射出成型原理

– – – – – – 產品厚度分佈 幾合形狀 流道設計 塑料特性 加工成型參數 ……
厚度對壓力差之探討
• 厚度對壓力差之探討
厚度分布 Thickness Distribution
– 厚度厚，壓力差較小 流動阻力較小區域 流動阻力較大區域 – 厚度薄，壓力差較大 縫合線 Welding Line • 會有黏滯加熱現象產生，造成 溫度上昇，黏度下降 • 流動行為實為流動和熱傳競爭
• 射出時間和壓力關係圖
壓 力 區域1 區域1：粘滯流動控制區
2 1
時間
區域3 區域3：熱傳流動控制區 區域2 區域2：最佳成型控制區
3
保壓過程原理
保壓過程說明 流率
壓力
time
• 更多塑料進入模穴以防止產品收縮變形。 更多塑料進入模穴以防止產品收縮變形。
• 此一階段稱為壓力控制階段。 此一階段稱為壓力控制階段。
水管直徑 D (mm) 5 8 10 12 15 20 25 30 水流量 Q (cc/sec) 40 64 80 96 120 160 200 240 油流量 Q (ss/sec) 115 184 230 276 345 460 575 690
Q in cc/sec, D in mm
2500πDη 8 D for water Q≥ ≈ for oil ρ 23 D
速度分布 剪切率分布 分子鏈配向性 配向性遞減 decrease in molecular chain orientation orientation
速度差造成配向說明
velocity profile
shear rate profile
遲滯效應
• 遲滯效應
– 因厚度差，而造成流動趨勢不一現象
• 厚度薄，阻力增加，造成塑料冷卻，先到 先冷卻 • 厚度差異大，造成流動趨勢改變
成型週期 35 模溫 20 射出 開模 最高模溫
平均模溫 最低模溫 時間
(佔成型週期最長)
– 脫模時間
(熱變形溫度下頂出)
影響冷卻速率因素
• 塑件厚度設計
– 約和厚度成平方比
tc ∝ h 2
• 冷卻方式
– – – – 模材選擇 冷卻管配置 冷卻液性質 冷卻液流速
• 塑料種類 • 加工參數
冷卻時間粗估
C r y s t a llin e P o ly m e r 181 P O M /A c e t a l 225 PET 225 P E T -G F 225 PETG 225 PBT 225 P B T -G F 220 PA 6 220 P A 6 -G F 265 P A 6 /6 265 P A 6 /6 - G F 265 P A 6 /6 - C F 227 P A 6 /1 0 1 9 4 /1 7 9 P A 1 1 /P A 1 2 290 PPS 275 F E P /T e f lo n 334 PEEK 330 LCP S e m ic r y s t a llin e P o ly m e r 110 LDPE 90 LLDPE 125 MDPE 130 HDPE 176 PP 176 P P /G F 120 P P O /P P E 120 P P O -G F
熱傳較佳 熱傳較差
速度分布 剪切率分布 速度分布 剪切率分布
成型參數對壓力差之探討
• 成型參數對壓力差之探討
– 充填速度
• 高速充填，其行為往往取決於充填體積大小 • 慢速充填，其行為往往取決於產品厚度
– 模具溫度 高速充填 – 塑料溫度
慢速充填
噴泉流動
• 噴泉流動
冷卻水管
流動波前
遠離流動波前之速 度分布,全展流， 以剪切流動為主
• 螺桿儲料以進行下一週期成型準備。 螺桿儲料以進行下一週期成型準備。
Back
頂出階段說明
•當產品固化到足以頂出強度時，射出成型機台之頂出單元便行頂出。 當產品固化到足以頂出強度時，射出成型機台之頂出單元便行頂出。 •頂出後便進行閉模動作，為下一週期準備。 頂出後便進行閉模動作，為下一週期準備。
塑件冷卻過程
常見塑料溫度設定
P la s t ic s T m e lt ( o C ) T p ro c . ( o C )
1 8 0 -2 0 0 1 7 0 -2 7 0 2 6 0 -3 1 0 1 9 0 -2 7 5 2 2 0 -2 8 0 2 4 5 -2 7 0 2 3 0 -2 6 0 2 7 0 -2 9 0 2 6 0 -2 9 0 2 8 0 -3 0 0 2 8 0 -3 0 5 250 2 1 0 -2 5 0 3 0 0 -3 6 0 315 3 6 0 -4 0 0 4 0 0 -4 3 0 1 7 0 -2 4 0 1 7 0 -2 0 0 1 9 0 -2 6 0 2 0 0 -2 8 0 1 8 0 -2 8 0 2 6 0 -2 8 0 2 2 0 -3 2 0 2 5 0 -3 4 5
air-trap
流動平衡
• 流動平衡
– 具流動平衡設計模具，一般而言可具較均一品質
• 在多模穴設計中，可使各模穴產品品質均一 • 在單模穴中可減少產品局部過度充填現象，避 免撐模及毛邊現象產生
不平衡之澆道系統 不平衡之澆道系統
可能發生充填不飽的模穴
過度保壓的模穴
由於遲現象造成充填不飽的模穴
最佳化成型時間
冷卻分析目的
• 冷卻分析目的
– 預估冷卻時間及成型週期長短 – 冷卻系統設計的最佳化
• 使塑件各部的冷卻效果均勻而有效 率 • 因冷卻不均造成塑件的翹曲變形
冷卻分析所需物性資料
• 塑膠材料熱物性質
– 密度(density) – 比熱(specific heat)或熱容量(heat capacity) – 熱傳導係數(thermal conductivity)
• 平板型塑件
W L
4 Tm − Tw tc = ln 2 απ π Te − Tw h
2
h
Tm = 冷卻初塑料溫度℃ Tw = 模具溫度℃ Te = 塑料頂出溫度℃
d=2R L
• 圓型塑件
Tm − Tw tc = 0.173 ln 1.6023 T − T α e w R2
Back
充填基本流動方式
熔膠波前 Melt Front
• 充填基本流動方式
– 圓管流動 – 平板流動 – 徑向流動
圓管流動 Tube Flow 針點進澆
平板間流動 Flow between Plates

徑向(輻射型)流動 Radial Flow 熔膠波前 Melt Front
充填基本流動模式
• 充填基本流動模式
T degr (oC )
222 320 320 280 288 288 310 310 310 310 310 310 310 508
T e je c ( o C )
110 150 150 60 125 125 130 130 160 160 160 130 135 120 170
T m o ld ( o C )
• 塑件冷卻過程
模具本體 Mold Base 冷卻水管
熱傳導
Heat Conduction
Cooling Lines
熱對流 Heat Convection
模穴(塑件) 模穴(塑件)
Cavity(Part) 熱傳導Heat Conduction
模溫週期變化
• 模溫週期變化
– – – – 合模時間 充填時間 保壓時間 冷卻時間
• 冷卻液性質
– 黏度(viscosity), 密度,[g/cc] – 比熱,[erg/g-K]，熱傳導係數,[erg/sec-cm2-K]
• 模材熱物性質
– 密度,[g/cc]，熱傳導係數 ,[erg/sec- cm2 -K]
Back
冷卻水管參數的設定
• 冷卻液流量的設定應該儘可能達到紊流 (turbulent flow)狀態,使熱傳效果較佳
• 平行流動方向，收縮率較大 • 垂直流動方向，收縮率較小
– 對加玻纖塑務料影響更大
局部流場 分子鏈局部受力情形 速度梯度較低 lower velocity gradient 速度梯度較高 higher velocity gradient local flow field forces acting on molecular chain molecular chain orientation 配向情形
– 壓力差為主要動力 – 塑料流動趨勢
• 往阻力小區域流動 • 單位時間內流動距 離大，表阻力小 • 單位時間內流動距 離小，表阻力大
流動阻力較大區域，流 動波前等位線較為密集 流動阻力較小區域，流 動波前等位線較為稀疏 厚度分布 Thickness Distribution
影響壓力差主要因素
• 影響壓力差主要因素
335 335 335 335 328 330 350 350
80 80 90 100 90 90 120 120
常見塑料溫度設定
Plastics T m elt ( C)
o
T proc . ( C)
180-280 170-260 220-270 190-280 170-270 170-235 180-215 190-230 260-320 300-330 230-300 250-280 170-190 190-215 190-220 310-400 330-380 305-370 340-425 230-260
保壓過程流動探討
• 保壓過程流動探討
– 防止收縮變形 – 降低收縮差 – 殘留應力產生
保壓流動將沿局部阻力較小 路徑前進並向兩側傳遞壓力
熔膠溫度對模穴壓力探討
• 熔膠溫度對模穴壓力探討