塑膠模具之設(shè)計(jì)制作與管理

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)塑膠模具之設(shè)計(jì)製作與管理自學(xué)連載(7)澆道系統(tǒng)之實(shí)用化與效果(一)熱澆道模具的技術(shù)隨著塑膠出成形的快速發(fā)展，近年來(lái)其優(yōu)越性已受到重視，不論在量方面，在質(zhì)的方面，均有快速的增長(zhǎng)。日本亦以裝配在熱澆道模具上用的熱火嘴（hottip）為中心，開(kāi)發(fā)出種類繁多的標(biāo)準(zhǔn)零件，最近因設(shè)計(jì)技術(shù)的大致上確立，普及範(fàn)圍必將日廣。無(wú)澆道成形的優(yōu)缺點(diǎn)很多，但實(shí)際上使用熱澆道模具的目的有下列的幾種情形。類似電子、電氣零件的小型製品，一次成形的數(shù)量很多，作業(yè)上要求無(wú)人、自動(dòng)化，而且不需再做加工。中、大型成形製品使用普通樹(shù)脂以便達(dá)到降低成本目的，加速成形週期，省卻材料再循環(huán)的目的時(shí)使用。﹕對(duì)於精密零件，循環(huán)週期一定，以提升製品精度為目的者。，聚酯（PET）瓶用，成形的控制除熱澆道以外，難以控制時(shí)。圖1三木精工的熱噴嘴裝配例圖2三木精工的熱噴嘴構(gòu)造圖3SEVAMSystem之熱噴嘴用雷管狀組件總之，不論是以自動(dòng)化，提升品質(zhì)，或降低成本的任何理由為目標(biāo)所做的無(wú)澆道成形，很多成形製造廠都體會(huì)到其中某些，甚或全部的結(jié)果。有關(guān)模具製造方面，可分類為，自熱澆道標(biāo)準(zhǔn)零件製造廠購(gòu)入零件加以組立的方式及訂製整套熱澆道系統(tǒng)模具的模具製造廠兩種。本章將展望日本及國(guó)外最近熱澆道模具技術(shù)的實(shí)用化及效果。圖4直接澆口（directgate）模具組立例（SEVAMSystem）加熱噴嘴無(wú)澆道成形模具的其中一種方法，自古以來(lái)即有使用延長(zhǎng)噴嘴，或使用關(guān)斷噴嘴（shutoffnozzle）（有關(guān)無(wú)澆道成形的分類及歷史請(qǐng)參照其化文章）1)2)。熱澆道用的澆口直接裝上加熱噴嘴亦可。最近雖有一些標(biāo)準(zhǔn)零件開(kāi)始銷售，但亦有只用做射出成形機(jī)先端用的細(xì)長(zhǎng)噴嘴者。不過(guò)本文所要介紹銷售中的標(biāo)準(zhǔn)零件，還是以熱澆道模具上所使用者為考慮對(duì)象。三木精工的熱噴嘴（hotnozzle）此項(xiàng)熱噴嘴可直接用做延長(zhǎng)噴嘴，或做副澆道澆口（subrunnergate）使用，如圖1所示。此種熱噴嘴與其他類產(chǎn)品不同的構(gòu)造如圖2所示，採(cǎi)熱電偶組入式，一體化的內(nèi)藏加熱器即是其與別種產(chǎn)品相異之處。外周以帶狀加熱器（bandheater）加熱的方式，在使用上不但不方便，而且模具組立亦有困難，但三木精工的產(chǎn)品是安裝於澆口部分，不需太大的空間，極為方便。而且因是外部加熱，有減少樹(shù)脂過(guò)熱的可能性，並由於圖5SEVAM系統(tǒng)的噴嘴樹(shù)脂流路為圓形而且平滑，所以具有樹(shù)脂流動(dòng)時(shí)壓力損失少等特徵3)。SEVAMsystem在幾年前，瑞士的TransitubeInternational即已銷售此一系統(tǒng)，做為射出成形機(jī)用之噴嘴及熱澆道模具噴嘴。SEVAMsystem是在噴嘴中設(shè)置圖6(a)TGK之熱火嘴構(gòu)造圖圖6(b)TGK之新形A型噴嘴（附熱電偶）圖7噴嘴氣缸之選定指南小的雷管（torpedo）狀組件，在此一雷管狀組件中再裝入具有閥之作用的細(xì)針狀銷進(jìn)退用彈簧，構(gòu)造有如精密機(jī)械，如圖3所示。針狀閥於承受射出壓力時(shí)，後退並打開(kāi)樹(shù)脂流路，壓力放開(kāi)後，藉彈簧的復(fù)原力關(guān)閉樹(shù)脂流路或澆口?，F(xiàn)在日本亦有使用法國(guó)銷售的SEVAM，但最近形狀有稍微改變。在內(nèi)藏彈簧的雷管中，擔(dān)任閥之角色的針狀銷可以用螺紋安裝，而將此又分為標(biāo)準(zhǔn)形、標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)形、接觸形（contacttype）三種。每一種的噴嘴端部都有殼套，可依針狀閥的動(dòng)作壓力及使用目的選用。使用接觸式熱澆道具之組立應(yīng)用例，如圖4所示。所使用的噴嘴有小零件成形用的#45（1～15cm3用）及大形製品成形用的#60（100～200cm3），各部之尺寸如圖5（（a）～（c））所示4)。日本之熱澆道用噴嘴與加熱器射出成形機(jī)用之先端加熱噴嘴，與熱澆道模具用的噴嘴，在機(jī)能上及構(gòu)造上均屬同類，在第2節(jié)所談的噴嘴，亦可用於熱澆道上。本節(jié)要談的是熱噴嘴，而且是為熱澆道模具專用而設(shè)計(jì)製造者。以便對(duì)整體的熱澆道模具，尤其是若與一次表一樹(shù)脂、成形品、噴嘴之關(guān)係（針口澆口為對(duì)象）成形品區(qū)分成形品斷面尺寸例樹(shù)脂極小形製品小形製品中形製品大形製品10φ以下10～30φ30～150φ150φ以上加入玻璃纖維樹(shù)脂加入填充物樹(shù)脂C&C型#100#200#300氯化乙烯RC型（企劃中）難燃性樹(shù)脂#100#200#300低發(fā)泡樹(shù)脂尼龍丙烯樹(shù)脂壬酸(nonyl)BC型BC型聚碳鹽酸#50#100#100#200#300聚二乙醇縮乙醛苯乙烯系樹(shù)脂ABS樹(shù)脂AS樹(shù)脂HIPSS型S型GPPS#50#100#100#200#300聚烯(polyolefin)系樹(shù)脂聚乙烯聚丙烯取數(shù)個(gè)的歧管組合使用者，能對(duì)各公司整體系統(tǒng)的熱澆道模具所要求的技術(shù)請(qǐng)求做充分的考慮，使用時(shí)亦可做為技術(shù)資料。因此下文即將介紹在日本國(guó)內(nèi)銷售的熱噴嘴製品。圖8熱噴嘴之溫度設(shè)定條件表二Plagate之射出壓力與澆口之開(kāi)閉射出壓力（kg∮cm2）差壓力（kg）彈簧之強(qiáng)度（kg）澆口之開(kāi)閉射出閉×11029．730閉×12032．430半開(kāi)△15040．530開(kāi)○TGK系統(tǒng)（東洋瓦斯機(jī)工）5)6)內(nèi)部加熱形雷管式之熱澆道噴嘴，以“TGK日熱噴嘴（hottip）”最早在日本國(guó)內(nèi)銷售，構(gòu)造簡(jiǎn)單而且模具安裝容易，所以使用極為廣泛。圖6為噴嘴的構(gòu)造圖，噴嘴最小尺寸由28φ×64．5的#50型開(kāi)始，以至#100、#200、#300（射出容量為150oz程度用）種類繁多，型式亦依樹(shù)脂之種類而分別使用。表一及圖7是選定噴嘴用?？焖俪尚蔚膰娮炜蓞^(qū)分為下列3種。普通樹(shù)脂用：S型（有1次取1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用，及一次取數(shù)個(gè)用，以下同。）工業(yè)樹(shù)脂用：BC型（S型之改良，雷管的溫度均一化。）加工玻璃，添加物用：CC型（同上及耐磨耗性改良。）利用澆口部分之冷卻及加熱+樹(shù)脂具有熱量之熱平衡，可使?jié)部诓糠直３职肴廴跔顟B(tài)，所變化利用加熱器控制溫度最重要的是使用專用之加熱器控制器。其於以如圖8所示的相互關(guān)係，利用最適切的電壓，可以決定成形溫度條件。圖6（b）為新形噴嘴，熱電偶內(nèi)臟的方式。圖9NGK的側(cè)澆口式熱豎澆道NGK側(cè)澆口式豎澆道（日本礙子）6)該公司很早以前即開(kāi)發(fā)完成熱噴嘴開(kāi)始銷售。其構(gòu)造如圖9所示，將加熱器裝入於特殊鋼或不鏽鋼中，樹(shù)脂流經(jīng)中央孔，途中有2～4個(gè)孔在圓周上開(kāi)放，成為側(cè)澆口。標(biāo)準(zhǔn)品的澆口尺寸為3×1．3mm×4個(gè)。因是利用模具之開(kāi)閉自動(dòng)切斷豎澆道，所以有關(guān)洩漏的問(wèn)題可說(shuō)幾乎沒(méi)有，是製造者為使用方便，經(jīng)綜合設(shè)計(jì)技術(shù)、組立等之技術(shù)開(kāi)發(fā)，與資料累積所完成的製品。Plagate系統(tǒng)（齊藤工機(jī)）8)Plagate噴嘴是閥式，而且其動(dòng)作機(jī)構(gòu)極為獨(dú)特，是採(cǎi)用同軸差動(dòng)活塞方式，利用樹(shù)脂射出時(shí)的壓力差壓，如圖10（b）。射出壓力與澆口開(kāi)閉的情形可參照?qǐng)D10，此一製品內(nèi)有彈簧，射出壓力為0～10kg∮cm2之低壓時(shí)，利用彈簧的復(fù)原力關(guān)閉澆口，壓力超過(guò)150kg∮cm2時(shí)，彈簧受到更大的壓縮，澆口全開(kāi)使樹(shù)脂流入，參照表二。此種噴嘴是以外部加熱器的外部加熱式噴嘴，使用例子是如圖10所示的組立情形。圖11是澆口的使用例。銷售10年以來(lái)應(yīng)用極廣，所使用的樹(shù)脂種類也很多，Plagate噴嘴亦朝向這些用途而開(kāi)發(fā)各種形式、大小，目前已達(dá)173種之多。圖10最近做為工程樹(shù)脂成形用的噴嘴耐久性已有極顯著的提高。採(cǎi)用硫氮化處理過(guò)的特殊鋼，成形材料為加入30％玻璃纖維的樹(shù)脂時(shí)，壽命可以達(dá)到100萬(wàn)次射出的目標(biāo)。Plagate的主要特徵為﹖提高瞬間射出率，﹗提高零件精度，﹕不必調(diào)整射出機(jī)與噴嘴澆口之開(kāi)閉時(shí)間，，耐久性極佳等6)。對(duì)於歧管的熱膨脹對(duì)策Plagate所採(cǎi)取的方法有2。﹖一體方式歧管板為一體構(gòu)造，所以一次取數(shù)個(gè)時(shí)最理想，如圖12（a）。﹗分割方式對(duì)於澆口間距大，例如500mm以上取2個(gè)，或2點(diǎn)澆口特別有效。將歧管分割製造，使用連接管聯(lián)澆道的方法，如圖12（b）。兩種方式都使用專用多重法蘭（multiflange）以達(dá)成完全的對(duì)策。噴嘴的種類大致上可分為無(wú)頂形（toplesstype）及有頂部形（toptype），如圖11（a）、（b）所示。依據(jù)澆口直徑、長(zhǎng)度、澆口部形狀等而製造有很多規(guī)格化製品，所以可圖11Plagate系統(tǒng)圖12Plagate系統(tǒng)的熱膨脹對(duì)策輕易的自標(biāo)準(zhǔn)品中選定適用的製品。詳細(xì)情形可參照製造廠商的資料。適用的成形樹(shù)脂有PS系、聚烯系、PA、PMMA、POM、PC，加入30％的玻璃纖維樹(shù)脂，而難燃材料因溫度範(fàn)圍小，所以需要高度的成形技術(shù)8)。杜邦公司（Dupont，美國(guó)），DupontFarEast日本的熱澆道方式此為杜邦公司以自己使用為主，獨(dú)自開(kāi)發(fā)用於工業(yè)樹(shù)脂成形用的熱澆道方式。圖13表示附加熱器雷管上下運(yùn)動(dòng)，用盤形彈簧復(fù)原，以樹(shù)脂壓力打開(kāi)閥澆口的構(gòu)造。其特徵為歧管上有分模線，特別訂製者亦可能以加熱器加熱，普通是以粗的絕熱澆道，以保持連續(xù)成形樹(shù)脂流路的流動(dòng)溫度，機(jī)械停止後打開(kāi)另外一個(gè)歧管的分模線，可以隨時(shí)取出，除去固化了的澆道。銷售方式很特殊，使用對(duì)象有限制，有關(guān)日本的實(shí)施例詳細(xì)情形不詳?？梢允褂么朔N系統(tǒng)成形的材料有低熔點(diǎn)的丙烯酸樹(shù)脂、高熔點(diǎn)的尼龍、二乙醇縮乙醛單質(zhì)聚合物（acetalhomopolymer）、聚酯（polyester）等9)。圖13DuPont的無(wú)澆道系統(tǒng)（工業(yè)樹(shù)脂用）圖14旭化成的熱澆道成形（小製品一次取數(shù)個(gè)用之模具例）旭化成的熱澆道方式旭化成公司有銷售尼龍、苯乙烯脂、二乙醇縮乙醛等樹(shù)脂，因處理所有的普通樹(shù)脂與工程樹(shù)脂，所以由自己公司的化成品樹(shù)脂應(yīng)用研究所進(jìn)行熱澆道模具之開(kāi)發(fā)，以適合於該公司自己樹(shù)脂使用的熱澆道系統(tǒng)，但亦提供一部分給使用者，最近發(fā)表的一個(gè)例子是小形（澆口間距5mm）而一次取數(shù)個(gè)的模具10)。圖14即表示此一模具的構(gòu)造，冷卻時(shí)堵塞的澆口在模具打開(kāi)中，以預(yù)熱塊加熱熔融方式將之熔化，所以澆口之溫度控制精度可以不必太高。而且冷卻中充分冷卻而能使?jié)部谕耆芊狻Ｈf(wàn)一澆口堵塞，若暫時(shí)打開(kāi)模具利用預(yù)熱塊加熱澆口而熔融之，可以簡(jiǎn)單而快速的恢復(fù)原狀，是一種動(dòng)作安定性佳的系統(tǒng)。INCOE公司（美國(guó)）的熱澆道系統(tǒng)11)該公司最早銷售熱澆道模具用的標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，其經(jīng)技術(shù)改良而有製品問(wèn)世，在歐美地區(qū)使用情形最普遍。即意味著熱澆道模具之普及結(jié)果占極重要角色。最近在製品種類及尺寸都有增加，目前所銷售的製品可區(qū)分如表三所示。﹖熱火嘴襯套此種方法是內(nèi)部裝有加熱器的加熱雷管之熱火嘴，如圖15（a），此為INCOE公司的最初產(chǎn)品。此種噴嘴的變形防止，有端部無(wú)殼套的“無(wú)頂”（模具模穴之澆口側(cè)直接機(jī)械加工）型，如圖15（b）。標(biāo)準(zhǔn)型與無(wú)頂型之差異在於該公司賦予無(wú)頂型下列之優(yōu)點(diǎn)。（A）熱火嘴的外側(cè)本體端部已缺少，因不會(huì)如標(biāo)準(zhǔn)型造成空穴面，所以在成形品之澆口周圍沒(méi)有殼套的痕跡。（B）增加澆口選取方式的自由度，在成形品的肋上，轉(zhuǎn)角或不規(guī)則形狀之表面上都可使用。（C）模穴之澆口四周之模具厚度可以變厚，因此耐壓力變大。（D）無(wú)頂部火嘴配合精密的溫度控制，可以最小的澆口進(jìn)行成形。表三INCOE公司的熱澆道標(biāo)準(zhǔn)零件型式製品型式內(nèi)部加熱方式（雷管）熱火嘴襯套系列（HotTipBushingSeries）標(biāo)準(zhǔn)型無(wú)頂型外部加熱方式（襯套）直流系列（StraightFlowSeries）電氣豎澆道襯套（ElectricSprueBushing）SF型SFT型外部加熱方式閥澆口系統(tǒng)（ValveGateSeries）標(biāo)準(zhǔn)型無(wú)頂型歧管系統(tǒng)“Direct-Flo”（R）（一次取數(shù)個(gè)用之熱澆道歧管）溫度調(diào)節(jié)計(jì)Unit“660”組入機(jī)器PC系列圖15INCOE公司的熱澆道用熱火嘴熱火嘴襯套的形狀及尺寸很多，自#1000至#7000，單一模穴用以至一次取數(shù)個(gè)用，射出之容量等共有250種可供選擇，決定襯套的孔口澆口（orificegate）尺寸時(shí)，其與射出量（成形品重量）之關(guān)係圖如圖16所示。可做為概略的設(shè)計(jì)資料參考。圖16樹(shù)脂之種類及噴嘴口之選擇圖（INCOE公司）外部加熱襯套前面所述為內(nèi)部加熱式，新的直流系列（straightflowseries）外部加熱式的襯套亦有銷售。有電氣豎澆道襯套（electricspruebushing）與SF、SFT型3種，構(gòu)造各如圖15（C）、（D）、（E）所示。是內(nèi)藏線圈加熱器（coilheater）的噴嘴。澆口之取法如同圖所示。與下文所談的歧管系統(tǒng)組合時(shí)之成形例子，據(jù)該公司的報(bào)告是PP、二乙醇縮乙醛、PBT（週期提高35％）、硬質(zhì)PVC（週期縮短6秒）、PC（42秒減至21秒）、PVC彈性體、PBT（30％GF）、同難燃等級(jí)材料、PVC40％+ABS60％等。﹕閥澆口系統(tǒng)INCOE公司只辦理長(zhǎng)的熱平衡式之熱火嘴，1978年伋表新的“GateShutoffSystem”，然後逐漸普及，以美國(guó)為開(kāi)始使用之中心。圖17的zero-gate是裝入於模具上熱火嘴的部分，以閥銷（valvepin）裝入直流（straightflow）之噴嘴中，閥銷貫通歧管，利用裝於其背後的油壓氣缸來(lái)開(kāi)閉。視情況在射出後保持射出壓力之間亦可關(guān)閉閥銷，立刻使送料螺旋迴轉(zhuǎn)以供給次一射出之材料，而且關(guān)閉模具之同時(shí)打開(kāi)澆口，射出壓馬上作用在模穴上。成形品重量、形狀不同的一些零件成組製造時(shí)，亦可獨(dú)立開(kāi)閉操作各個(gè)模穴。使用油壓氣缸時(shí)密封射出壓的能力可達(dá)5，000kg∮cm2，所以通常任何樹(shù)脂都可使用。群組模具（familymold）之成組製取較舊有方式可以使成形週期加快35％，特徵如下：（A）可控制模穴填充。（B）在成形品上有頂出銷程度的澆口記號(hào)（gatemark）。（C）可適用於群組模具（familymold）。（D）可適用於成形發(fā)泡。，歧管系統(tǒng)從前只是採(cǎi)用噴嘴及襯套，最近主要裝放EBS、SF襯套一次取數(shù)個(gè)的歧管“DirectFlo”已開(kāi)始生產(chǎn)，歧管的形式有I、X、Y、T、H形，一次製取數(shù)量亦有2～8個(gè)。實(shí)際使用上，PC材料（2、4個(gè)）、難燃PBT（2個(gè)）、PVC-ABS（2個(gè)）、二乙醇縮乙醛（2個(gè)）、PVC彈性體（2個(gè)）等。MOLD-MASTERS公司（加拿大）13)該公司經(jīng)常開(kāi)發(fā)熱澆道的整套系統(tǒng)，且將其新技術(shù)製品化。該公司在自己的射出成形工場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，累積經(jīng)驗(yàn)，做為開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。自從前的閥澆口（valvgate）、熱緣澆口（hotedgegate）（如圖18）發(fā)展，有很多新系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，輸銷世界22國(guó)。基本構(gòu)造為，以銅或鈹銅等熱傳導(dǎo)性優(yōu)的合金埋入鑄造出加熱塊（heatblock）經(jīng)精密機(jī)械加工而成的被覆加熱器（sheatheheater），加熱器鑄造的製品有下列2種系列。圖17INCOE公司之閥澆口模具圖18Mold-Masters公司的加熱器鑄入塊（熱緣之例）﹖MASTER-SHOTseries（圖19）是銅中用細(xì)的被覆加熱器鑄造之，與樹(shù)脂接觸的外側(cè)使用耐蝕、耐磨耗性優(yōu)的不鏽鋼包覆的製品。只做為熱火嘴的標(biāo)準(zhǔn)品出售。圖19Mold-Masters公司的熱噴嘴“MASTERSHOT”﹗以鈹銅鑄入粗的被覆加熱器，經(jīng)機(jī)械加工的系列（圖18）。此兩種系列澆口密封的方式有：（A）開(kāi)放澆口（opengate）（或豎澆道澆口方式）。（B）熱火嘴澆口。（C）熱緣澆口方式。（D）閥澆口方式。圖20Mold-Masters公司的澆口設(shè)計(jì)圖21利用閥澆口的發(fā)泡成形品（Mold-Masters公司的熱澆道）四種方法，如圖20。對(duì)於前述的2種加熱器鑄品的任何一種，都可以任意選擇這四種方法而構(gòu)成。這些組合而成的特徵都是利用加熱器與合金金屬的優(yōu)越導(dǎo)熱性。此處應(yīng)特別注意的是鑄入方法與合金之組合，所以加熱器表面的接觸境界面與金屬形成一體化，幾乎完全的達(dá)到熱傳導(dǎo)作用。因此有﹖加熱器功率（heaterwatt）的密度高。在標(biāo)準(zhǔn)的情形下使用時(shí)加熱器的壽命幾為半永久性。在實(shí)際使用上具有非常大的優(yōu)點(diǎn)。﹗熱是均質(zhì)的傳導(dǎo)，所以無(wú)局部過(guò)熱現(xiàn)象。﹕在加熱塊（heatblock）內(nèi)的熱傳導(dǎo)良好，所以零件材料之溫度變化極小，可以確保樹(shù)脂整條流路適正的溫度等特徵。形式、澆口方法是以成形品的形狀及樹(shù)脂之種類劃分，應(yīng)用範(fàn)圍由一般的普通樹(shù)脂以至工業(yè)樹(shù)脂、填充材料及玻璃纖維強(qiáng)化樹(shù)脂，幾乎所有材料都能應(yīng)用，少有的材料有玻璃（30）難燃尼龍66、強(qiáng)化（sulfone）、難燃PC、強(qiáng)化難燃PBT等。最近閥澆口用於PET瓶用預(yù)塑成形非常盛行。閥澆口（圖20（d））的噴嘴端部澆口之背部有純鈜金屬之熱密封環(huán)（專利），對(duì)於澆口附近的絕熱效果很大。對(duì)於發(fā)泡成形（structuralfoam），若有此種效果，則於發(fā)泡樹(shù)脂注入後由於形成閥密封（valveseal），如圖21所示的理想，可以積極的達(dá)到發(fā)泡成形。有關(guān)該公司系統(tǒng)的構(gòu)成零件，自做為熱源的加熱器往低溫部的熱傳導(dǎo)與絕熱方面，是以零件形狀、尺寸為基本，於選擇構(gòu)成材料時(shí)應(yīng)深加注意。所使用的金屬有銅、鈹銅、鉻鋼、鈦，用為絕熱