功能進料、融解、混和塑料、升壓射出。l分二大類1.柱塞式2.螺桿式射出單元-2/5l

7、1.柱塞式a.柱塞往復運動並計量。b.計量終了，柱塞前進。c.材料通過加熱缸內面與魚雷間通道，在此充分加熱成熔融狀態(tài)。d.從噴嘴部射出於模具內。射出單元-3/5l2.螺桿式a.(加熱):由螺桿混煉產生磨擦熱(同時材料被外周的加熱器加熱)。b.(熔融輸料):沿其螺旋槽送材料至加熱缸前端部，使材料熔融並貯存於加熱缸前端。 c.(計量):由材料的反作用力使螺桿後退，利用背壓並配合限制開關限定後退量，在一定位 置停止螺桿的旋轉。 d.(射出):藉射出裝置後部的油壓缸，對螺桿施加高壓射出。圖片來源http:/ 螺桿式較柱塞式多一旋轉動作旋轉動作，產生分力(Ft)，可使材料在螺旋槽間產生混煉作用，增加可塑

8、化能力。射出單元-5/5l螺桿式優(yōu)點、缺點a.優(yōu)點： 藉螺桿的混練作用，材料內部也發(fā)熱，均勻可塑化，可塑化能力大。 由於加熱缸的壓力損失，可使用較低的射出壓力，亦能成型。 加熱缸內的材料滯留處少，熱安定性差的材料也很少因滯留而分解。 材料更換、換色操作容易。 b.缺點： 在射出時，熔融材料易順著螺旋槽而移往加熱缸後部，造成材料逆流。 鎖模單元-1/8l提供鎖模力的機構：有直壓式、肘節(jié)式及肘節(jié)直壓式三種。l功能控制模具的開關、鎖模，並且頂出成品。鎖模單元-2/8l直壓式直壓式合模裝置又可分為1.升壓滑塊式2.輔助缸式3.增壓缸式。其構造如右圖所示鎖模單元-3/8l肘節(jié)式-1/3-以肘節(jié)接頭將油壓

9、缸或電動機產生的力放大，使合模力增大 。l其中又分1.單肘節(jié)2.雙肘節(jié)式鎖模單元-4/8l肘節(jié)式-2/3單肘節(jié)式鎖模單元-5/8l肘節(jié)式-3/3雙肘節(jié)式鎖模單元-6/8l肘節(jié)直壓式肘節(jié)直壓式鎖模裝置是組合肘節(jié)機構與直壓式鎖模缸裝置，外觀為肘節(jié)式的一種，但鎖模力的發(fā)生接近於直壓式。鎖模單元-7/8直壓式與肘節(jié)式的比較 直直 壓壓 式式 肘肘 節(jié)節(jié) 式式 合模行程方面合模行程方面可依模厚改變可依肘節(jié)式長 一定受構造限制，不能太長 模厚調整方面模厚調整方面容易要依模厚移動肘節(jié)裝置 在合模壓力上在合模壓力上 容易調整可用量計直讀 不易調整不能直讀 在模子開閉速度方面在模子開閉速度方面 容易廣範圍調整

10、速度比較快 鎖模單元-8/8l鎖模力(Clamping Force;F)的計算F = P A(ton)P=射出壓力(Kg/cm2)A=零件垂直射出方向投影面積(cm2)日常用品:400 Kg/cm2精密零件:500700 Kg/cm2射出成型模具模具的功能及組成l功能1.成型2.融膠傳輸3.冷卻（溫控）4.合模閉模鎖模5.頂出基本組成元件l模板(上、下模板)、導銷、導銷襯套、頂出銷、頂出套筒、歸位銷、止銷、頂出桿、定位環(huán)、豎澆道襯套、豎澆道、流道、拔料銷。主要分為二類l二板模l三板模二板模模具構造簡單，製作容易，所有射出成形用模具的基本製作與射出原理都以此為出發(fā)點。三板模l與二板模的差異在兩板

11、模具中再加一塊”脫模板”。l目的處理豎澆道及橫澆道的拔模與脫料。模具性能的評估l合乎規(guī)格l成形加工成本(成形週期、廢料、後加工)l操作窗：愈大愈好操作窗二板模動作流程射膠鎖模關模頂出開模冷卻保壓充填三板模動作圖高性能模具l一副高性能模具必須具備下列三個高性能系統(tǒng)的配合1.高性能”充填”系統(tǒng)2.高性能”保壓”系統(tǒng)3.高性能”冷卻”系統(tǒng)充填系統(tǒng)功能引導從射出機噴嘴(Nozzle)所射出的熔融材料進入成型空間(模穴)中成型 組成注道主流道支流道澆口流道系統(tǒng)的設計是否適當，直接影響成形品的外觀、物性、尺寸精度和成形週期。充填系統(tǒng)-示意圖與實品充填系統(tǒng)-流道形狀主要分三種1.圓形2.半圓形3.梯形充填系

12、統(tǒng)-澆口形式l直接澆口l方形邊緣澆口l搭接澆口 l扇形澆口l薄膜澆口l圓盤澆口l點狀澆口l潛狀澆口並有下列幾種形式1.直接澆口l熔膠由豎澆道直接進入模穴，單穴成品射出成型時，係經由模具中心射出。因此澆口痕跡將殘留於成品中央。示意圖實品圖2.方形邊緣澆口3.搭接澆口l此型澆口與方形邊緣澆口唯一不同點是熔膠間接進入模穴熔膠間接進入模穴，可減低一部份冷膠痕跡，但澆口去除常造成困擾，因為加工不易，因此除了硬質PVC 外，均適用。示意圖實品圖4.扇形澆口l此澆口可使大型產品在短時間內充填完成。示意圖實品圖5.薄膜澆口l常見場合1.大而薄的成品。2.塑膠的縱向與橫向收縮率有較大差異 ，且無法從產品中央位置

13、做澆口設計時。示意圖實品圖6.圓盤澆口l單穴原筒狀產品可以考慮使用此種澆口。7.點狀澆口l亦稱為Pin-point Gate針點澆口，可以使流道和澆口在開模或頂出過程中與產品自動分離。示意圖實品圖8.潛狀澆口l亦稱隧道式澆口（Tunnel Gate）特點:澆口痕跡小，位置易設置在產品不重要不重要的部位，成品頂出過程中，成品頂出過程中，同時將澆口切斷同時將澆口切斷，可以達自動化的效果。示意圖實品圖充 填 過 程l充 填 階 段 時 ， 當 熔 膠 流 入 模 穴 時 與 冷 的 腔 壁 接 觸 ， 會 形 成 薄 的 凝 層 ， 靠 近 壁 上 的 熔 膠 溫 度 會 降 低 ， 在 熔 膠 流

14、 動 的 峰 前 ，由 於 噴噴 流流 效效 應應 ( Fountain Flow Effect ) 熔 膠 從 中 心 往 兩 模 腔 壁 流 動 造 成 等 速 的 熔 膠 流 動 ， 同 時 熱 熔 膠 從 中 心 帶 至 前 緣 及 兩 邊 模 腔 壁 。 在 熔 峰 後 端 之 熔 膠 則 是 層 狀 流 動 ， 在 中中 心心 的的 流流 動動 速速 度度 最最 大大 ， 而而 凝凝 固固 層層 邊邊 的的 流流 速速 為為 零零 。充填過程中熔膠流動方向剖面流速分佈圖。熔膠流峰顯示噴流效應(Fountain Flow Effect) 常見充填問題(1)l過度保壓過度保壓(over

15、 packing)：過度保壓會增加內應力，使產品密度較大，甚至出現(xiàn)毛邊。l保壓不足保壓不足(under packing)：保壓不足的產品在融膠冷卻後會收縮，使產品不合規(guī)格，在局部較厚的部分，其背面會出現(xiàn)凹陷。常見充填問題(2)l縫合線縫合線(weld line)：融膠遇到阻礙就必須繞行，融膠會分流。當分流的融膠重新會合時，會留下一道痕跡，就是所謂的縫合線。l停滯效應：停滯效應：融膠會挑好走的路走，所以融膠會容易在薄的地方產生停滯，會傾向將別的部分先充填完。常見充填問題(3)l兢流道效應兢流道效應(race track effect) )：融膠欲流向阻力較小的流道，因此充填厚度不均勻的工件，厚度

16、大的地方融膠流得快。l凝固層凝固層(frozen layer)：凝固層出現(xiàn)時，射出產品會材質不均勻，表面較不平順，較嚴重的還會發(fā)生短射。常見充填問題(4)l流向雜亂：流向雜亂：流向雜亂會使工件強度較差，表面的紋路也較不美觀。l暗逆流：暗逆流：較接近主流道的入口，射出的融膠壓力較大，而壓力較大的歌膠會壓迫旁邊壓力較小的融膠，將造成逆流的現(xiàn)象。充填系統(tǒng)-設計目標l避免問題保壓不足、保壓過度等。l同步充填流動平衡設計、管流、板流。l流向單純如右圖圓管流的公式l圓管流及平板流的公式，流道設計時都會考慮進去，計算圓管流及平板流的公式，流道設計時都會考慮進去，計算壓力（壓力（P）與流量（）與流量（Q）的關

17、係，以便達到同步充填。）的關係，以便達到同步充填。平板流的公式澆口的位置l為了達到同步充填的目的，澆口的位置選定也很重要，選為了達到同步充填的目的，澆口的位置選定也很重要，選定的原則如下：定的原則如下：la、 流動比必須在材料特有數值以下始可。lb、 防止噴流紋(jetting)的產生。lc、 減少熔接線所引致的缺陷。ld、 成形材料流動線的平滑，可減少成形品的變形。le、 選定在不要求機械強度的位置。lf、 考慮成形品外觀的不良，要設定在容易加工的位置。充填系統(tǒng)設計利器l進點數目、位置。l各流道路線、形狀(截面) 、相對大小。l局部導流道或偏流道設計。導流道(Flow leader)在模穴處局部加厚加厚以增加增加該方向流量。偏流道(Flow deflector)在模穴處局部減薄減薄以減少減少該方向流量。保壓系統(tǒng)保壓系統(tǒng)l目的目的：為了彌補收縮，用高壓-高溫迫使融膠流入降低比容。l包括包括：澆口(gate)形狀、尺寸，冷卻水管。關鍵步驟重視一般射出充填完全充填精密射出保壓、冷卻收縮控制、內應力小保壓系統(tǒng)-設計目標l按規(guī)格控制收縮按規(guī)格控制收縮：1.At detachment point：T Tg2.收縮量控制l均勻收縮均勻收縮保壓系統(tǒng)保壓系統(tǒng)-設計工具設計工具(1)l澆口形狀、尺寸保壓系統(tǒng)保壓系統(tǒng)-設