1、 精 密 射 出 成 型 乃 是 傳 統 射 出 成 型 但 是 要 求 產 品 之 高 精 密 度 。 一 、 射 出 成 型 各 階 段 之 基 本 原 理 與 物 理 現 象 : 射 出 成 型 以 模 具 的 機 械 動 作 可 分 為 鎖 模 階 段 、 充 填 階 段 、 保 壓 階 段 、 冷 卻 階 段 及 開 模 頂 出 五 個 階 段 , 如 圖 所 示 ; 但 以 熔 膠 在 模 具 的 流 動 至 開 模 為 止 , 則 可 分 為 充填 、 保 壓 及 冷 卻 三 個 過 程 。 圖 模具機械動作階段圖 在 充 填 過 程 中 時 射 出 成 形 機 的 螺 桿 向 前 運 動 將 熔 膠 經 由 澆 口 , 流 道 壓 入 模 穴 內 。 由 於 熔 融 樹 脂 具 有 高 度 黏 性 , 為 了 克 服 流 動 時 模 腔 壁 的 阻 力 , 螺 桿 必 須 提 供 足 夠 壓 力 , 同 時 熔 膠 也 必 須 維 持 有 壓 力 梯 度 。 熔 膠 的 黏 度 隨 時 間 、 剪 變 率 而 改 變 , 因 此 在 模 腔 內 各 點 的 壓 力 隨
2、著 時 間 位 置 在 變 化 。 在 整 個 過 程 中 , 模 穴 壁 上 的 壓 力 隨 時 間 的 變 化 大致 如 圖 所 示 。 圖 模穴壓力在射出成週期的變化。 充填階段 壓料(packing) 冷卻階段在 充 填 階 段 壓 力 主 要 是 來 克 服 熔 膠 在 模 穴 內 流 動 的 阻 力 , 當 模 穴 充 填 完 後 由 於 熔 膠 的 可 壓 縮 性 以 及 其 後 冷 卻 的 收 縮 , 為 了 補 償 這 個 收 縮 效 應 , 在 保 壓 階 段 保 壓 壓 力 將 熔 膠 繼 續 壓 擠 入 模 穴 直 澆 口 凝 固 。 爾 後 熔 膠 一 直 冷 卻 至 表 面 固 化 到 某 一 程 度 成 品 才 被 頂 出 。 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 動 的 峰 前 , 由 於 噴 流效 應 ( Fountain Flow Effect ) 熔 膠 從 中 心 往 兩 模 腔 壁 流 動 造 成
3、 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 心 的 流 動 速 度 最 大 , 而 凝 固 層 邊 的 流 速 為 零 。 如 圖 所 示 。 圖 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)同 理 靠 近 模 穴 處 溫 度 較 低 而 肉 厚 中 央 熔 膠 仍 然 保 持 高 溫 , 有 時 由 於 黏 度 生 熱 Viscous Heating 的 效 應 與 射 速 有 關 在 較 近 模 穴 的 地 方 會 產 生 高 溫 , 這 種 現 象 在 澆 口 尤 其 顯 著 ( 圖 1-4 )。 由 於 熔 膠 是 非 牛 頓 流 体 , 黏 度 呈 現 剪 薄(Shear Thinning 效 應 隨 著 溫 度 、 剪 切 率 而 改 變 , 因 此 在 充 填 過 程 中 , 壓 力 、 速 度 、 溫 度 , 以 及 扮 隨 的 黏 度 、 剪 切 率 在 流 動 方 向 以 及
4、肉 厚 方 向 均 有 很 大 的 變 化 , 對 於 成 型 及 成 品 品 質 會 有 很 大 的 影 響 。 在 射 出 成 型 整 個 單 一 位 置 的 壓 力 和 溫 度 的 變 化 圖 可 對 照 壓 力 、 比 容 密 度 、 溫 度 曲 線 來 分 析 。 圖 充填過程肉厚方向溫度分佈圖圖 射出壓力路徑與成品收縮 A-B 是 塑 膠 在 料 管 加 溫 過 程 B-C 是 熔 膠 充 填 過 程 C-D 是 熔 膠 保 壓 過 程 D-E 是 過 熔 膠 冷 卻 過 程熔 膠 各 點 壓 力 溫 度 變 化 的 行 徑 A - B - C - D - E 就 決 定 了 它 在 開 模 頂 出 位 置 的 收 縮 率 , 由 於 各 點 收 縮 率 不 同 會 形 成 品 的 殘 留 應 力 及 翹 曲 變 形 。 在 這 個 過 程 熔 膠 保 壓 壓 力 對 於 頂 出 時 點 的 位 置 有 大 的 影 響 性 。 總 之 , 精 密 成 型 之 品 質 乃 是 用 材 料 之 基 本 特 性 和 成 型 加 工 之 熱 機 過 程Thermal-mechani
5、cal Process 來 決 定 , 而 成 型 加 工 之 熱 機 過 程又 與 成 型 條 件 、 成 品 幾 何 與 模 具 設 計 有 關 。 二 、 射出成形機的基本結構 射 出 單 元 依 射 出 裝 置 來 區 分 的 成 形 機 種 類 為 柱 塞 式 、 螺 桿 式 以 及 預 備 可 塑 化 , 目 前 射 出 機 多 為 螺 桿 式 的 射 出 單 元 。 、 柱 塞 式 的 構 造 如 圖 1 - 6 所 示 : 圖 柱塞式構造其 工 作 原 理 為 : 從 漏 斗 上 落 下 來 的 成 形 材 料 , 利 用 連 結 於 射 出 柱 塞 的 計 量 裝 置 作 往 復 運 動 而 計 量 , 計 量 終 了 , 射 出 柱 塞 前 進 , 材 料 通 過 加 熱 缸 內 面 與 魚 雷 構 成 狹 小 的 通 路 , 在 此 充 分 加 熱 成 為 熔 融 狀 態 , 再 從 噴 嘴 部 射 出 於 模 具 內 。 魚 雷 外 圍 相 對 於 中 心 軸 成 輻 射 狀 配 置 很 多 細 槽 , 材 料通 過 此 部 份 時 被 均 勻 加 熱 。 、
6、往 復 螺 桿 式 射 出 裝 置 如 圖 - 所 示 ; 而 螺 桿 的 基 本 形 狀 如 圖- 所 示 : 圖 螺桿的基本形狀其 工 作 原 理 為 : 來 自 漏 斗 的 材 料 與 自 身 的 重 量 落 下 於 加 熱 缸 內 , 由 螺 桿 混 練 , 沿 其 螺 旋 槽 送 到 加 熱 缸 前 端 部 , 此 時 材 料 被 外 周 的 加 熱 器 加 熱 , 且 有 混 練 作 用 發 生 的 磨 擦 熱 , 使 材 料 成 為 熔 融 狀 態 。 隨 熔 融 材 料 的 貯 存 於 加 熱 缸 前 端 部 , 由 於 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 其 後 退 量 , 在 一 定 位 置 停 止 螺 桿 的 旋 轉 , 即 完 成 計 量 。 模 內 的 材 料 冷 卻 固 化 後 , 頂 出 成 型 品 , 開 關 閉 模 具 , 進 入 射 出 工 程 , 此 時 藉 射 出 裝 置 後 部 的 油 壓 缸 , 對 螺 桿 施 加 射 出 力 , 螺 桿 成 為 射 出 柱 塞 , 在 高
7、壓 下 , 加 熱 缸 前 端 部 的 材 料 從 噴 嘴 部 往 模 內 射 出 。 優 點 及 缺 點 分 別 說 明 如 下 : a. 優 點 : 藉 螺 桿 的 混 練 作 用 , 材 料 內 部 也 發 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 。 有 材 料 可 用 乾 式 著 色 法 直 接 上 色 。 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 。 、 預 備 可 塑 化 式 射 出 裝 置 預 備 可 塑 化 式 裝 置 是 將 預 塑 加 熱 缸 將 成 形 材 料 加 熱 熔 融 和 射 出 加 熱 缸 將 熔 融 材 料 射 出 相 結 合 , 依 照 加 熱 缸 之 形 式 大 概
8、分 為 下 列 兩 種 : a. 柱 塞 預 備 可 塑 化 式 ( 圖 1 - 8 ) 塑 料 在 預 塑 加 熱 缸 中 加 熱 , 使 塑 料 達 到 可 塑 化 熔 融 , 再 由 柱 塞 推 送 至 射 出 加 熱 缸 中 , 此 時 送 入 塑 料 壓 力 使 射 出 柱 塞 後 退 , 調 節 此 後 退 量 以 決 定 一 次 的 射 出 量 , 在 達 到 所 定 之 射 出 量 時 , 柱 塞 再 推 進 將 熔 融 塑 料 射 入 模 穴 內 成 形 。 圖 柱塞預備可塑化式b. 螺 桿 預 備 可 塑 化 式 ( 圖 1 - 9 ) 預 塑 加 熱 缸 為 螺 桿 式 , 螺 桿 旋 轉 將 塑 料 送 入 預 塑 加 熱 缸 中 熱 成 熔 融 狀 態 , 再 送 至 射 出 加 熱 缸 中 , 此 時 也 藉 射 出 柱 塞 之 後 退 量 設 定 射 出 量 , 計 量 完 成 則 柱 塞 再 推 進 將 熔 融 塑 料 射 入 模 穴 內 成 形 。 圖 螺桿預備可塑化式 鎖 模 單 元 合 模 裝 置 除 了 用 以 開 閉 模 之 外 , 最 主 要
9、 是 用 以 對 抗 射 出 於 模 內 之 熔 融 材 料 的 高 壓 力 , 以 充 分 的 強 力 閉 鎖 。 常 見 的 合 模 裝 置 有 直 壓 式 、 肘 節 式 及 肘 節 直 壓 式 三 種 。 1. 直 壓 式 鎖 模 裝 置 如 圖 : 直 壓 式 合 模 裝 置 又 可 分 為 升 壓 滑 塊 式 、 輔 助 缸 式 及 增 壓 缸 式 。 圖 直壓式鎖模裝置圖2. 肘 節 式 鎖 模 裝 置 如 圖 : 肘 節 式 合 模 裝 置 是 以 肘 節 接 頭 將 油 壓 缸 或 電 動 機 產 生 的 力 放 大 , 使 合 模 力 增 大 。 在 肘 節 機 構 中 , 力 的 放 大 率 與 速 度 因 連 桿 位 置 而 大 有 變 化 , 在 閉 模 的 最 初 階 段 , 力 的 放 大 率 小 而 速 度 快 , 接 近 閉 模 行 程 終 了 時 , 力 的 放 大 率 大 而 速 度 慢 。 在 肘 節 連 接 桿 將 近 完 全 伸 直 前 產 生 很 大 的 鎖 模 力 。 依 其 構 造 不 同 可 分 為 單 肘 節 式 如 圖 、 雙 肘 節 式 如 圖 。 圖 肘節式鎖模裝置圖 單肘節式圖 雙肘節式附 註直直 壓壓 式式 與與 肘肘 節節 式式 的的 比比 較較 直直 壓壓 式式 肘肘 節節 式式 合合 模模 行行 程程 方方 面面 可 依 模 厚 改 變 可 依 肘 節 式 長 一 定 受 構 造 限 制 , 不 能 太 長 模模 厚厚 調調 整整 方方 面面 容 易 要 依 模 厚 移 動 肘 節 裝 置 在在 合合 模模
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