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陳彥成
2006/10/04
射出成型技術
誰是良好的成型模具工程管理者?
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重要塑料參數
n 黏度參數 (Viscosity)
n 容積參數 (P-V-T)
n 比熱參數 (Specific Heat )Cp
n 熱傳參數 (Thermal Conductivity )K
n 楊氏模數 (Young`s Modulus)
n 膨脹係數 (Bulk Modulus)
黏度參數
n 黏度參數:考慮溫度、剪切率對黏度影響
n 溫度曲線間隙大,
黏度對溫度敏感
n 曲線斜率大,表黏度對剪切率敏感
n MI值為一定壓力及溫度下之塑料流動長度(質量)
n 若為常數時,表任何狀態下,黏度為定值
黏度
Viscosity
剪切率 Shear Rate
較高溫
較低溫
Lower Temp.
Higher Temp.
未被配向之高分子鏈
被配向之高分子鏈
unoriented molecular chains
oriented molecular chains
切變致稀性
(shear-thinning)
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容積參數
n 容積參數 :考慮溫度、壓力對比容影響
n 比容為密度倒數 (1/Density)
n 高溫下,自由體積大,比容大,即密度小,反之同
n 結晶性塑料,熔點附近有跳躍式變化
n 若為常數時,表任何狀態下,比容為定值(不可壓縮)
結晶性塑料
Crystalline
非結晶性塑料
Amorphous
容
比
溫度 (Temperature)
比熱參數
n 比熱參數:考慮溫度對比熱影響
n比熱為溫度上昇1℃所須熱量
n比熱愈高,代表塑料溫度愈不易變化
Tg Tm
不連續性變化
溫度
比
熱 非結晶性高分子
結晶性高分子
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熱傳參數
n 熱傳參數:考慮溫度對熱傳影響
n熱傳為塑料熱傳導特性度量
n熱傳愈高,代表熱傳導效果愈佳,即冷卻較
快
溫度
熱
傳
導
係
數
非結晶性高分子
結晶性高分子
楊氏模數
n 楊氏模數
n 定義:E=拉伸應力/拉伸應變
n楊氏模數為材料韌性的度量
n楊氏模數愈高,代表材料抗拉伸能力愈高
n典型值:
塑料Polymers 楊氏模數值 E, N m/ 2
Natural rubber 10 5 105. ´
PE 0 2 109. ´
Nylon 19 109. ´
PMMA 32 109. ´
PS 33 34 109. .- ´
Epoxy 25 109. ´
PP 311 109. ´
PC 2 109´
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誰是良好的成型模具工程管理者?
ÊBack
時間
流率
壓力
•在此一階段塑料不再充填,產品開始冷卻固化。
•螺桿鬆退以進行下一週期成型準備。
冷卻過程說明
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•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。
ÊBack
頂出階段說明
塑件冷卻過程
n 塑件冷卻過程
熱傳導
熱傳導
熱對流
模具本體
冷卻水管
模穴(塑件)
Mold Base
Cooling Lines
Heat Conduction
Heat Convection
Heat Conduction
Cavity(Part)
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模溫週期變化
n 模溫週期變化
n 合模時間
n 充填時間
n 保壓時間
n 冷卻時間
(佔成型週期最長)
n 脫模時間
(熱變形溫度下頂出)
20
35
最高模溫
最低模溫
平均模溫
模溫
時間
射出 開模
成型週期
影響冷卻速率因素
n 塑件厚度設計
n 約和厚度成平方比
n 冷卻方式
n 模材選擇
n 冷卻管配置
n 冷卻液性質
n 冷卻液流速
n 塑料種類
n 加工參數
2htc µ
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冷卻時間粗估
n 平板型塑件
n 圓型塑件
L
W
h
ú
û
ù
ê
ë
é
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-
-
=
we
wm
c TT
TTht
pap
4ln2
2
L
d=2R ú
û
ù
ê
ë
é
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-
-
=
we
wm
c TT
TTRt 6023.1ln173.0
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a
Tm = 冷卻初塑料溫度℃
Tw = 模具溫度℃
Te = 塑料頂出溫度℃
冷卻設計重點
n 預估冷卻時間及成型週期長短
n 冷卻系統設計的最佳化
n 使塑件各部的冷卻效果均勻而有效率
n 因冷卻不均造成塑件的翹曲變形
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冷卻
所需物性資料
n 塑膠材料熱物性質
n 密度(density)
n 比熱(specific heat)或熱容量(heat capacity)
n 熱傳導係數(thermal conductivity)
n 冷卻液性質
n 黏度(viscosity), 密度,[g/cc]
n 比熱,[erg/g-K],熱傳導係數,[erg/sec-cm2-K]
n 模座熱物性質
n 密度,[g/cc],熱傳導係數 ,[erg/sec- cm2 -K]
ÊBack
冷卻水管參數的設定
n 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
雷諾數(Reynolds Number) Re º
4Q
D
r
p h
管徑D,[cm]
冷卻液密度及黏度 =
冷卻液流量= Q,[cc/sec]
r h, 單位分別為[g/cm3],[poise]
F雷諾數在4000以上為紊流,欲達良好的熱傳效果,
應控制在10,000以上,如縮小管徑或提高流速
ÊBack
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射出成型之收縮探討
n 射出成型之收縮探討
n 充填階段收縮
n 溫度壓力變化,引發的塑料比容跟密度發生變化
n 保壓階段收縮
n 受到保壓壓力及保壓時間影響
n 冷卻階段收縮
n 塑件重量保持固定,體積逐漸收縮使塑件密度提高
n 脫模至使用階段收縮
n 來源為加工過程中之流動殘餘應力及塑件脫模溫度
與使用環境溫度差造成的熱應力
成型過程中P-V-T變化探討
壓力
時間
模穴壓力
融膠溫度 溫度
1
2
3 4
5
67
8
壓力及溫度變化
比容
溫度
壓力增加
常壓
1
2
3456
7
8
體積收縮
室溫 融膠溫度
射壓
保壓
P-V-T 變化
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塑件收縮理論
n 塑件收縮理論
n 定義體積收縮率
n 假設X、Y、Z為均向收縮
n線性收縮率為
VL SS 3
1
»
CC
C
V V
V
V
VVS -=-º 1
影響收縮因素(二)
n 產品設計方面
n 塑件尺寸
n 肉厚分佈
n 厚度變化
n 補強肋效果
不良的設計 肉厚突然變化
(stepped transition)
較佳的設計 肉厚漸縮變
化(tapered transition)
最好的設計
肉厚逐漸變化
(gradual transition)
若情形允許,掏空(core out)肉厚較厚
處,可減少冷卻時間及收縮翹曲問題
容易產生內應力集中現象
td
L
L=3td
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影響收縮因素(三)
n 模具設計方面
n 澆口位置
n 澆口型式
n 流道系統
n 冷卻水管
n 加工精度
n 頂出系統
影響收縮因素(四)
n 加工條件設定
n 壓力、時間
n 模具溫度
n 熔膠溫度
n 冷卻時間
n 頂出溫度
n 鎖模力
開模
保壓/靜置
階段
時間
模穴壓力
充填階段
(mold filling)
保壓/壓縮階段
(packing/compression)
(packing/holding)
冷卻/模內收
縮階段
(cooling/in mold
shrinkage)
開始射出
(start injection) (gate solidification)
澆口固化
(mold open)
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翹曲變形因素(一)
n 不均勻體積收縮
n 模具冷卻不均
n 造成的不對稱熱收縮
冷卻速率較低,較熱模面
冷卻速率較高,較冷模面
脫模
塑件翹曲變形
收縮量較大
收縮量較小
翹曲變形因素(二)
n 流動配向造成的塑料物性各向異性
n 幾何效應造成的差異熱應變
模穴側:冷卻速率較快
料溫較低
模仁側:冷卻速率較慢
料溫較高
脫模
模穴側:收縮量較小
模仁側:收縮量較大
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翹曲變形因素(三)
n 形狀補強
n 壓力差導致變形
模穴壓力較高區域 模穴壓力較低區域
脫模
收縮率較低 收縮率較高