注塑知识缩减版.docx
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注塑知识缩减版
第一章射出成形机
1-1射出机组件
典型的射出成形机如图1-1所示，主要包括了射出系统（injectionsystem）、模具系统（moldsystem）、油压系统（hydraulicsystem）、控制系统（comtrolsystem）、和锁模系统（clampingsystem）等五个单元。
图1-1应用于热塑性塑料的单螺杆射出成形机
1-1-1射出系统
射出系统包括了料斗（hooper）、回转螺杆与料筒（barrel）组合，和喷嘴（nozzle），如图1-2。
图1-2热塑性塑料的单螺杆射出成形机之塑化螺杆、料筒、电热片、固定模板及移动模板
（1）料斗,回转式螺杆,料筒
图1-3回转式螺杆之进料区、压缩区、和计量区。
（2）喷嘴
喷嘴的温度应该设定在材料供货商建议之塑料熔化温度，或是略低于温度。
1-1-2模具系统
模具系统包括了导杆（tiebars）、固定模板（stationaryplaten）、移动模板（movableplaten）、和容纳模穴、竖浇道、流道系统、顶出销和冷却管路的范本（moldingplates）
（1）两板模：
大多数模具是由两片模板组成，如图1-6，此类模具常使用在塑件浇口正好设在
塑件边缘或者接近塑件边缘的设计，其流道（runner）也设计在母模板上。
（2）三板模
三板模通常应用于浇口远离塑件边缘的设计，其流道是设计在分隔公模与母模的脱料板（stripperplate）上，如图1-6所示。
图1-6（左）两板模与（右）三板模
1-1-3油压系统
射出机的油压系统提供开启与关闭模具的动力，蓄积并维持锁模力吨数，旋转与推进螺杆，致动顶出销，以及移动公模侧。
油压系统的组件包括帮浦、阀、油压马达、油压管件、油压接头及油压槽等。
1-1-4控制系统
控制系统提供成形机一致性的重复操作，并且监控温度、压力、射出速度、螺杆速度与位置、及油压位置等制程参数。
制程控制直接影响到塑件质量和制程的经济效益。
控制系统包括简单的开／关继电器控制到复杂的微处理器闭回路控制器。
1-1-5锁模系统
锁模系统用来开启／关闭模具，支撑与移动模具组件，产生足够的力量以防止模具被射出压力推开。
锁模机构可以是肘节机构锁定、油压机构锁定、或是上述的两个基本型态的组合。
1-2射出成形系统
典型的射出成形系统（moldedsystem）包括熔胶输送系统和成形塑件，如图1-7所示。
熔胶输送系统提供让熔胶从射出机喷嘴流到模穴的通道，它通常包括：
竖浇道（sprue）、冷料井（coldslugwell）、主流道、分枝流道、和浇口（gates）
图1-7射出成形系统包括熔胶输送系统及成形塑件。
1-3射出机操作顺序：
（a）关闭模具；（b）充填模穴；（c）保压；（d）螺杆后退；（e）顶出塑件；（f）关闭模具
（a）关闭模具（b）充填模穴
（c）保压（d）螺杆后退
（e）顶出塑件（f）关闭模具
射出成形的周期
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。
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
第二章螺杆操作
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（backpressure）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。
（2）射出速度（或射出时间）
射出速度（injectionspeed或螺杆速度ramspeed）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。
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。
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快射入模穴。
因为模具温度通常低于树脂的凝固点（freezingpoint），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（checkvalve）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。
压缩比TF/TM一般取2-3，压缩比越大，剪切作用越大。
L/D:
是指螺杆的有效长度L与直径D的比，这个比值越大就能达到混煉良好的树脂，L/D比一般取16-20。
（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3~6mm（1/8~1/4英）。
（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。
以nylon为例，在射出区（feedzone）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（thecriticalfreezinglocation）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。
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。
影响熔胶温度和模具温度的一些因素包括：
射出量（shotsize）—大射出量需要较高的模具温度。
射出速率（injectionrate）—高射出速度会造成致稀性的高温。
流道尺寸（sizeofrunner）—长的流道需要较高温度。
塑件壁厚（partthickness）—粗厚件需要较长冷却时间，通常使用较低模温。
（7）射出压力和保压压力
①注射压力
注射压力的作用 克服塑料熔体从料筒流向模具型腔的流动阻力，给予熔体一定的充模速度及对熔体进行压实、补缩。
注射压力对注塑过程的影响
❑在一定程度上决定塑料的充模速率；适当提高充模阶段的注射压力，可提高充模速率、增加熔体的流动长度和制品的熔接痕强度，制品密实、收缩率下降，但制品易取向，内应力增加。
❑注射压力较低时，塑料熔体呈铺展流动，流速平稳、缓慢，但延长了注射时间，制品易产生熔接痕、密度不匀等缺陷；当注射压力较高，而浇口又偏小时，熔体为喷射式流动，这样易将空气带入制品中，形成气泡、银纹等缺陷，严重时还会灼伤制品。
②在模腔充满后，为了对模内熔体进行压实、补缩而通过螺杆继续施加的注射压力称为保压压力。
保压压力对注塑的影响
❑通常，保压压力较高时，制品的收缩率减小，密度增加；表面光洁度、熔接痕强度提高，缺点是：
脱模时制品中的残余应力较大、易产生溢边。
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。
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。
图2-12射出压力与设计、成形参数、材料的关系
（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-openingtime，也称为deadtime）
2-5二次加工
塑件顶出之后，切除熔胶输送系统（竖浇道、流道、浇口）的加工称为二次加
工。
有些塑件需要二次加工进行组合或装饰。
（1）组合
组合塑件的二次加工包括：
●黏合（bonding）
●熔接（welding）
●嵌入（inserting）
●打桩（staking）
●嵌金属型板（swaging）
●接合组合（assemblywithfasteners）
（2）装饰
装饰塑件的二次加工包括
●表面处理：
加热或加压之表面处理。
●印刷：
为装饰或提供信息而在塑件表面加工。
（3）其它的二次加工
其它的二次加工包括：
●上漆
●硬镀
●金属层／遮蔽层
●表面处理
●退火
●车削
第三章模具设计
3-1流道系统
流道系统（runnersystems）将熔胶从竖浇道引导到模穴内，要推动熔胶流过流道系统就需要额外的压力。
当熔胶流经流道系统时，产生的剪切热（摩擦热）使熔胶温度升高，有助于熔胶的流动。
大尺寸流道可以使用较低压力推进熔胶流动，但是却需要较长的冷却时间，会产生较多的废料，也需要较高的锁模力。
反之，适当的小尺寸流道在使用原料和消耗能源等方面可以达到最高效率。
3-1-1模穴数目之决定
模穴数目的多寡取决于可应用的生产时间、射出机射出量的大小、所需之塑件品质、射出机塑化能力、塑件形状与尺寸，以及模具成本等因素。
以下三组简单的公式可以协助决定模穴数目，应选取三组公式所获得之最小值作为设计模穴数目。
（1）产品数量
（2）射出量能
（3）塑化能力
3-1-2流道配置
多模穴系统的基本流道配置方式如图3-1，包括：
.标准流道系统（standard，或鱼骨形Herringbone）
.H形流道系统（H-bridge，或分枝形branching）
.辐射流道系统（radial，或星形star）
图3-1基本的流道系统之配置
H形和幅射流道系统提供自然平衡，亦即从竖浇道到所有的模穴都有相同的流动距离和流道尺寸，所以各模穴都有相同的充填条件。
至于鱼骨形流道系统，虽然不是自然平衡，却比自然平衡系统可以在相同的模具内塞进更多模穴，造成最小的流道体和最低的模具加工成本。
除了采用自然平衡的流道系统之外，不平衡的流道系统也可用人工改变流道直径与长度，或是在各个子流道加装流量调节螺丝，以调整获得平衡的系统。
模流分析软件的流道平衡分析可以自动化完成流道平衡。
3-1-3竖浇道尺寸之决定
竖浇道尺寸主要决定于塑件尺寸，特别是塑件的肉厚。
竖浇道的设计必须能够方便可靠地让塑件脱模，于射出成形时，竖浇道不可以比塑件其它部分的截面更早凝固，如此才能够有效
3-1-4流道截面之设计
常见的流道截面如图3-3，包括：
.圆形流道
.梯形流道
.改良梯形流道（圆形与梯形之组合）
.半圆形流道
.长方形流道
通常建议采用前三种流道截面设计。
就最大的体积与表面积比值而言，圆形流道最
佳，也具有最小的压力降和热损失，然而，却必须在两侧模板都进行加工，模具加
工成本通常较高昂，而且合模时两侧的半圆也必须对齐。
相对地，梯形流道只在母
模侧加工，其效能也很好，梯形流道通常应用于三板模，因为三板模如果采用圆形
流道时，可能无法顺利脱模，而且模具可能在分模线造成圆形流道与范本滑动件之
间的干涉。
图3-3常用的流道截面形状
3-1-5流道尺寸之决定
流道的直径和长度会影响流动阻力。
流动阻力愈大的流道，充填就会造成愈大的压力降。
加大流道直径可以降低流动阻力，但是会耗用较多的树脂材料，也需要更长的冷却时间，才能顶出塑件。
设计流道直径最初可以根据实验资料或是下列方程式进行，然后应用模流分析软件微调流道直径，最佳化熔胶传送系统。
3-1-6热流道系统
理想的射出成形系统可以生产密度均匀的塑件，而且不需要流道，不产生毛边和浇口废料。
使用热流道系统（hotrunnersystems）可以达成此一目标。
热流道内尚未射进模穴的塑料会维持在熔融状态，等充填下一个塑件时再进入模穴，所以不会变成浇口废料。
热流道系统也称作热歧管系统（hotmanifoldsystems）或无流道成形（runnerlessmolding）。
常用的热流道系统包括：
绝热式和加热式两种。
使用绝热式流道（insulatedrunners）的模具，其模板有足够大的信道，于射出成形时，接近流道壁面塑料的绝热效果加上每次射出熔胶之加热量，就足以维持熔胶流路的通畅，如图3-6（a）所示。
加热式流道（heatedrunners）系统有内部加热与外部加热两种设计。
内部加热式如图3-6（b），由内部的热探针或鱼雷管加热，提供了环形的流动通道。
藉由熔胶的隔热作用可以减少热量散失到模具。
外部加热式提供了内部的流动通道，并由隔热组件与模具隔离以降低热损失，如图3-6（c）。
表3-2列出三种热流道的优缺点。
表3-2各种流道系统之优缺点
图3-6热流道系统之种类：
（a）绝热式、（b）内部加热式、和（c）外部加热式。
3-2流道设计规则
流道设计对于塑件质量与产能有绝对的影响，本节之流道设计规则提供了流道
设计的基本规范。
（1）在流道尺寸方面，流道截面面积不应该小于竖浇道截面面积，以便熔胶可以快速流到浇口区域。
但是必须注意不要使用太大口径的流道，才能够降低废料量。
选择冷流道口径应考虑能够使用标准刀具加工者优先。
对于大部分的塑料，建议流道最小直径为1.5mm（0.06英吋）。
未加填充材料的塑料之典型流道尺寸可以参考表3-１。
梯形流道的高度与宽度大约相等，而且每边各有5°～15°的斜角。
（2）每当流道有分支，其分支流道的直径应该要小于主流道的直径，因为只有较少量的熔胶会流进分支。
而且，从经济观点而言，应减少流道内的的熔胶量，以减少废料。
当主流分流到Ｎ个分支流道时，主流道直径（dmain）和分支流道直径（dbranch）的关系为：
（3）考虑熔胶温度，一般而言，小尺寸流道比大尺寸流道为佳，其可以产生较大量
的黏滞热，有效地提升熔胶温度，而不必采用高温料管。
不当地应用高温料管
可能会导致塑料裂解。
然而，小尺寸流道系统有可能提前凝固，造成短射。
（4）所有的流道必须在交接处设计一冷料井（coldslugwell），帮助熔胶流进流道系统
和模穴。
图3-9显示冷料井的长度通常等于流道直径。
流道与另一分支流道相交
处，通常在流道延伸处设置冷料井。
图3-9冷料井
（5）流道的设计必须顾及顶出和脱模的方便性，提供适当的剖面和脱模斜角。
对于大部份的塑料而言，必须将流道表面抛光，以方便熔胶流动和顶出塑件。
加长的流道系统应该采用多竖浇道拉杆（multiplespruepullers）和多重顶出位置。
（6）设计热浇道系统时，应咨询塑料供货商，以确定正确的歧管尺寸和进浇量。
3-3浇口设计
浇口是熔胶流进模穴处的小开口，一个塑件的浇口设计包括浇口种类、尺寸和位置。
浇口设计受到塑件设计、模具设计、塑件规格（例如外观、公差、同轴性）、成形塑料、填充材料、范本种类、和经济因素（模具加工成本、成形周期、允许之废料量等）的影响。
熔胶的流动长度超过实用上的限制，必须使用多浇口系统。
最好采用单浇口，多浇口系统通常会产生缝合线和熔合线的问题。
单浇口系统可以确保材料、温度的均匀分布和均匀的保压，以及较佳的分子链配向性。
虽然单浇口系统模具的最初加工成本较高，但是废料少，塑件质量佳等结果使其值回票价。
图3-10显示浇口尺寸的名词。
和塑件及流道比较，浇口截面通常很小，所以塑件可以很容易地去除浇口而不会留下浇口痕迹。
通常浇口厚度大约是塑件厚度的2/3。
由于浇口处的塑料凝固可以视为保压阶段的结束，大截面的浇口可以减少黏滞热热，大截面浇口容许使用较低进浇速度进浇，使用较高的保压压力进行较长时间的保压，以提高塑件的材料密度。
假如必须考虑塑件的外观、低残留应力和较佳尺寸稳定性等因素，就应该选用较大的浇口。
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图3-10浇口各个尺寸之名称
3-3-1浇口种类
浇口有许多类型，根据去除浇口方式方类可以区分为人工去除式浇口（manuallytrimmedgates）和自动去除式浇口（automaticallytrimmedgates）。
（A）人工去除式浇口
人工去除式浇口需要作业员二次加工切除浇口，其使用的原因包括：
.浇口太大，必须移到模具外面再予以剪除。
.对于剪切应力很敏感的塑料（例如PVC），应避免采用自动去除式浇口。
.来自不同方向的熔胶同时流过大的截面积，而且要求纤维的配向性时，
应避免自动去除式浇口。
人工去除式浇口有下列形式：
直接浇口、凸片浇口、边缘浇口、重迭式浇口、扇形
浇口、盘状浇口、环状浇口、辐状浇口、和薄膜浇口。
（1）直接浇口
直接浇口（directgate）又称为竖浇道浇口（spruegate）如图6-11，通常使用于
单模穴模具，塑料以最小的压力降直接从竖浇道填入模穴。
此类浇口于剪除后容易
在塑件表面留下浇口痕迹。
直接浇口的凝固受控制于塑件肉厚，而不是浇口厚度。
通常塑件在接近直接浇口区域的收缩不大，但在直接浇口处有大量的收缩，结果造
成浇口处的大量拉伸应力。
图3-11直接浇口
（2）凸片浇口
凸片浇口（tabgate）如图3-12，通常使用于扁平塑件或薄塑件，以减小模穴内
的剪应力。
浇口周遭的高剪应力只发生在辅助凸片，并且将于成形后剪除。
凸片浇
口经常应用于PC、压克力、SAN和ABS等树脂的成形。
凸片的最小宽度是6.4mm，
最小厚度为模穴肉厚的75%。
（3）边缘浇口
侧边浇口（edgegate）又称为标准浇口（standardgate），如图3-13所示，通常
位于模具的分模在线，而且从塑件的侧边、上方或下方充填。
典型边缘浇口尺寸为
塑件厚度的6%~75%，或是0.4~6.4mm，宽度为1.6~12.7mm，浇口面长度不应超过
1.0mm，最佳值为0.5mm。
图3-12凸片浇口图3-13边缘浇口
3-5模具冷却系统
热塑性塑件的射出成形中，模具的冷却时间占整个周期的2/3以上，如图6-43所示。
效率好的冷却回路可以缩减冷却时间，增加产能。
再者，均匀的冷却可以降低残留应力，维持塑件尺寸的精度与稳定性，进而改良塑件质量。
（参阅图3-44）。
图3-43模具冷却占整个射出成形周期的2/3以上
图3-44适当有效的冷却可以改善塑件的质量和生产率
模具冷却系统之组件
模具本身可以视为一具热交换器，将熔胶所含的热量经由冷却循环系统的冷媒
带走。
典型的模具冷却系统如图3-45和图3-46所示，包括下列组件：
.模温控制单元
.帮浦
.冷媒供应歧管
.管路（hoses）
.模具内的冷却孔道（channels）
.冷媒收集歧管
3-5-1冷却孔道的配置
冷却孔道可以是并联或串联管路，如图3-28所示。
并联冷却孔道路从冷媒供应
歧管到冷媒收集歧管之间有多个流路，根据各冷却孔道流动阻力的不同，各冷却孔
道的冷媒流动速率也不同，造成各冷却孔道不同热传效率，并联冷却孔道之间可能
有不均匀的冷却效应。
采用并联冷却孔道时，通常模具的模穴与公模心分别有并联
冷却系统，各系统之冷却孔道数目则取决于模具的尺寸和复杂性。
图3-47冷却孔道的配置，（左）并联孔道；（右）串联孔道。
3-5-2其它的冷却装置
模具内可能有些远离冷却管路区域，无法达到正常的冷却效果，这些区域可以
采用障板管（baffles）、喷流管（bubblers）或热管（thermalpins）来达到均匀的冷却效果。
障板管、喷流管和热管都是冷却孔道的一部份，可以引导冷却剂流进平常难以冷却
的区域，如图3-48所示。
图3-48障板管、喷流管和热管。
第四章问题排除
4-1包风
包风（airtraps）是指熔胶波前将模穴内的空气包覆，它发生在熔胶波前从不同方
向的汇流，或是空气无法从排气孔或镶埋件之缝隙逃逸的情况。
包风通常发生在最
后充填的区域，假如这些区域的排气孔太小或者没有排气孔，就会造成包风，使塑
件内部产生空洞或气泡、塑件短射或是表面瑕。
另外，塑件肉厚差异大时，熔胶
倾向于往厚区流动而造成竞流效应（race-trackingeffect），这也是造成包风的主要原
因，如图8-1所示。
图4-1熔胶波前从不同方向汇流，而造成包风
4-2黑斑、黑纹、脆化、烧痕、和掉色
黑斑（blackspecks）和黑纹（blackstreaks）是在塑件表面呈现的暗色点或暗色条纹，如图4-2所示。
褐斑或褐纹是指相同类型的瑕疵，只是燃烧或掉色的程度没那么严重而已。
发生黑斑或黑纹的原因是塑料有杂质污染、干燥不当，或是塑料在料筒内待料太久而过热裂解。
图4-2（左）黑斑和（右）黑纹
脆化（brittleness）的原因是材料裂解，使分子链变短，分子重量变低，结果使得塑件的物理性质降低。
塑件脆化可能导致断裂或破坏，如图4-3所示。
图4-3塑件脆化导致断裂
烧痕（burnmarks）是塑件接近流动路径末端或包风区域的暗色或黑色小点，如图4-4所示，其形成主因是模穴内的空气无法逃逸，受压缩造成高热而烧焦。
图4-4烧痕
掉色（discoloration）是指塑件从原始的塑料颜色发生变化的瑕疵，这可能是因为塑料裂解或污染所造成的，例如：
塑料在料筒内待太长的时间；料筒温度太高，造成塑料变色；回收再研磨塑料、不同颜色塑料、来路不明塑料造成的污染。
假如射出速度太快或射出压力太高，可能导致流道系统和模穴内的气体无法在很短的充填时间内从排气孔排出，会造成包风；竞流现象加上不当的排气系统也会造成包风。
结果，模绪内的空气受压缩，压力与温度升高，使得流道路径末端或包风区域的塑件表面的塑料裂解而造成烧痕。
4-3表面剥离
表面剥离（delamination）是指塑件表面的层状剥离塑料，如图4-5，其造成的
原因为：
●混合材料之间的兼容性不佳。
●成形制程使用了过量的脱模剂。
●模穴内的熔胶温度太低。
●湿气太重。
●浇口和流道具有尖锐转角。
图4-5表面剥离
表面剥离的改善方法说明如下：
（1）改变塑料准备程序：
避免采用性质不明的塑料或回收塑料。
遵守塑料干燥的指示，在射出成形前确实将塑料干燥。
过多的湿气加热会造成蒸气，导致塑件表面剥离。
（2）
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