塑胶模具之设计制作与管理Word格式.docx

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此項熱噴嘴可直接用做延長噴嘴，或做副澆道澆口（subrunnergate）使用，如圖1所示。

此種熱噴嘴與其他類產品不同的構造如圖2所示，採熱電偶組入式，一體化的內藏加熱器即是其與別種產品相異之處。

外周以帶狀加熱器（bandheater）加熱的方式，在使用上不但不方便，而且模具組立亦有困難，但三木精工的產品是安裝於澆口部分，不需太大的空間，極為方便。

而且因是外部加熱，有減少樹脂過熱的可能性，並由於

圖5SEVAM系統的噴嘴樹脂流路為圓形而且平滑，所以具有樹脂流動時壓力損失少等特徵3）。

SEVAMsystem

在幾年前，瑞士的TransitubeInternational即已銷售此一系統，做為射出成形機用之噴嘴及熱澆道模具噴嘴。

SEVAMsystem是在噴嘴中設置

圖6（a）TGK之熱火嘴構造圖

圖6（b）TGK之新形A型噴嘴（附熱電偶）

圖7噴嘴氣缸之選定指南小的雷管（torpedo）狀組件，在此一雷管狀組件中再裝入具有閥之作用的細針狀銷進退用彈簧，構造有如精密機械，如圖3所示。

針狀閥於承受射出壓力時，後退並打開樹脂流路，壓力放開後，藉彈簧的復原力關閉樹脂流路或澆口。

現在日本亦有使用法國銷售的SEVAM，但最近形狀有稍微改變。

在內藏彈簧的雷管中，擔任閥之角色的針狀銷可以用螺紋安裝，而將此又分為標準形、標準長形、接觸形（contacttype）三種。

每一種的噴嘴端部都有殼套，可依針狀閥的動作壓力及使用目的選用。

使用接觸式熱澆道具之組立應用例，如圖4所示。

所使用的噴嘴有小零件成形用的#45（1～15cm3用）及大形製品成形用的#60（100～200cm3），各部之尺寸如圖5（（a）～（c））所示4）。

日本之熱澆道用噴嘴與加熱器

射出成形機用之先端加熱噴嘴，與熱澆道模具用的噴嘴，在機能上及構造上均屬同類，在第2節所談的噴嘴，亦可用於熱澆道上。

本節要談的是熱噴嘴，而且是為熱澆道模具專用而設計製造者。

以便對整體的熱澆道模具，尤其是若與一次表一樹脂、成形品、噴嘴之關係（針口澆口為對象）

成形品區分

成形品斷

面尺寸例

樹脂

極小形製品小形製品中形製品大形製品

10φ以下10～30φ30～150φ150φ以上

加入玻璃纖維樹脂加入填充物樹脂C&

C型#100#20

0#300

氯化乙烯RC型（企劃中）

難燃性樹脂#100#200#300

低發泡樹脂

尼龍

丙烯樹脂

壬酸（nonyl）BC型BC型

聚碳鹽酸#50#100#100#200#300

聚二乙醇縮乙醛

苯乙烯系樹脂

ABS樹脂

AS樹脂

HIPSS型S型

GPPS#50#100#100#200#300

聚烯（polyolefin）

系樹脂

聚乙烯

聚丙烯

取數個的歧管組合使用者，能對各公司整體系統的熱澆道模具所要求的技術請求做充分的考慮，使用時亦可做為技術資料。

因此下文即將介紹在日本國內銷售的熱噴嘴製品。

圖8熱噴嘴之溫度設定條件

表二Plagate之射出壓力與澆口之開閉

射出壓力（kg∮cm2）差壓力（kg）彈簧之

強度（kg）澆口之開閉射出

1002730閉×

11029．730閉×

12032．430半開△

15040．530開○

TGK系統（東洋瓦斯機工）5）6）

內部加熱形雷管式之熱澆道噴嘴，以“TGK日熱噴嘴（hottip）”最早在日本國內銷售，構造簡單而且模具安裝容易，所以使用極為廣泛。

圖6為噴嘴的構造圖，噴嘴最小尺寸由28φ×

64．5的#50型開始，以至#100、#200、#300（射出容量為150oz程度用）種類繁多，型式亦依樹脂之種類而分別使用。

表一及圖7是選定噴嘴用。

快速成形的噴嘴可區分為下列3種。

普通樹脂用：

S型（有1次取1個標準用，及一次取數個用，以下同。

）

工業樹脂用：

BC型（S型之改良，雷管的溫度均一化。

加工玻璃，添加物用：

CC型（同上及耐磨耗性改良。

利用澆口部分之冷卻及加熱+樹脂具有熱量之熱平衡，可使澆口部分保持半熔融狀態，所變化利用加熱器控制溫度最重要的是使用專用之加熱器控制器。

其於以如圖8所示的相互關係，利用最適切的電壓，可以決定成形溫度條件。

圖6（b）為新形噴嘴，熱電偶內臟的方式。

圖9NGK的側澆口式熱豎澆道

NGK側澆口式豎澆道（日本礙子）6）

該公司很早以前即開發完成熱噴嘴開始銷售。

其構造如圖9所示，將加熱器裝入於特殊鋼或不鏽鋼中，樹脂流經中央孔，途中有2～4個孔在圓周上開放，成為側澆口。

標準品的澆口尺寸為3×

1．3mm×

4個。

因是利用模具之開閉自動切斷豎澆道，所以有關洩漏的問題可說幾乎沒有，是製造者為使用方便，經綜合設計技術、組立等之技術開發，與資料累積所完成的製品。

Plagate系統（齊藤工機）8）

Plagate噴嘴是閥式，而且其動作機構極為獨特，是採用同軸差動活塞方式，利用樹脂射出時的壓力差壓，如圖10（b）。

射出壓力與澆口開閉的情形可參照圖10，此一製品內有彈簧，射出壓力為0～10kg∮cm2之低壓時，利用彈簧的復原力關閉澆口，壓力超過150kg∮cm2時，彈簧受到更大的壓縮，澆口全開使樹脂流入，參照表二。

此種噴嘴是以外部加熱器的外部加熱式噴嘴，使用例子是如

圖10所示的組立情形。

圖11是澆口的使用例。

銷售10年以來應用極廣，所使用的樹脂種類也很多，Plagate噴嘴亦朝向這些用途而開發各種形式、大小，目前已達173種之多。

圖10

最近做為工程樹脂成形用的噴嘴耐久性已有極顯著的提高。

採用硫氮化處理過的特殊鋼，成形材料為加入30％玻璃纖維的樹脂時，壽命可以達到100萬次射出的目標。

Plagate的主要特徵為﹖提高瞬間射出率，﹗提高零件精度，﹕不必調整射出機與噴嘴澆口之開閉時間，，耐久性極佳等6）。

對於歧管的熱膨脹對策Plagate所採取的方法有2。

﹖一體方式

歧管板為一體構造，所以一次取數個時最理想，如圖12（a）。

﹗分割方式

對於澆口間距大，例如500mm以上取2個，或2點澆口特別有效。

將歧管分割製造，使用連接管聯澆道的方法，如圖12（b）。

兩種方式都使用專用多重法蘭（multiflange）以達成完全的對策。

噴嘴的種類大致上可分為無頂形（toplesstype）及有頂部形（toptype），如圖11（a）、（b）所示。

依據澆口直徑、長度、澆口部形狀等而製造有很多規格化製品，所以可圖11Plagate系統

圖12Plagate系統的熱膨脹對策

輕易的自標準品中選定適用的製品。

詳細情形可參照製造廠商的資料。

適用的成形樹脂有PS系、聚烯系、PA、PMMA、POM、PC，加入30％的玻璃纖維樹脂，而難燃材料因溫度範圍小，所以需要高度的成形技術8）。

杜邦公司（Dupont，美國），DupontFarEast日本的熱澆道方式

此為杜邦公司以自己使用為主，獨自開發用於工業樹脂成形用的熱澆道方式。

圖13表示附加熱器雷管上下運動，用盤形彈簧復原，以樹脂壓力打開閥澆口的構造。

其特徵為歧管上有分模線，特別訂製者亦可能以加熱器加熱，普通是以粗的絕熱澆道，以保持連續成形樹脂流路

的流動溫度，機械停止後打開另外一個歧管的分模線，可以隨時取出，除去固化了的澆道。

銷售方式很特殊，使用對象有限制，有關日本的實施例詳細情形不詳。

可以使用此種系統成形的材料有低熔點的丙烯酸樹脂、高熔點的尼龍、二乙醇縮乙醛單質聚合物（acetalhomopolymer）、聚酯（polyester）等9）。

圖13DuPont的無澆道系統（工業樹脂用）

圖14旭化成的熱澆道成形（小製品一次取數個用之模具例）

旭化成的熱澆道方式

旭化成公司有銷售尼龍、苯乙烯脂、二乙醇縮乙醛等樹脂，因處理所有的普通樹脂與工程樹脂，所以由自己公司的化成品樹脂應用研究所進行熱澆道模具之開發，以適合於該公司自己樹脂使用的熱澆道系統，但亦提供一部分給使用者，最近發表的一個例子是小形（澆口間距5mm）而一次取數個的模具10）。

圖14即表示此一模具的構造，冷卻時堵塞的澆口在模具打開中，以預熱塊加熱熔融方式將之熔化，所以澆口之溫度控制精度可以不必太高。

而且冷卻中充分冷卻而能使澆口完全密封。

萬一澆口堵塞，若暫時打開模具利用預熱塊加熱澆口而熔融之，可以簡單而快速的恢復原狀，是一種動作安定性佳的系統。

INCOE公司（美國）的熱澆道系統11）

該公司最早銷售熱澆道模具用的標準噴嘴，其經技術改良而有製品問世，在歐美地區使用情形最普遍。

即意味著熱澆道模具之普及結果占極重要角色。

最近在製品種類及尺寸都有增加，目前所銷售的製品可區分如表三所示。

﹖熱火嘴襯套

此種方法是內部裝有加熱器的加熱雷管之熱火嘴，如圖15（a），此為INCOE公司的最初產品。

此種噴嘴的變形防止，有端部無殼套的“無頂”（模具模穴之澆口側直接機械加工）型，如圖15（b）。

標準型與無頂型之差異在於該公司賦予無頂型下列之優點。

（A）熱火嘴的外側本體端部已缺少，因不會如標準型造成空穴面，所以在成形品之澆口周圍沒有殼套的痕跡。

（B）增加澆口選取方式的自由度，在成形品的肋上，轉角或不規則形狀之表面上都可使用。

（C）模穴之澆口四周之模具厚度可以變厚，因此耐壓力變大。

（D）無頂部火嘴配合精密的溫度控制，可以最小的澆口進行成形。

表三INCOE公司的熱澆道標準零件

型式製品型式

內部加熱方式（雷管）熱火嘴襯套系列（HotTipBushingSeries）　標準型　無頂型

外部加熱方式（襯套）直流系列（StraightFlowSeries）　電氣豎澆道襯套（ElectricSprueBushing）　SF型　SFT型

外部加熱方式閥澆口系統（ValveGateSeries）　標準型　無頂型

歧管系統“Direct-Flo”（R）（一次取數個用之熱澆道歧管）

溫度調節計Unit“660”組入機器PC系列

圖15INCOE公司的熱澆道用熱火嘴

熱火嘴襯套的形狀及尺寸很多，自#1000至#7000，單一模穴用以至一次取數個用，射出之容量等共有250種可供選擇，決定襯套的孔口澆口（orificegate）尺寸時，其與射出量（成形品重量）之關係圖如圖16所示。

可做為概略的設計資料參考。

圖16樹脂之種類及噴嘴口之選擇圖（INCOE公司）

外部加熱襯套

前面所述為內部加熱式，新的直流系列（straightflowseries）外部加熱式的襯套亦有銷售。

有電氣豎澆道襯套（electricspruebushing）與SF、SFT型3種，構造各如圖15（C）、（D）、（E）所示。

是內藏線圈加熱器（coilheater）的噴嘴。

澆口之取法如同圖所示。

與下文所談的歧管系統組合時之成形例子，據該公司的報告是PP、二乙醇縮乙醛、PBT（週期提高35％）、硬質PVC（週期縮短6秒）、PC（42秒減至21秒）、PVC彈性體、PBT（30％GF）、同難燃等級材料、PVC40％+ABS60％等。

﹕閥澆口系統

INCOE公司只辦理長的熱平衡式之熱火嘴，1978年伋表新的“GateShutoffSystem”，然後逐漸普及，以美國為開始使用之中心。

圖17的zero-gate是裝入於模具上熱火嘴的部分，以閥銷（valvepin）裝入直流（straightflow）之噴嘴中，閥銷貫通歧管，利用裝於其背後

的油壓氣缸來開閉。

視情況在射出後保持射出壓力之間亦可關閉閥銷，立刻使送料螺旋迴轉以供給次一射出之材料，而且關閉模具之同時打開澆口，射出壓馬上作用在模穴上。

成形品重量、形狀不同的一些零件成組製造時，亦可獨立開閉操作各個模穴。

使用油壓氣缸時密封射出壓的能力可達5，000kg∮cm2，所以通常任何樹脂都可使用。

群組模具（familymold）之成組製取較舊有方式可以使成形週期加快35％，特徵如下：

（A）可控制模穴填充。

（B）在成形品上有頂出銷程度的澆口記號（gatemark）。

（C）可適用於群組模具（familymold）。

（D）可適用於成形發泡。

，歧管系統

從前只是採用噴嘴及襯套，最近主要裝放EBS、SF襯套一次取數個的歧管“DirectFlo”已開始生產，歧管的形式有I、X、Y、T、H形，一次製取數量亦有2～8個。

實際使用上，PC材料（2、4個）、難燃PBT（2個）、PVC-ABS（2個）、二乙醇縮乙醛（2個）、PVC彈性體（2

個）等。

MOLD-MASTERS公司（加拿大）13）

該公司經常開發熱澆道的整套系統，且將其新技術製品化。

該公司在自己的射出成形工場實際應用，累積經驗，做為開發系統的基礎。

自從前的閥澆口（valvgate）、熱緣澆口（hotedgegate）（如圖18）發展，有很多新系統標準化，輸銷世界22國。

基本構造為，以銅或

鈹銅等熱傳導性優的合金埋入鑄造出加熱塊（heatblock）經精密機械加工而成的被覆加熱器（sheatheheater），加熱器鑄造的製品有下列2種系列。

圖17INCOE公司之閥澆口模具

圖18Mold-Masters公司的加熱器鑄入塊（熱緣之例）

﹖MASTER-SHOTseries（圖19）

是銅中用細的被覆加熱器鑄造之，與樹脂接觸的外側使用耐蝕、耐磨耗性優的不鏽鋼包覆的製品。

只做為熱火嘴的標準品出售。

圖19Mold-Masters公司的熱噴嘴“MASTERSHOT”

﹗以鈹銅鑄入粗的被覆加熱器，經機械加工的系列（圖18）。

此兩種系列澆口密封的方式有：

（A）開放澆口（opengate）（或豎澆道澆口方式）。

（B）熱火嘴澆口。

（C）熱緣澆口方式。

（D）閥澆口方式。

圖20Mold-Masters公司的澆口設計

圖21利用閥澆口的發泡成形品（Mold-Masters公司的熱澆道）

四種方法，如圖20。

對於前述的2種加熱器鑄品的任何一種，都可以任意選擇這四種方法而構成。

這些組合而成的特徵都是利用加熱器與合金金屬的優越導熱性。

此處應特別注意的是鑄入方法與合金之組合，所以加熱器表面的接觸境界面與金屬形成一體化，幾乎完全的達到

熱傳導作用。

因此有﹖加熱器功率（heaterwatt）的密度高。

在標準的情形下使用時加熱器的壽命幾為半永久性。

在實際使用上具有非常大的優點。

﹗熱是均質的傳導，所以無局部過熱現象。

﹕在加熱塊（heatblock）內的熱傳導良好，所以零件材料之溫度變化極小，可以確保樹脂整條流路適正的溫度等特徵。

形式、澆口方法是以成形品的形狀及樹脂之種類劃分，應用範圍由一般的普通樹脂以至工業樹脂、填充材料及玻璃纖維強化樹脂，幾乎所有材料都能應用，少有的材料有玻璃（30）難燃尼龍66、強化（sulfone）、難燃PC、強化難燃PBT等。

最近閥澆口用於PET瓶用預塑成形非常盛行。

閥澆口（圖20（d））的噴嘴端部澆口之背部有純鈜金屬之熱密封環（專利），對於澆口附近的絕熱效果很大。

對於發泡成形（structuralfoam），若有此種效果，則於發泡樹脂注入後由於形成閥密封（valveseal），如圖21所示的理想，可以積極的達到發泡成形。

有關該公司系統的構成零件，自做為熱源的加熱器往低溫部的熱傳導與絕熱方面，是以零件形狀、尺寸為基本，於選擇構成材料時應深加注意。

所使用的金屬有銅、鈹銅、鉻鋼、鈦，用為絕熱的非金屬以玻璃纖維強化鐵弗龍、空氣、成形樹脂的效果較佳。

如何成為熱澆道模

具設計的傑出人才，基本的要件即是否能有效控制熱。

（表四）

表四金屬、塑膠的熱性質

物質、材料熱傳導率（kcal∮m‧hr‧℃）比熱（cal∮g‧℃）

金屬鈦13．50．126

不鏽鋼（18．8）150．12

鋁　鋼310．11

碳　鋼（0．2C）38～400．114

碳　鋼（0．5C）43～450．117

鑄　鐵420．117

　銀480．105

銀　銅（Be2.15.Ni0．35）68～950．098

黃　銅（70Cu．30Zn）1150．091

　鋁1700．215

　銅3400．092

空氣（20℃）0．022

　　（200℃）0．033

塑膠聚乙烯（LD）0．2900．55

聚丙烯0．07～0．140．46～0．50

聚苯乙烯0．108～0．1360．32～0．35

聚二乙醇縮乙醛0．1980．35

ABS0．144～0．2880．3～0．4

尼龍60．1860．4

PBT（30％CF）0．1080．28

聚碳鹽酸0．1650．28～0．30

熱緣澆口的應用例，如圖22之8模穴，圖23的堆疊（多段）模具是一次取32個，且有一次取64個的實際經驗。

閥澆口完全是機械開閉式。

有利用空氣氣缸（模具內）與活塞帶動拉桿關閉閥的方式，如圖22，與最近完成使用油壓缸與活塞組合以開閉閥，如圖24。

在法國有使用

長度13呎（約4m）、寬0．75吋（18mm）的主豎澆道歧管（mainspruemanifold），具有6個閥澆口的系統，使用聚內烯為材料，且為世界第一大熱澆道模具，用於運動用品的成形製品之例子。

每次射出量為88lb（40kg），射出時間為5～6秒14）。

“MASTERSHOT”是做標準零件銷售，該公司還有其他標準零件，但大都是配合製品的要求而設計製造歧管、熱火嘴、閥澆口等，並將之組合一套的熱澆道系統銷售。