注塑工艺培训教材(调机指导)

射出速度缩水塑料品在表面的凹陷、空洞都称为「缩水」,除了会影响产品外观亦会降低成品质量及强度.缩水的原因与成型技术、模具设计及使用塑料均有关系.塑料:不同塑料原料的缩水率,表一参考数据.通常易缩水的原料都属于结晶性的,如尼龙、百折胶等等.在射出过程中,结晶性塑料受热成流体状态,分子呈无规则排列;当射入较冷的模腔时,塑料分子便慢慢整齐排列形成结晶,结果体积缩小小于规定尺寸范围,就是所谓的“缩水”.射出技术:在射出技术控制方面,出现缩水的情况有:压力不足、射出速度太慢、烧口太小成浇道太长等等.所以在使用射出机时,必须注意成形条件及保压是否足够,以防造成缩水问题.模具及产品设计方面:模具的流道设计及冷却装置、对成品之影响亦很大出于塑料之传热能力较低,故距离模壁越远越厚、则其凝固及冷却较慢,应有足够的塑料填满模腔,使射出机的螺杆在射出或保压时,塑料不会倒流而减低压力,另一方面水面亦不能冷却太快,以免半固塑料阻塞流道造成压力下降,引致成品缩水.不同的模流过程有不同的收缩率,熔融筒的温度控制得宜,可防止塑件过热;延长周期,可确保制品有充分时间冷却.缩水问题如获适当解决,可提高成品质量,减低次废产品并提高生产效率.下表即为缩水可能发生之原因及处理方法.在射出成型时,成品会有黏膜发生,首先要考虑射出压力或保压压力是否过高.射出压力太大会造成成品过度饱和,使塑料充压入其它的空隙中,致使成品卡在模穴里脱模困难,在取出时容易有黏膜发生.而当料管温度过高时,通常会出现两种现场.一是温度过高使塑料受分解而变质,失去它原有之特性;并在脱模过程中出现破碎或撕裂,造成黏膜.二是胶料充填入模穴后不易冷却,需加长周期时间,殊不合经济效益.所以需适度依胶料之特性调节其运作温度, 至于模具方面的问题,假如进料口不平衡,会使成品脱模时易有黏膜现象,这时就要在模具上作改进的措施,下表即为成品黏膜可能发生的原因及处理对在射出成型过程中,有时会出现内有许多小气泡的成品,不但影响制品强度及机械性能,对成品外观价格值亦大打折扣.所以当成品出现气泡时,可检查下列几个因素,并做处理.通常成品因厚薄不同,或模具有突出肋时,塑料在模具中的冷却速度不同,则收缩的程度不同,容易形成气泡,所以对模具设计须特别留意.而在使用的原料方面,假如塑料带有水气,在熔胶时塑料受热后分解,则射胶螺杆公差太小时,空气容易进入模腔内形成气泡,以下即归纳可能发生原因及处理方式.塑品出现翘曲的原因很多,例如出模太快、模温过高、模温不均及流道系统不对称等.其中两种最大的可能性为1.塑件厚薄不均或转角不够圆形,因而不能平均冷却收缩,导致翘曲变形.2.有些平板型塑件,为了表而美观,流道浇口得设在浇口边角上.而射胶时,熔融塑料只能由一端高速射入模腔内,因此被凝固于模腔内的塑料份子,均被拉直往同一方向之排列状态(称为取向,此时塑件之内应力很大;脱模时这些份子又被拉回原来的状态,因而产生变形.为了使熔融塑料能顺利充填模腔,其设计要尽量避免以下各点:1.同一塑件中厚薄相差太大.2.存有过度脱角.3.缓冲区过短,使厚薄转变相差悬殊.从浇口分析,模具的设计要保证塑料能顺利进入模腔,故分流道要避免采用直角转弯形式,转弯点比较适合采用弧形过度区,因此短而粗的分流道最理想,有助于减少流体取向现象.但要考虑的问题是过大的浇口会增加流道废料,亦影响塑件的外观.另外为了避免塑料充填时紧密程度不同,导致脱模困难而引起变形,分流道的截面形状大小就要依射胶量及产品形状面改变.产品较难成型的部份分流道加子粗后,主流道也应相对加大,使主流道截面积等于引流道截面积总值.除此之外,还有两个值得注意的问题,其一是塑件顶出装置的形式.如果顶针设备太少,容易造成变形及翘曲现象;但顶针数量过多,会令部份成品不够美观,此时应考虑采推板方式、其二是模腔冷却流道的设计,应让塑件整体能均匀收缩,提高产品素质.以下即将成品容易产品变形的因素一一列出,提供成型技术上参考之射纹的形成,一般是由于注射起动过快,使模腔前段的空气无法成胶料融体压迫排出,空气混合有胶料内,使得制品表面光管及颜色不均,使是所谓的射纹.射纹不但影响外观,也且令成品之机械强度降低许多.所以为避免发生这种缺陷,必须找出原因并了改善.射纹的形成,既然是由于融体塑料中含有气体,那么探讨这些气体的主要来源分别为:塑料本身含有水份或油剂:由于塑料在制造过程曝露于空气中,吸入水气或油剂,或者在混料时,掺入了些错误的比例成份,使这些挥发性物质在熔胶时,受高热而产生气体.原料受分解:如果熔胶同时的温度,背压及熔胶速度调得太高,或成型周期太长,则对热敏感的塑料如PVC 、赛钢及PC 等,容易因高温受热分解产生气体. 空气:塑料颗粒与颗粒之间均含有空气,如果熔胶筒在近料斗处的温度调得很高,使塑料粒的表面在未压缩完全使熔化面黏在一起,则塑料粒之间的空气使不能完全排除出来.所以把塑料烘干,并采用适当的熔胶温度和速度,再配合适当的背压,才能得到理想的塑制品.此外,模具设计亦是很重要的一环.通常流道很大而注口很小的工模,气体进入模腔内的机会会减少很多,而排气系统设计适当,则射纹产生的产生的机会亦会降低,如图4-1所示.图4-1 能防止少量气体进入模腔的注口设计在射出成型技术上,有一种方法来防止射纹之产生,使模具的构造中有加压设备,但一个压缩空气入气孔.锁模后,则压缩空气进入模具中,使模内气压增高,当熔融塑料进入这高压模具时,模具的气孔在此时开始排气,使模腔内保持一定压力,增加模内空气压力,确能使模射纹发生的机会,举例说:普通的射出方法在处理ABS 水份含量的空气时,使会出现射纹,而逐渐增加模内的气压,则可处理含水量最高的ABS,亦不会出现射纹.4-2图即为模内加压及含水量对射纹之产生率比例. 模具加压射100-纹发 生 率(%) 图4-2模内加压对射纹形成的影响4-7毛边、彼锋毛边(俗称彼锋)是一种很常遇到的注塑问题.常塑料在模腔内的压力太大,其所产生的分模力大过锁模力,因而迫开工模,使塑料走出来并在塑件表层形成彼锋.但是引致此现象的成因却可能有很多种,例如诉塑料方面的问题,或是射出机有损坏,或是调校不适当,以至工模本身也有可能:一般来说,与温度、压力及操作时序有关,因此要找出其解决方法也不容易.由于塑料的粘度会影响其流动速度及压力损耗,因此粘度太高或是太低,则其流动性高使很容易流人工模合模面之间的微小空隙,增加分模力,直至出现彼锋.尼龙便是一个典型例子,所以在么模塑尼龙时便需要较大的锁模力.在另一方面,如果塑料粘度太高,则其流动阻力便很大,因而产生大的肯压,使模腔内的塑料的平均压力提高,同样会引致毛边.一般来说,塑料温度对粘度的影响最大,而压力及剪切率也对粘度有影响.如果将塑料的温度升高,则其粘度使上降,而将其温度调低,其粘度使增大.塑料方面的另一种问题,就是其干燥状况及是否混有杂物,有些塑料,例如尼龙及ABS,具有很强的吸水性,水份可以侵透塑料表面直接与塑料份子键合,因而影响塑料的性能,至于聚碳酸酯,虽然没有吸水性,但其性能也对其表面水份敏感,所以在模塑时,很多塑料都必须预先加以焙干,才能正确地控制其性能.如果在塑料内混入杂物,或是混合不同种类的塑料,则当然更难预测塑料的性能变化.塑料在模腔内的压力,会随着模腔的充填而改变.在模腔未曾填满之前,熔融前端之压力差不多等于零.而在注口之压力则比模腔内其它位置的压力都高,但当模腔完全填满时,塑料流动时的压力损耗就不再存在,整个模腔内的压力都变成同一静压,因而要把工模迫开的力量便会大增,引致毛边之产生.为了避免此种情况之出现,在模腔一旦填满,注射压力使必须立即调整至较低的保压压力.除了正确调校射出机之压力控制系统外,另一种辅助方式就是先把注射速度降低.这样一来,熔体前端之塑料便有时间冷却及局部固化,因而避免了毛边的产生.由于注射速度太慢会拖慢生产,最好的注射速度调校方法就是分段调校,以保证在注射过程中的平均速度不会太慢.由于注射速度太快会加大压力损坏,提高模腔内塑料的平均压力,所以注射速度的调整也必须配合所采用的锁模力.不然的话,毛边也可能产生.如果是射出机的机械结构方面有问题,则其复杂性便较大,要找问题的成因也较困难.例如模板之间的平行度有偏差,或是模板拉杆的受力分不均匀,也会引起工模力不平衡,以致塑件在锁模力较弱的位置出现彼锋.在另一方面,如果螺杆或熔胶筒的磨损较大,则熔体便可能在螺纹外径与熔胶筒之间滑行及逆流,因而出现压力切换位置点的不正确,造成局部的毛边及射胶不足情况.除了上述各种因素之外,如果工模方面出现了问题,也会产生毛边.例如工模用久了,有些位置有了磨损,使容易有毛边的现象.甚至一些小毛病,如排气孔阻塞,也会引起模腔压力升高,而压力太高便会有毛边.在一些多腔工模,如果流道设计欠缺平衡,则塑料的流动便不对称,为了避免个别模腔射胶不足,另外一些模腔便可能会毛边.4-8成品短射,缺料,浇不足充填不足(short slot)是熔融的材料未完成流遍成形空间的各角落之现象.充填不足的原因有成形条件设定不适当,模具的设计,制作不完备,成形品的肉厚太薄等所致,成形条件的对策是增高材料温度(加热缸温度),模具温度增大射出压力,射出速度及提高材料的流动性.模具方面可增大注道或流道尺寸,或者再检讨浇口位置、大小、数目等使熔融材料容易流动.为了使成形空间内的气体顺利疏散,可在适当位置设置排气孔.4-9结合线结合线(weld ling)是熔融材料道或道以上合流的部份所形成的细线,结合线发生的原因如下所示:1.成形品形状(模具制造)所致材料的流动方式.2.熔融材料的流动性不良.3.熔融材料合流处卷入空气,挥发物或离形剂等异物.结合线是流动的材料温度特别低所致,即合流部未能充分熔合所致.成形品的窗、孔部周边难免会造成材料合流,而产生结合线.但材料的流动性特别良好时,可使结合线几乎看不见,同时异高材料温度,增高模具温度,亦可使结合之程度减至最小.改变浇口的位置、数目,将发生结合线的位置移往地处,或在熔合部设置排气孔,迅速疏散此部份的空气及挥发物,或在熔合部附近设材料溢流池,将结合线移至溢流池,事后再将其切除等皆是有效的处置对策.结合线不仅有凝成形品之外观,同时也不利于成形品强度,不含玻璃纤维等填充料的非强度与其它部位相差无几.但玻璃纤维强化塑料(FRTP)的玻璃纤维在熔合不融者,此部份的强度常低很多.4-10成品表面光泽不良成形品表面失去本来的光泽,形成乳白色层模,成为模糊状态等皆可称为表面光泽不良(haze).成形品表面光泽不良,大都是由于模具表面状态所致,模具表面的研磨不良时,成形品表面当然得不到良好的光泽.但模具表面状态良好时,增高材料温度,模具温度,可改良表面光泽.使用过多的离形剂或油脂性离形剂亦是表面光泽不良的原因.同时,材料吸湿或含有挥发物及异质物混入污染亦是造成形品表面光泽不良的原因之.4-11黑纹黑纹(black streak)成形品有黑色条纹的现象,其发生的主要原因是成形材料的热分解所致,常见于热安定性不良的材料.有效防止黑条发生的对策是防止加热缸内的材料温度过高,减慢射出速度.加热缸内壁或螺杆,若有伤痕或缺口,则附着于此部份的材料会过热,引起热分解.逆流防止阀亦会因材料滞留而引起热分解,所以黏度高的材料或容易分解的材料要特别注意防止黑纹的发生.4-12流纹流痕(flow mark)是熔融材料流动的痕迹,以浇口为中心而呈现的条纹模样.流痕是最初流入成形空间内的材料冷却过快,而与其后流入的材料间形成界线所致.为了防止流痕,可增高材料温度,改善材料流动性,调整射出速度.残留于射出成形机喷嘴前端的冷材料,若直接进入成形空间内,则会造成流痕,因此在注道与流道的会合处或流道与分流道的交接处设充分的滞材部,可有效的防止流痕的发生.同时,亦可增大浇口的尺寸来防止.4-13开模时或顶出时成品破裂破裂(cracking)是成形品表面产生毛发状之裂纹,成形品会有棱角时,此部份常发生不易看出的细裂纹.裂纹是成形品的致命不良现象主要原因如下所示.1.脱模不易所致2.过度充填所致3.模具温度过低所致4.成形品构造上的缺陷所致若欲避免脱模不良所致的裂纹时,模具成形空间须设有充分的脱模斜度,检讨顶出销的大小、位置、形式等.顶出时,成形品各部分的脱模阻力要均匀.过度充填是射出成形时,施加过大的射出压力或材料计量过多,成形品的内部应力过大,脱模时造成裂纹,在此种状态下,模具配件的变形量也增大,更难脱模,助长破裂之发生,此时,直降低射出压力,防止过度充填.浇口部常易残留过大的内部应力,浇口附近易脆化,特别是直接浇口的部份,易因内部应力而破裂,例如杯状或碗状成形品,易以浇口为中心而发生放射状裂纹.**表示干燥条件依材料类别而定,最好向材料供货商确认.射出成型之实作一.实习目的本实习的目的在于射出成型产品成型实作,一方面熟悉成型实作的步骤,同时了解如何调整成型参数以找出良好的成型条件并解决现场成型的问题,以改善成品质量.二.相关知识、原理及仪器*2-1射出成成型成型条件设定与调整的基本考虑当我们要成型一件物品时,必须考虑以下几点:1.模具尺寸是否与机器最大最小尺寸相吻合.2.此成品开模后所需开模尺寸是否超过机器的最大开模行程3.机器是否能够提供成品需要的总射出行程(量).4.机器是否能够提供成品所需的锁模力.5.此成品所用的原料是否需要事先烘干.6.此成品所用的原料是否可用于现有机器的螺杆.7.塑料原料的成型窗口为何.*2-2重要的成型参数之决定与调整一般来说影响射出成型质量的因素有下列几个重要的参数:●模具●料温●射出速度●射出量●保压切换点●保压压力及时间●锁压力的大小●背压各项成型参数的决定与调整及其对成型和成品可能影响分别说明如下:(1)模温:1.成型收缩率并不是树脂的固有材料之特性,而是随着成型的各种条件和形状而变,模具温度差异所引起的日常变动对于结晶性树脂的影响特别大,而模温在决定成品收缩率上有着极大的影响.基本上若我们可以先固定成型的条件,在模具设计上便可依照此规范定订模具尺寸,但若事先未考虑到,则现场模温便变得很重要了.此外,模温对于某些塑料产品的光泽也有很大的影响.2.在模温机上有一旋转式的调整钮,转动此调整钮达到所需的温度值便可.(2)料温:1.每种材料皆有其适合成型的温度区域;高温时流动性较好,但温度过高材料可能会变质,所以当决定了使用某一材料时,便要决定其成型的温度.(一般的厂商皆会提供材料的软化点及建议的成型温度范围)2.欲调整料温度仅需于功能键F06下输入所需的温度值即可(3)射出速度:1.射出速度通常是越大越好.例如尼龙、PS之类,易急速固化之塑料或肉厚较薄的物品,若其射出速度越慢,在模内越会随着塑料鼻冷却而很快的失去流动性而造成充填不足.但若对硬质如PVC之类,热安定性差的塑料,若以高速射出,则塑料会因热分解,而发生黑条等外观不良现象.2.欲调整速度值于F03下的injection speed调整所需速度值即可.(4)射出量:1.射出量=射出行程╳塑料密度=π/4 D2╳S╳d(D:螺杆直径,S:行程,d:密度)塑料的密度会因当时的温度或压力等不同而有所变化.本机器是以聚苯乙烯(比重 1.05)为基准,来作为表示最大射出量(10z=28.4g).射出量应考虑成型品重量及浇道部份的重量,否则会则因成型能力不足而产生充填不足.2.欲调整射出行程有二种方法:a.F03调整metering stroke 可控制进料量的大小.b.F03调整injection stroke 可控制射出量的多少c.F03调整switch point可控制射出量的多少(5)保压切换点1.保压切换点顾名思义,是由射出充填状态切换至保压状态的时刻,越早切换其相对的射出量越少,但可能会减少因射出压力过高而造成的不良现象;同时也可能因充填压力太低而造成短射情形.2.调整切换点于F04调整switch point到所需值便可.(6)保压压力及时间1.保压压力的大小也直接影响成型品的质量,保压压力太大,则开模时成品可能会因过保压而卡在模穴内或断裂,而且也可能会产生毛边.若压力不足,可能会产生收缩等对产品外观不良现象.2.调整保压压力时间,于F05调整至所需的压力即可.(7)锁模力的大小1.锁模力是锁紧模具的最大力,通常以吨表示其单位.锁模力应大于成型品的投影面积╳锁模力,而模穴内的平均压力才不会使塑料鼻压力推开模具.若锁模力太小的话,会产生毛边.2.调整锁模力于F09clamping force调整到所需的值即可(≦140Mpa).(8)冷却时间1.冷却时间影响成型品的收缩.一般而言,冷却时间愈长,收缩也愈大,尤其对结晶性的原料差异更为明显.2.调整冷却时间于F07cooling time调整到所需的值即可.(9)塑料的干燥度1.直接影响到成品质量.若原料中含有湿气,则成型品可能会有气泡或表面会不光滑.2.调整烘料的时间及温度,可改善干燥度的问题.调整烘料机的设定即可.(不同原料有不同的温度及时间)(10)背压:所谓背压便是螺杆进料时给予螺杆的反向压力.1.背压的大小影响到原料的密度,且对射出温度有某种程度的影响.2.调整背压F06back pressure调整到所需值.(不同原料有不同的背压值)*2-4利用计算机辅助制程分析预寻成型制程条件却成型品为一杯子,其实外观计算机彩图如图(1),杯子之有限元素网格图如图(2),经由计算机辅助制程充填仿真分析,所得到的短射情况如图(3)~(6).而压力分布与温度分布分别如图(7)与图(8).三.成型步骤(1)将电源总开辟打开,并且将射出机、冷却水塔及烘料机之电源也打开.(2)走动射出机后,射出机会先读取机器计算机内之保护程序,读完之后,若无错误即可将油压马达和加热器打开(3)等射出机达到我们所设定的操作值或范围.(4)将模具安架于射出成型机并完成各项开辟模动作及行程设定](5)先做短射,再慢慢增加射出行程,直到充满整个模穴.(6)所得到的成型品可能会有很多缺陷,故必须再调整射出速度、保压切换、保压时间及冷却时等,以便得到较佳之成品.四.成型条件的记录与成品检规(1)成型记录条件如下表(2)成品检规以这次的实习结果来看,成型后所得的杯子其产生的缺陷大致有下列机种情形,并且加以修正:1.气泡:当塑料受潮却未加以烘干时或冷却时因体积收缩,会在成型品的表面或肉厚较大的地方产生气泡或空隙.此时将塑料烘干或在成型的条件中增加保压压力、保压时间.2.毛边:当锁模力不足,射压、射速太大或进料过多时,便会在模穴的分模面产生毛边,以至有损成型品的美观.改进的方法可将锁模力增大、射压或射速减低、减少进料量、调整保压切换的行程或利用模温控制机将模温提供等.3.凹陷:在成型品杯子的把手厚度大,熔融塑料冷却固化因体积收缩所致.要消除收缩凹陷可增加射出量、提高射出压力、延长保压时间或增大浇口的断面积等.五.讨论事项A.请检视成品是否发生下列问题:1.充填不足8.破裂2.毛边9.烧焦3.收缩凹陷10.表面光泽不良4.变形11.流痕5.熔合线12.黑条6.银线痕13.其它7.气泡B.若成品发生上列问题,请说明发生原因及解决方法.C.解决后成品是否有预期的改善,若没有改善请解释原因.六.参考文献(1)Battenfeld射出成型机操作手册(2)塑料机与塑料模具塑膠资料第31 页共60 页色差测量仪使用方法(1)用右手按住“All Data Clear”键不放,将开辟由Off拨到On,待屏幕显示“Initial Set Ok”方可松开右手(2)按“Calibrate”键,屏幕显示“Set Cal Data”,过4-5秒后屏幕显示MeasureCal Ch00 Y--.---x.--- y.----(3)利用“”键和数字键键入标准白板上得D65光元数据(Y94.59 x.3164 y.3330)(4)将光学部分对准标准白板,用手压“Measure”键进行测量,此时光学部分会闪三次,并且屏幕显示出“End Y94.59”. x.3164 y.3330(5)用手压“ Color Space Select”键进行色系转换,选择Lab色系.(6)用手压“Target Color Set”键,4-5秒后屏幕显示“T00 Ch00 L---. ---a.---b.-----.(7)选择对应标准色板进行测试,将光学部分压在色板上咬花与产品相同部分,用手压“Measure”键,光学部会闪一次,屏幕显示“End L97.20 a.-0.10 b.+0.20.(8)用手压ABS屏幕显示“E00.00 L00.00”Diff a00.00 b00.00.(9)如果不需要打印显示结果,按“Index Set”键,屏幕显示“PrintedY/N?”选择“N”,按“Enter”键.(10)测试待测产品.备注:测试完一种产品后,如果要再测试另一种产品,应先压“Last Data Delete”,屏幕显示“XXX Data Deleted”,再压“Target Color Set”,4-5秒后再用光学部分测试另一种标准色板,稍后即可测试产品. 白浅灰深黑 b 黄L:100 75 50 25 0 -a +a绿红-b 蓝ΔE=√ΔL2+Δa2+Δb2Lab色系的色差允许范围: ΔE∠=1.0 ΔL∠=0.7 Δa∠=0.5 Δb∠=0.5。