精密射出成型技术

精密射出成型技术射出业近况塑料射出成型制品因具有优异的特性﹐使用量正逐年增加﹒根据工业局的统计数据显示﹐国内塑料加工业厂家数目近一万家﹐从业合占制造业总人数的11%﹐产值约占总产值的9.5%﹒但员工人数在50人以下的厂家﹐竟占了85%﹐可见塑料射出成型加工业﹐属中小企业的占绝大多数﹒业界追求的精密射出技术如何提升技术﹑创造产品的附加价值﹐乃成为业界首要努力的目标﹒精密射出成型技术也因此逐渐受到重视﹒何谓精密射出成型﹖顾名思义﹐就是以较高的射出成型技术﹐制造出精度高的塑料制品﹒谈到精密射出成型﹐应从二个层面来思考﹒一种是在设计开发阶段﹐就先拟定一套完整的生产技术﹐掌握这些生产因素﹐使做出来的成品精度﹐控制在预测的精度范围内﹒这种技术层次较高﹐似属于研究开发的技术﹒另外一种是在生产前﹐尚无法确保掌握在生产过程中﹐制造出来的成品精度到底是多少﹖只知道它大概在某个程度范围内﹒有时﹐甚至无法预知制品的精度到底是偏上限﹐还是下限﹖但是在试做过程中﹐可以根据投入的生产因素及得到的制品精度范围﹐再来调整﹑修正投入的生产条件﹐使制品精度更能符合需求﹐并且更希望在往后的每一次量产中﹐都能得到质量稳定性﹑再现性很高的产品﹒以上两种方式﹐应该都市目前业界所追求的精密射出成型技术﹒何为“精密“射出成型本文所谈到的精度﹐除了尺寸﹑公差精度外﹐应包括制品表面精度（缩水﹑凹痕﹑接合线﹑光泽度﹑平坦度……等）﹒就塑料制品尺寸缩水来说﹐层次较高的精密射出成型技术﹐应该在模具设计之初﹐就能根据制品大小﹑形状﹑塑料原料﹑浇口大小﹑流动方向﹐决定一个很精确的缩水律﹐而模具尺寸即依此缩水律来设计﹑加工﹒在射出成型时﹐再依环境﹑原料的处理﹐决定最佳的成型条件﹐使做出来的制品尺寸经过缩水后﹐正好符合成品图上所要求尺寸精度﹒层次较低的精密射出成型技术﹐就是在模具设计时无法精确的决定缩水律等﹐预知射出后的成品质量﹒只能在以后生产时﹐根据做出来的制品质量的变化清醒﹐修正生产因素（包括料的干燥﹑射出条件的调整……等）﹐使制品的最终质量接近成品图的要求﹐并控制在以后每次生产都能达到这个精度﹒因此精密射出成型技术﹐就是（1）无人化全自动（2）成型周期一定的生产技术﹒本文仅就目前业界较迫切需要改进的后半段加以探讨﹐我想应有事半功倍之效﹒业界优先改善项目目前﹐许多业者认为要达到精密射出成型﹐最迫切需要优先改善的是﹕精密的模具与高精度自动化射出成型机﹒其实这二个因素﹐只是精密射出成型技术中很小的一环﹐还有许多很重要的部分被我们忽略了﹒过分的强调模具及成型机的重要性﹐反而使我们不去重视其它更重要﹑且更应该多注意的部分﹒精密成型技术是一种连续性﹑相互关联的﹑许多技术的组合﹐它代表企业整体的技术能力与水准﹑不良率的高低﹐是整个企业能力的总表现﹐并非某个单位﹑某个人的能力表现﹒质量差﹑不良率的产生﹐也不是某个员工的不对﹐因为没有员工愿意作出不良品﹒精密射出宜考虑因素既然精密射出成型技术﹐是许多相互关联技术的组合﹐所以我们应该从塑料原料的质量﹑处理方法﹑加工环境﹑机台性能﹑模具质量﹑射出成型条件的设定等一连贯因素来考虑﹒而这些因素有﹕（1）季节﹕春﹑夏﹑秋﹑冬气候的变化﹐冷却水温度的差异﹒（2）时间﹕白天﹑晚上﹑早上﹑周一﹑周六﹑周日的差异﹒（3）人员﹕人员熟练度﹑情绪﹑疲劳﹑注意力﹑个性﹑习性……等﹒（4）环境﹕天候（晴雨天﹑温度﹑湿度的影响）﹐风的大小﹑方向﹐暖房﹑冷气﹑尘埃﹑冷却水量的变动﹐水温的变化﹐水垢的影响﹒（5）材料﹕材料质量的稳定性﹐厂牌的差异﹐干燥的方法（时间﹑温度的控制……）﹐染色配色的方法等﹒（6）机械及周边装置﹕机台的性能﹑厂牌的差异﹑机台的磨耗﹑劣化﹑使用方法﹑计测仪器﹑计器方法﹑温度控制器的种类﹑性能﹑冷煤（油﹑水）﹑冷煤的流速﹑流量及电压的稳定性……等﹒（7）模具﹕模穴多寡﹑流道系统﹑尺寸精度﹑模具材质﹑磨耗﹑强度﹑冷却回路的设计……等﹒（8）成型条件﹕作动油的温度﹑成型压力﹑速度﹑周期﹑成型条件的稳定性……等﹒以上仅就其中较为业界疏忽的几项﹐提出来供大家参考﹐并请指正﹒先从外在的因素（风﹑室温环境﹑时间）来谈﹕风如果从射出成型加工材料温度的变化过程来看﹐模具可说是一部热交换机﹐塑料原料经过加热﹑混烘﹐经过模具成型后﹐呈急速的冷却﹐应该有一定的规则﹐否则结晶化的温度﹑时间﹑速度﹐都会受到影响﹒塑料料冷却的变化﹐与制品的收缩率有密切的关系﹒大家都注意到机台的3段﹑4段的温度控制﹐而没有注意风向与速度对射嘴﹑模具的影响﹒因此严格说起来﹐工厂里的电风扇应受到管制﹐不能任意使用﹒室温塑料原料加热注入模具后﹐急速冷却﹐一部分的热量由冷媒带走﹐一部分散入大气中﹔同时加热料管亦散播出大量的热到大气中﹒热的空气往上升﹐如何在厂房的上层适度的抽风﹐或籍大气空气流动带走上面的热空气﹐并且在厂房的底层部注入冷空气（同时将热空气往上挤）﹐有待改善﹒适当的空调﹐控制厂房温度在27°C左右﹐乃为精度成型必要的条件之一﹒环境尘埃的去除﹐料筒的加盖（及静电除尘）﹐地面的清拭﹐循环水流压力大小﹐电压的稳定性……等﹐亦不可疏忽﹒时间如果白天﹑晚上产生质量有差异﹐或者周一﹑周六产生质量上有差异﹐这种情况几乎可以判定﹐问题出在模具温度的不稳定﹒在休假日后开机生产﹐模具温度还没有上升到固定范围内﹐就开始生产﹐如此作出来的东西﹐很少会有合格品﹒以上四项为外在的间接因素﹒接着讨论与射出成型有直接关系的其它因素﹕材料高精度制品的流痕﹑光泽度﹑透明度﹐有求比较严格﹐对于材料的干燥技术也特别讲究﹒大使一般都只注意到干燥的温度与时间﹐甚至为了达到干燥的效果﹐不惜提高干燥温度﹑这事绝对错误的﹐温度提高﹐易造成材料分解变质﹐尤其对热较敏感的材料﹐如PA﹑PVC等﹐泵为严重﹒正确的方法﹐应该是稍微降低干燥温度﹐延长干燥时间﹒但是有一点必须特别注意﹕在密闭的容器内干燥﹐水气没有过滤去除﹐而进入的空气并没有除湿﹐经过加热后﹐空气的相对湿度降低﹐绝对湿度却没有改变﹒由于在空气没的水分并没有减少﹐如何能叨叨干燥的效果﹖因此﹐如何做到除湿干燥﹐乃为精密成型技术不可或缺的一环﹒机台（制品重量）自动化的射出成型机﹐可弥补射出成型技术的不足﹒但如果具备熟练﹑高深的射出成型技术﹐并不一定需要自动化的射出成型机﹒目前业界使用机台较常疏忽的有两项﹕一是使用过大的机台来成型﹒因为机台过大﹐料筒的容积也随着加大﹐使得料在料筒内停留的时间过长﹐因加热时间过长而变质﹐直接影响制品的精度﹒另一项被业界所疏忽的﹐就是未能注意机台规格中的最大射出量﹕xg﹒假设某机台的最大射出量是50g,今制品的重量是30g﹐认为这种搭配万无一失﹐其实却忽略了最大射出成型量的单位时间是g/分﹒因此﹐还须再计算制品每分钟的生产重量﹐是否超过此界限﹖如果违反此规则﹐会造成材料在料筒内有混炼不均的现象﹒没有充分混炼熔融﹐就被挤出成型﹐结果质量当然不好﹒料温为使料在料筒内充分熔融﹐提高温度有助于混炼的程度﹐但是却因温度的提高﹐造成材料的变质﹒最好是适度的降低料温﹐比平常用的温度再降5~10%﹐不足的部分﹐改由提高rpm的方式来补足﹒因为rpm的提高﹐可以增加料的剪断摩擦热﹐此热适足以弥补温度不足的部分﹒由于摩擦生热只是瞬间﹐料无变质之虞﹐并且因料筒旋转产生的摩擦热比较均匀﹐不会有局部过热的情形发生﹐值得业界一识﹒流道系统这里所称的流道﹐包括浇口的设计﹒通常﹐材料由高温进入温度较低的模具中﹐为使受到相当程度冷却的塑料原料能顺利的流进模穴内﹐并减少制品的充填不足﹑接合线﹑缩水﹑凹陷……等不良状况﹐都想尽量加大流道的截面积﹐也相对加大﹒其实这正犯了下述二项的错误﹕一是流道截面积加大﹐而料的流速成平方关系﹐呈倍数的下降﹔流速下降﹐料在流道停留的时间成平方倍数的增加﹐适足以增加料的冷却﹐如此反而阻碍料的流动﹒如果我们检讨一下浇口的截面积那么小（比流道的截面积小了很多）﹐料照样可以流进模穴内﹐为什么流道需要那么大的截面积﹗二是流道截面加大﹐流速减缓﹐较易冷却﹐相反的﹐如果将传统的流道截面积取小﹐会因料在流道中的流速成平方关系的增加﹐速度加快﹐摩擦所产生的热﹐适足以改善料的流动性﹒因此流道截面积取小﹐反而有助于料在流道中的流动﹒因温度的上升﹐在模穴充填过程中所生的质量不良点（如接合线……）﹐可减至最低的程度﹒至于浇口的设计﹐应少用侧浇口﹐因料由较大的截面积﹐忽然进入较小的截面积时﹐会有短暂停留现象﹐且因截面积逐渐变小﹐而有加速流动（生热）的现象﹐因无冷料发生﹐可以得到精度较高﹒透气孔大家都很了解透气孔的重要性﹐遇到充填不良的问题﹐很快就会联想到透气孔的问题﹒但是透气孔的制作﹐应该注意下列必须考虑的事项﹕（1）胶件前端为一种很稠的乳胶状物质﹐极易堵塞设在分模在线的透气孔﹐尤其是锁模力过大时﹐这种现象更明显因此理想的透气孔﹐应设在与分模线垂直的位置上﹐如顶出销﹑分割块上﹒（2）在成型品的末端﹑心型销上﹑镶入块上做透气孔比较简单﹐如果空气堆集的部位在成品的中心﹐中央部位时透气孔便无法制作﹒此为浇口数目与位置的设置不当所致﹒（3）如果包风不明显﹐只在成型品孔圆周上呈现一条接合线﹐可在心型（不论是镶入或镶1体式）上﹐对准接合线位置上逃一个小孔﹐来容纳成型中多余的气体﹒此种方法﹐对消除接合线有很好的效果﹐值得一识﹒成型周期为了节省成本﹐提高产能﹐很少有人会无缘无故的增加成型时间﹐但是在下述三种现象会采用不当﹑过长的成型周期﹒（1）为了改善成型品变形及凹陷现象﹐常以增加冷却时间（即延长成型周期）来克服﹒（2）使用过大的机台﹐料在料筒内停留的时间过长﹐与成型周期过长﹐对料（因过热）所生的破坏力相同﹒（3）制品肉厚不均﹒为了使厚度大的部分达到充分的冷却效果﹐常常以延长成型周期来克服﹒以上三种清醒﹐都使原料在料筒内提留的时间过长﹐而破坏了原有的特性﹒模温控制由于塑料件原料由高温进入模具内﹐经过冷却硬化后﹐才由模具中取出﹐为使制品能充分硬化﹐应做好冷却工作﹒但是﹐如果冷却系统不佳﹐则只有延长冷却时间（增加成形周期）﹐此实是本未倒置﹒胶料在模具内充分均匀并不容易﹐常因肉厚不均而有不均匀的冷却﹒由于牵涉范围太广﹐不在这里说明﹒仅就模温控制中最重要的部分叙述如下﹕1﹑胶件经过模具冷却硬化后取出﹐但是千万不要把模具当作冷却机具﹐其实在胶件充填尚未完成前﹐模具也有保温的功能﹐因此﹐应该把模具视为一部热交换机﹐而不能视为冷却制品的冷却机具﹒2﹑模具冷却水路的设计﹐应该称为模具温度控制﹐而不能称为模具冷却系统﹐亦不能称为模具冷却回路﹒3﹑为使塑料原料在充填﹑冷却过程中﹐不因模温的过高或过低﹐而失去应有的特性﹐应特别重视模具的温度控制﹒目前因冷却水的温度普遍偏低﹐一般常用的话水温为室温及5°C左右冰冷的水﹐较应该使用的水温低了很多﹐如此对结晶性塑料原料﹐如尼龙﹑POM﹑PBT﹑PPS的影响很大﹒4﹑为了使冷却水能充分的带走模具中的热量﹐正确的做法应是﹕1）以Re＝8000~10000（乱流的标准雷诺数）的标准﹐来计算水的流速﹑冷却水管的表面积﹒2）以能产生乱流的水速带走模具的热量﹐而不是降低水温﹑以大的温差带走热量﹒因为温差（模温与水温之差）过大﹐极易造成模温的不均﹐导致成型品的变形﹒3）当模温很高﹐接近100°C时﹐亦应使用加压的水来做热交换工作﹐而不能用油来冷却﹒因为油的粘性很高﹐比重轻﹐雷诺数Re＝dvρ/μ很难达到乱流的标准﹐而在层流的情况下﹐便很难充分带走模具的热量﹒5﹑模温的量测﹐不必深入模穴内﹐只须测量进﹑出口的水温即可﹒射出成型条件目前因冷却水的温度过低﹐模具的温度相对偏低﹐如此对塑料原料的充填﹑流动很不利﹒因易生冷料﹐对制品的质量影响很大﹒因充填不易﹐一般都以提高射出压力来克服﹐不过压力一大﹐就容易产生