射出成形机射出机操作顺序

flyfly · 发表于 2010-10-21 11:47

射出机操作顺序塑料射出成形加工是一种适合高速量产精密组件的加工法，它将粒状塑料于料筒内融化、混合、移动(3 Ms: Melt, Mix, and Move)，再于模穴内流动、充填、凝固(3Fs: Flow, Form, and Freeze)。其动作可以区分为塑料之塑化、充填、保压、冷却、顶出
　　
射出机操作顺序

塑料射出成形加工是一种适合高速量产精密组件的加工法，它将粒状塑料于料筒内融化、混合、移动(3 M’s: Melt, Mix, and Move)，再于模穴内流动、充填、凝固(3F’s: Flow, Form, and Freeze)。其动作可以区分为塑料之塑化、充填、保压、冷却、顶出等阶段的循环制程，包括的基本操作动作如下列：

(1) 关闭模具，以便螺杆开始向前推进，如图2-8(a)。
(2) 与柱塞式射出机相同地，推进回转式螺杆以充填模穴，如图2-8(b)。
(3) 螺杆继续推进，以进行模穴保压，如图2-8(c)。
(4) 当模穴冷却，浇口凝固，螺杆开始后退，并塑化材料准备下一次射出，如图2-8(d)。
(5) 开启模具，顶出塑件，如图2-8(e)。
(6) 开闭模具，以开始下一个循环，如图2-8(f)。

塑料在料筒被螺杆挤压产生大量摩擦热而形成熔融状态，熔胶堆积于料筒前端，并且使用加热器维持熔胶温度。在充填阶段开始，射出机打开喷嘴，螺杆前进将熔胶经喷嘴注入关闭的模穴，以完成充填。当熔胶进入模穴，受压气体从顶出销、分模线和气孔逸出。良好的充填决定于塑料组件设计、浇口位置和良好的排气[w6] 。假如塑料的流动性不佳，或者射出压力不足就可能造成短射现象；相反地，假如塑料的流动性太好[w7] ，容易在塑件的分模面造成毛边。熔胶完全填满模穴后，继续施压以注入更多熔胶，补偿因冷却而造成之塑料体积收缩，并确保模穴完全填满。

充填与保压阶段结束，熔胶在模具里完全凝固后，再打开模穴取出塑件。冷却时间在整个成形周期占非常高的比例，大约80%，[w8] 成形品的冷却时间依照塑料性质、成形品的形状、大小、尺寸、精度而有不同。当移动模板后退，使顶出销顶到后板(rear plate) 而停止运动，将成形品、浇道系统及废料顶出。

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

图2-8 射出机之操作程序。(a)关闭模具；(b)充填模穴；(c)保压；
(d)螺杆后退；(e)顶出塑件；(f)开始下一个循环。

　为了进一步说明制程循环中的射出机动作，图2-9画出不同阶段的油压缸压力、模穴压力、公母模分隔距离与螺杆位置的示意图，其中编号表示：

图2-9  典型的射出成形机之动作循环和各动作所占的时间比例

1       -- 充填（射出阶段）
2       -- 保压与冷却
3       -- 开启模具
4       -- 顶出塑件
5       -- 关闭锁具

射出成形的周期时间根据制程的塑件重量、肉厚、塑料性质、机器设定参数而改变。典型的周期时间可能从数秒钟到数十秒。

2-4  螺杆操作

　　根据需求，回转式螺杆可以设定转速以塑化塑料颗粒，并且将熔胶以设定之螺杆速度、射出量与射出压力压挤进入模穴。回转式螺杆射出机之射出成形的主要控制参数如下列：

(1) 背压

　　背压(back pressure)是螺杆往后推以准备下一次射出塑料时，作用于螺杆前端之塑料的压力值。当射出机准备要射出时，螺杆将前端的塑料推入模穴，射出的塑料在模具内冷却后，射出机再进入螺杆倒退阶段，重新开始一个循环。通常，射出机可以调节背压的最大值，当螺杆移到此预设背压位置，就结束螺杆倒退阶段。[w9] 此预设的螺杆停止位置是根据充填流道和模穴所需的塑料量，以手动方式设定。

(2) 射出速度（或射出时间）

　　射出速度（injection speed或螺杆速度ram speed）是指射出操作中，螺杆的前进速度。对于大部份的工程塑料，应该在塑件设计的技术条件和制程允许的经济条件下，设定为最快的射出速度。[w10] 然而，在射出的起始阶段，仍应采用较低的射速以避免喷射流(jetting)或扰流。接近射出完成时，也应该降低射速以避免造成塑件溢料，同时可以帮助形成均质的缝合线。[w11]

射出时间是将熔胶充填进模穴所需的时间，受到射出速度控制。虽然最佳的充填速度取决于塑件的几何形状、浇口尺寸和熔胶温度，但大多数情况会将熔胶尽速射入模穴。因为模具温度通常低于树脂的凝固点(freezing point)，所以太长的射出时间会提高导致塑料太早凝固的可能性。

薄肉厚塑件使用高射出速度以防止充保模穴前发生凝固。有时候，粗厚塑件或小浇口会降低充填速度，此时必须保持熔胶连续地流过浇口以防止浇口凝固，进而充饱模穴。新进的研究方向尝试控制射出量，控制螺杆动作和止回阀(check valve)关闭的时间，以达到控制组件尺寸的目的。

(3) 螺杆旋转速度

　　螺杆旋转速度是塑化螺杆的转速。转速越快，塑料螺杆沟槽压缩得越激烈，产生更大量的剪切热。
(4) 缓冲量

　　缓冲量(cushion)是螺杆的最大允许前进位置与最末端的前进位置之间的差值。假如允许螺杆行程设为最大值，缓冲量为零，螺杆将前进至碰到喷嘴后才停止。通常，缓冲量设定为3~6 mm（1/8~1/4英吋）。

(5) 熔胶温度

熔胶温度应依照(a)树脂种类、(b)射出机特性、(c)射出量，相互配合。最初设定的熔胶温度应参考树脂供货商的推荐数据。通常选择高于软化温度、低于树脂之熔点做为熔胶温度，以免过热而裂解。[w12] 以nylon为例，在射出区(feed zone)的温度通常比料筒的温度高，此增加的热量可以降低熔胶射出压力而不致于使熔胶过热。因为nylon熔胶的黏滞性相当低，可以很容易地充填模穴而不必倚赖提升温度造成的致稀性。

(6) 模具温度

模具温度的限制在于避免塑料在模穴内的剖面冻结(freezing)以及塑料的冷却性质(例如crystallization等)。所以，模具温度应该是在熔胶的流动性与模具温度之间作折衷选择。假如可能的话，应该让临界之凝固位置(the critical freezing location)发生在浇口处。调节浇口尺寸能够获得在可能的最低模具温度下的最佳流动性。

较低的模具温度可以加速成形周期，故应尽量使用可接受的最低模具温度。[w13] 有些射出成形需要冷却或冷凝，有些则需要加热模具以控制结晶度(crystallization)和热应力。模具温度可以使用冷却剂调节。模具温度和冷却剂温度都应监控。模具固定侧和移动侧使用不同模温的目的之一是要控制成品附着在模仁，方便顶出。[w14]

影响熔胶温度和模具温度的一些因素包括：

      ․射出量(shot size)—大射出量需要较高的模具温度。
․射出速率(injection rate)—高射出速度会造成致稀性的高温。
․流道尺寸(size of runner)—长的流道需要较高温度。
․塑件壁厚(part thickness)—粗厚件需要较长冷却时间，通常使用较低模温。

(7) 射出和保压压力

射出压力的上限是射出机的容量、锁模力和模具的结构。通常，射出压力和保压压力设定为不会造成短射的最低压力。[w15] 射出压力和保压压力应该足够高，维持足够久，以便在塑件的收缩阶段继续填注塑料，将收缩量最小化。然而，太高的射出压力会造成塑件潜在的应力。两段式加压可以应用在一些制程，第一阶段的高压进行充填，第二段则以较低压力进行保压。[w16]

(8) 保压时间

完成充填模穴后，射出机仍然施加压力在模具的时间称为保压时间，保压的目的在维持组件的尺寸精度。

(9) 剩余冷却时间

解除压力到开模之间的时间称为剩余冷却时间，目的是让塑件足够硬化以便顶出。假如在塑件尚未完全冷却硬化之前就顶出，会造成塑件翘曲变形。

(10) 开模时间（mold-opening time，也称为dead time）

开模时间包括打开模具、顶出塑件和关闭模具的时间。[w17] 开模时间和射出机之操作效率、成品取出的难易度、使用脱模剂与否都有关系，以人工安置镶埋件(insert)的模具会更降低操作效率。在射出机运转过程维持最少的人力介入是开模时间最佳化的方向。有时候，考虑到成形品的可靠性和尺寸稳定性，最理想的制程循环有可能不是dead time最短的制程。

改善dead time的方法包括：

․统计法—例如control charts、田口法。
․神经网络法—甚至可以在射出机运转之前即建议设定之成形条件。目前，可能购买现有的神经网络训练器分析正常的射出成形制程，而能够准确预测成形品的品质。甚至有神经网络训练器只要辨识组件的几何关系和树脂特性就可以对新设计缘渐渐溢出有效的成形条件。

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