财团法人塑胶工业技术发展中心

財團法人塑膠工業技術發展中心射出成形與產品設計吳仁志產品開發部產品設計暨射出技術組研發專員中華民國98年9月7日射出成形與產品設計2(財)塑膠工業技術發展中心大綱壹、射出成型製程貳、射出塑料介紹參、射出產品之設計肆、常見射出成形問題射出成形與產品設計3(財)塑膠工業技術發展中心壹、射出成型製程射出成形與產品設計4(財)塑膠工業技術發展中心何謂射出成形塑膠射出成形(InjectionMolding)是將熔融塑膠材料壓擠進入模穴，製作出所設計形狀之塑件的一個循環製程。射出成形製程根據所使用的塑膠而有不同，熱塑性塑膠必須將射進模穴的高溫塑膠材料冷卻以定形，熱固性塑膠則必須由化學回應固化定形。射出成形與產品設計5(財)塑膠工業技術發展中心射出成形機的基本構造射出系統油壓系統模具系統鎖模系統控制系統射出成形與產品設計6(財)塑膠工業技術發展中心射出系統射出系統的功能是存放及輸送塑膠，使塑膠經歷進料、壓縮、排氣、熔化、射出及保壓階段。射出成形與產品設計7(財)塑膠工業技術發展中心射出系統-回轉螺桿回轉螺桿的外徑為固定值，螺杆的溝槽深度(thedepthofflight)從進料區到計量區起點逐漸遞減，溝槽深度的變化使塑膠相對於料筒內徑產生壓縮，造成剪切熱，提供熔化塑膠的主要熱量。料筒外的加熱片則幫助塑膠維持於熔融狀態，一般的射出機有三組或更多組加熱片，以便設定為不同的溫度區段。射出成形與產品設計8(財)塑膠工業技術發展中心射出系統-噴嘴噴嘴連接料筒和豎澆道襯套(spruebushing)。當料筒移到最前端的成形位置，其噴嘴外徑必須包覆在豎澆道定位環內，構成密封。噴嘴的溫度應該設定在材料供貨商建議之塑膠熔化溫度，或是略低於溫度。如此，清理料筒時，只要將料筒後退遠離豎澆道，清除的塑膠可以從噴嘴自由落下成形位置清料位置射出成形與產品設計9(財)塑膠工業技術發展中心模具系統模具系統包括了導杆(tiebars)、固定模板(stationaryplaten)、移動模板(movableplaten)、和容納模穴、豎澆道、流道系統、頂出銷和冷卻管路的模板(moldingplates)。典型的三板模之模具系統射出成形與產品設計10(財)塑膠工業技術發展中心模具系統大多數模具是由兩片模板組成。此類模具常使用在塑件澆口正好設在塑件邊緣或者接近塑件邊緣的設計，其流道(runner)也設計在母模板上。兩板模三板模三板模通常應用於澆口遠離塑件邊緣的設計，其流道是設計在分隔公模與母模的脫料板(stripperplate)上射出成形與產品設計11(財)塑膠工業技術發展中心冷卻管路冷卻管路(coolingchannels)是模具本體的通道，冷媒（一般是水、蒸汽或油）經由冷卻管路循環以調節模壁溫度。冷卻管路也可以搭配其它的溫度控制裝置一起使用，例如障板管(bafflers)、擾流板(bubblers)或熱管(thermalpinsorheatpipes)等。射出成形與產品設計12(財)塑膠工業技術發展中心冷卻管路熱塑性塑件的射出成形中，模具的冷卻時間占整個週期的2/3以上。效率好的冷卻回路可以縮減冷卻時間，增加產能。再者，均勻的冷卻可以降低殘留應力，維持塑件尺寸的精度與穩定性，進而改良塑件品性。射出成形與產品設計13(財)塑膠工業技術發展中心鎖模系統鎖模系統用來開啟／關閉模具，支撐與移動模具組件，產生足夠的力量以防止模具被射出壓力推開。鎖模機構可以是肘節機構鎖定、直壓機構鎖定、或是上述的兩個基本型態的組合。肘節機構直壓機構射出成形與產品設計14(財)塑膠工業技術發展中心鎖模系統種類特色說明肘節式以肘節連桿組合，進行模具的開閉。肘節式合模裝置是以肘節連桿將油壓缸或電動機產生的力放大，進行合模動作。在肘節機構中，力的放大率與速度因連桿位置而異，在開始合模時，力的放大率小而速度快，接近合模行程終了時，力的放大率大而速度慢。在肘節連桿接近完全伸直的瞬間，產生很大的合模力。但是若連桿在未合模完成時就已100％伸直，或已合模但連桿仍未100％伸直，則無合模壓力的產生。直壓式以油壓缸直接產生合模力的構造，是射出成形機最常用的合模裝置。肘節直壓式組合肘節機構與直壓式油壓缸裝置的作動，通常以肘節機構開閉模具，再以直壓式油壓裝置產生合模力。射出成形與產品設計15(財)塑膠工業技術發展中心鎖模系統肘節式與直壓式之比較項目直壓式肘節式合模方式力量鎖模位置鎖模(常用於1000噸以下)合模行程可依模厚改變(可比肘節式長)一定受構造限制，不能太長模厚調整容易要依模厚移動肘節裝置合模壓力容易調整，可用量計直讀不易調整，不能直讀模具開閉速度容易調節且範圍廣速度常比直壓式快經濟性(運轉成本)所需動力大於肘節式，作動油量也多，運轉成本增高肘節操作用缸小，油壓泵也小，運轉成本減低射出成形與產品設計16(財)塑膠工業技術發展中心射出單元作動關閉模具充填模穴保壓螺桿後退頂出塑件開始下一循環射出成形與產品設計17(財)塑膠工業技術發展中心射出單元作動典型的射出成形機之動作循環和各動作所占的時間比例1--充填（射出階段）2--保壓與冷卻3--開啟模具4--頂出塑件5--關閉鎖具射出成形與產品設計18(財)塑膠工業技術發展中心螺桿操作背壓背壓(backpressure)是螺杆往後推以準備下一次射出塑膠時，作用於螺杆前端之塑膠的壓力值。當射出機準備要射出時，螺杆將前端的塑膠推入模穴，射出的塑膠在模具內冷卻後，射出機再進入螺杆倒退階段，重新開始一個循環。通常，射出機可以調節背壓的最大值，當螺杆移到此預設背壓位置，就結束螺杆倒退階段。此預設的螺杆停止位置是根據充填流道和模穴所需的塑膠量，以手動模式設定。建議背壓值大約5至10MPa。太低的背壓導致不均勻的塑件，增加背壓會增加摩擦力對於熔膠溫度的影響，因而縮短塑化時間。射出成形與產品設計19(財)塑膠工業技術發展中心螺桿操作射出速度射出速度（injectionspeed或螺杆速度ramspeed）是指射出操作中，螺杆的前進速度。對於大部份的工程塑膠，應該在塑件設計的技術條件和製程允許的經濟條件下，設定為最快的射出速度。然而，在射出的起始階段，仍應採用較低的射速以避免噴射流(jetting)或擾流。接近射出完成時，也應該降低射速以避免造成塑件溢料，同時可以幫助形成均質的縫合線。儘可能採用的最高射出速度，以獲得較低的流動阻力，方便將熔膠推進較長的流動長度，改善縫合線強度。射出成形與產品設計20(財)塑膠工業技術發展中心螺桿操作螺桿轉速設定所需之螺杆轉速以塑化樹脂。應注意到不要因為塑化過程而加長週期時間，否則就該增加螺杆轉速。理想的螺杆轉速是在射出成形週期的最終點發生塑化，不會拖長週期時間。螺桿旋轉速度是塑化螺桿的轉速。轉速越快，塑膠螺杆溝槽壓縮得越激烈，產生更大量的剪切熱。射出成形與產品設計21(財)塑膠工業技術發展中心螺桿操作緩衝量緩沖量(cushion)是螺杆的最大允許前進位置與最末端的前進位置之間的差值。假如允許螺杆行程設為最大值，緩沖量為零，螺杆將前進至碰到噴嘴後才停止。通常，緩沖量設定為3至6mm（1/8至1/4英吋）。射出成形與產品設計22(財)塑膠工業技術發展中心螺桿操作熔膠溫度熔膠溫度應依照(a)樹脂種類、(b)射出機特性、(c)射出量，相互配合。最初設定的熔膠溫度應參考樹脂供貨商的推薦數據。通常選擇高於軟化溫度、低於樹脂之熔點做為熔膠溫度，以免過熱而裂解。設定加熱片溫度的規則為︰‹應該讓溫度從噴嘴到料斗附近逐漸降低。‹最接近料斗的加熱片設定溫度應該比計算之熔膠溫度低40至50℃(72至80℉)，使塑膠顆粒於塑化過程仍可以順利地輸送。射出成形與產品設計23(財)塑膠工業技術發展中心螺桿操作熔膠溫度流動性質(°C／°F)熔膠溫度(°C／°F)模具溫度(°C／°F)頂出溫度(°C／°F)材料名稱MFRg/10min測試負荷kg測試溫度C最小值建議值最大值最小值建議值最大值建議值ABS3510220200/392230/446280/53625/7750/12280/17688/190PA12955275230/446255/491300/57230/8680/176110/230135/275PA61105275230/446255/491300/57270/15885/185110/230133/271PA661005275260/500280/536320/60870/15880/176110/230158/316PBT352.16250220/428250/482280/53615/6060/14080/176125/257PC201.2300260/500305/581340/64470/15895/203120/248127/261PC/ABS125240230/446265/509300/57250/12275/167100/212117/243PC/PBT465275250/482265/509280/53640/10460/14085/185125/257PE-HD152.16190180/356220/428280/53620/6840/10495/203100/212PE-LD102.16190180/356220/428280/53620/6840/10470/15880/176PEI155.00340340/644400/752440/82470/158140/284175/347191/376PET275290265/509270/518290/55480/176100/212120/248150/302PETG235260220/428255/491290/55410/5015/6030/8659/137PMMA103.8230240/464250/482280/53635/9060/14080/17685/185POM202.16190180/356225/437235/45550/12270/158105/221118/244PP202.16230200/392230/446280/53620/6850/12280/17693/199PPE/PPO4010265240/464280/536320/60860/14080/176110/230128/262PS155200180/356230/446280/53620/6850/12270/15880/176PVC5010200160/320190/374220/42820/6840/10470/15875/167SAN3010220200/392230/446270/51840/10460/14080/17685/185射出成形與產品設計24(財)塑膠工業技術發展中心螺桿操作模具溫度模具溫度的限制在於避免塑膠在模穴內的剖面凍結(freezing)以及塑膠的冷卻性質(例如crystallization等)。所以，模具溫度應該是在熔膠的流動性與模具溫度之間作折衷選擇。假如可能的話，應該讓臨界之凝固位置(thecriticalfreezinglocation)發生在澆口處。調節澆口尺寸能夠獲得在可能的最低模具溫度下的最佳流動性。較低的模具溫度可以加速成形週期，故應盡量使用可接受的最低模具溫度。有些射出成形需要冷卻或冷凝，有些則需要加熱模具以控制結晶度(crystallization)和熱應力。模具溫度可以使用冷卻劑調節。模具溫度和冷卻劑溫度都應監控。模具固定側和移動側使用不同模溫的目的之一是要控制成品附著在模仁，方便頂出。射出成形與產品設計25(財)塑膠工業技術發展中心螺桿操作射出和保壓壓力射出壓力的上限是射出機的容量、鎖模力和模具的架構。通常，射出壓力和保壓壓力設定為不會造成短射的最低壓力。射出壓力和保壓壓力應該足夠高，維持足夠久，以便在塑件的收縮階段繼續填注塑膠，將收縮量最小化。然而，太高的射出壓力會造成塑件潛在的應力。兩段式加壓可以應用在一些製程，第一階段的高壓進行充填，第二段則以較低壓力進行保壓。射出成形與產品設計26(財)塑膠工業技術發展中心螺桿操作保壓時間完成充填模穴後，