1、產品設計.模具結構.塑膠射出三 者 之 關 係大網說明n射出成型概說nCAE工程概說n充填階段問題說明n冷卻階段問題說明n影響產品變形因素塑膠模具設計-射出成型概說-射出成型概說n射出成型流程塑料融熔 加壓成型 產品冷卻 頂出成型n特點n成型速度快n尺寸精密n形狀複雜 塑化過程塑料、預熱、乾燥、供給塑料、預熱、乾燥、供給背壓背壓n充填前準備充填前準備n螺桿後退，塑料進入貯料區n螺桿和塑料摩擦+加熱環加熱，塑料熔化 充填過程n模穴進膠n壓力上升n流率控制塑料進入模穴塑料進入模穴螺桿前進螺桿前進Time壓力壓力流率流率保壓過程n防止收縮變形n壓力控制階段防止收縮防止收縮保壓控制保壓控制Time壓力
2、壓力流率流率冷卻階段n塑料停止充填n螺桿後退，塑料融熔塑料冷卻塑料冷卻螺桿後退螺桿後退Time壓力壓力流率流率頂出過程n開模 頂出 閉模 下一週期成型週期4%4%9%9%12%12%63%63%6%6%6%6%閉模閉模充填時間充填時間保壓時間保壓時間冷卻時間冷卻時間開模時間開模時間頂出時間頂出時間塑膠模具設計-CAE工程概說-影響品質要素塑膠材料模具設計射出機台傳統模具開發流程產品設計產品設計模具製作模具製作模具設計模具設計產品試模產品試模塑料選擇塑料選擇產品量產產品量產OKNOCAE工程n何謂CAE(Computer-Aided Engineering)n電腦輔助工程分析n理想開發流程n產品
3、原型設計(CAD)n電腦分析 修改 優化(CAE)n電腦輔助製造(CAM)CAE目的n仿真分析n減少實測次數n求得實驗不易取得數據n效益n節省時間n降低成本n科學化數據，提供問題研判未開發模具分析流程產品設計產品設計CAECAE分析分析模具設計模具設計模具製作模具製作塑料選擇塑料選擇產品試模產品試模OKNO已開發模具分析流程問題描述問題描述CAECAE分析分析問題重現問題重現模具修改模具修改實際實際 成型參數成型參數產品試模產品試模塑膠模具設計-充填階段問題說明-time流率壓力 螺桿前進，迫使塑料進入模穴。塑料在模穴進行充填過程中，其射出壓力隨著成型過程增加。此一過程稱為流率控度階段。充填過
4、程說明充填基本流動方式n充填基本流動方式n圓管流動n平板流動n徑向流動圓管流動 Tube Flow 平板間流動Flow between Plates 針點進澆徑向(輻射型)流動Radial Flow熔膠波前 Melt Front熔膠波前 Melt Front充填基本流動模式n充填基本流動模式n壓力差為主要動力n塑料流動趨勢n往阻力小區域流動厚度分布Thickness Distribution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影響壓力差主要因素n影響壓力差主要因素n產品厚度分佈n幾合形狀n流道設計n塑料特性n加工成型參數n厚度對壓力差之探討n厚度對壓
5、力差之探討n厚度厚，壓力差較小n厚度薄，壓力差較大n會有黏滯加熱現象產生，造成 溫度上昇，黏度下降n流動行為實為流動和熱傳競爭厚度分布Thickness Distribution流動阻力較小區域 流動阻力較大區域縫合線Welding Line熱傳較差熱傳較佳速度分布 剪切率分布速度分布剪切率分布噴泉流動n噴泉流動n縫合線n影響外觀，應力集中遠離流動波前之速度分布,全展流，以剪切流動為主噴泉流動區域流動波前固化層冷卻水管接觸面高分子鏈互相平行熔接線遲滯效應n遲滯效應n因厚度差，而造成流動趨勢不一現象n厚度薄，阻力增加，造成塑料冷卻，先到先冷卻n厚度差異大，造成流動趨勢改變遲滯現象hesitati
6、on可能產生之內部縫合線包封n 包封n由於塑料流動行為導致空氣無法排出n此一現象，可能造成塑料被絕熱壓縮，造成溫度上升，導致塑料劣化n變更流動趨勢，以改善此一問題n加裝頂針設計，增加排氣效果n加裝透氣金屬，改善問題包封位置包封位置air-trap流動平衡n流動平衡n具流動平衡設計模具，一般而言可具較均一品質n在多模穴設計中，可使各模穴產品品質均一n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過度保壓的模穴可能發生充填不飽的模穴不平衡之澆道系統不平衡之澆道系統由於遲現象造成充填不飽的模穴最佳化成型時間n射出時間和壓力關係圖1 12 23 3時間時間
7、壓壓力力區域區域1 1：粘滯流動控制區：粘滯流動控制區區域區域3 3：熱傳流動控制區：熱傳流動控制區區域區域2 2：最佳成型控制區：最佳成型控制區塑膠模具設計-充填問題案例討論-厚度對充填行為影響-原始產品設計厚度=1.8mm厚度=4.8mm厚度薄，造成短射由於外側厚度厚，造成包封產品設計變更厚度=2.0mm厚度=2.5mm原有包封及短射問題，已改善改善效益n原始設計n造成boss處，由於遲滯效應，而產生短射n由於兩側厚度厚，導致產品中間有包封現象n設計變更n原有包封及短射問題已消除n改善效益n避免產品無法成型問題產生n結論n適度產品厚度設計，將有助於產品成型塑膠模具設計-充填問題案例討論-厚
8、度對射出壓力影響-原始產品設計厚度=0.67mm最大射出壓力=150MPa產品設計變更厚度=2.5mm最大射出壓力=130MPa改善效益n原始設計n射出壓力=150MPan設計變更n射出壓力=130MPan改善效益n減少20MPan結論n增加產品厚度，將降低射出壓力塑膠模具設計-冷卻階段問題說明-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模具本體冷卻水管冷卻水管模穴(塑件)模穴(塑件)Mold BaseCooling LinesHeat ConductionHeat ConvectionHeat ConductionCavity(Part)模溫週期變化n模溫週期變化n合模時間n充填時
9、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)2035最高模溫最低模溫平均模溫模溫模溫時間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冷卻時間粗估n平板型塑件n圓型塑件LWhwewmcTTTTht4ln22Ld=2RwewmcTTTTRt6023.1ln173.02Tm=冷卻初塑料溫度Tw=模具溫度Te=塑料頂出溫度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)
10、Re 4QD 管徑D,cm冷卻液密度及黏度 =冷卻液流量=Q,cc/sec,單位分別為g/cm3,poiseF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Back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)2035最高模溫最低模溫平均模溫模溫模溫時間時間射出開模成型週期塑膠模具設計-冷卻問題案例討論-厚度對冷卻時間影響-原始產品設計最大厚度=4.8mm最長冷卻時間=44秒產品設計變更最大厚度=2.5mm最長冷卻時間=12秒改善效益n原始設計n冷卻時間=44秒n設計變更n冷卻時
11、間=12秒n改善效益n縮短32秒n結論n降低產品厚度設計，將有效縮短成型週期塑膠模具設計-影響產品變形因素-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影響收縮因素(一)n塑料選擇n塑料顆粒及分子量均一，可降低收縮率。n非結晶性塑料減少其流動配向的因素，結晶性塑料減少結晶度及穩定結晶條件，均可以降低塑件收縮率。n選擇吸水性較差塑料，或透過乾燥可減少收
12、縮。吸水性塑料如PBT.Nylon 6/6在脫模後容易發生再吸水現象而使塑件尺寸發生膨脹現象。n融指數較低，流動性佳，易保壓，收縮率較低n塑料是否含填料(filler)或補強成分，收縮率較低影響收縮因素(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不良的設計肉厚突然變化(stepped transition)較佳的設計較佳的設計肉厚漸縮變化(tapered transition)最好的設計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tdLL=3td影響收
13、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/靜置階段時間時間模穴壓力模穴壓力充填階段(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)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
14、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塑膠模具設計-翹曲問題案例討論-冷卻水管設計對產品平整度影響-原始產品設計變形量趨勢圖產品設計變更增加水管設計變形量趨勢圖(較平整)改善效益n原始設計n平整度較差n設計變更n平整度較佳n改善效益n改善平整度n結論n較佳冷卻水管設計，將有助產品品質提昇
