塑胶射出成形的原理 .ppt

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1、基本事項基本事項基本事項基本事項塑膠射出成形的原理塑膠射出成形的原理 講師講師:王良津王良津 經理經理 塑膠化是降低成本的捷徑塑膠化是降低成本的捷徑 射出成形的原理是:把塑膠(成形粒)加熱軟化(可塑化),擠進封閉的模具內(射出),等塑膠冷卻固化後把它(成形品)從模具取出.因此,平易地說:是熔融 流動 固化.熔融階段是在成形機的 缸套(Cylinder)進行,而流動和 固化則在模具內進行.射出成形是用高壓力(例如40MPa)把成形材料充填於模具內的,因此精密度很高(例如 0.1%),可製得品質和尺寸都均勻的成形品.射出成形用材料,通常是熱可塑性塑膠(聚苯乙烯:PS等),它加熱於200oC(熔融)

2、後射出於40oC 模具(流動),冷卻(固化).成形週期多半在3060秒之間,生產力頗高.由於塑膠成形品的製造只需一射出工程,相較於其他材料,可減少許多工數,是降低成本的捷徑.塑膠塑膠:Plastics,合成樹脂合成樹脂 高分子物高分子物:Polymer分子量非常大的分子分子量非常大的分子(例如塑膠是分子量例如塑膠是分子量63的的 分子連接分子連接1000個個,成分子量成分子量63000的高分子物的高分子物.熱可塑性塑膠熱可塑性塑膠:thermo plastics 加熱則軟化的塑膠加熱則軟化的塑膠,趁軟化時成形趁軟化時成形,冷卻則固化冷卻則固化,聚乙烯聚乙烯(PE),聚苯乙烯聚苯乙烯 (PS),

3、聚氯化乙烯聚氯化乙烯(PVC),聚丙烯聚丙烯(PP),ABS,變性變性PPO,PPS,液液 晶聚合物等晶聚合物等.熱硬化性塑膠熱硬化性塑膠:thermosets plastics 加熱則硬化的塑膠加熱則硬化的塑膠.成形後加熱固化成形後加熱固化.酚樹脂酚樹脂,美拉明樹脂美拉明樹脂,尿素樹脂尿素樹脂,聚酯聚酯,環氧樹脂環氧樹脂,聚醯亞胺等聚醯亞胺等.成形成形:Molding,製成形狀物製成形狀物.成形品成形品:Moldings,經成形的塑膠製品經成形的塑膠製品.模具模具:Mold,成形用的模成形用的模(注進塑膠用注進塑膠用).射出成形射出成形:Injection molding 成形粒成形粒:Pe

4、llet,米粒狀的熱可塑性塑膠成形材料米粒狀的熱可塑性塑膠成形材料.Mpa:mega pascal:M=106(100萬萬倍倍)1Pa =1 N/m2 1N(牛頓牛頓)=0.102kgf 1MPa=10.2 kgf/cm2【用語用語】射射出出成型現場實用技術手冊成型現場實用技術手冊第一章第一章 塑膠射出成形的基本塑膠射出成形的基本1.塑膠的優點塑膠的優點-輕而堅韌、便宜輕而堅韌、便宜 塑膠係用石油製造塑膠係用石油製造.不過不過,有人說有人說,使用塑膠反而可節約石油消耗量使用塑膠反而可節約石油消耗量.從合成從合成,成形成形,運輸各方面看來運輸各方面看來,塑膠所耗用的能源量比任何其他材料都少塑膠所

5、耗用的能源量比任何其他材料都少,其其最大優點是成形加工容易最大優點是成形加工容易.使用塑膠的目的使用塑膠的目的 1.為了降低材料費成本為了降低材料費成本.因為資源豐富而便宜因為資源豐富而便宜,但是須使用於最適當地方但是須使用於最適當地方.2.為了降低加工成本為了降低加工成本.塑膠適合量產塑膠適合量產,加工工程可簡化甚至自動化加工工程可簡化甚至自動化.此外此外,塑膠多半塑膠多半經經 過單一製程即得成品過單一製程即得成品,不需塗裝不需塗裝,修飾後加工修飾後加工,因此因此,投資設備額可減少投資設備額可減少,加工上須加工上須考考 量盡量減少人工量盡量減少人工.3.為了減輕重量為了減輕重量.比重輕比重輕

6、,只有鐵的八分之一只有鐵的八分之一.減輕部分可利用於提升性能之用減輕部分可利用於提升性能之用.4.為了避鋼生鏽或腐蝕為了避鋼生鏽或腐蝕.塑膠不會有腐蝕及生鏽問題塑膠不會有腐蝕及生鏽問題.由於不需做防鏽處理由於不需做防鏽處理,可可 免電鍍、塗裝等過程免電鍍、塗裝等過程,由此可減少工數由此可減少工數.不過不過,廢棄物通常不會腐爛廢棄物通常不會腐爛,處理上須處理上須 費一番考慮費一番考慮.5.為了實現理想形狀為了實現理想形狀.可製成板金、衝壓等辦不到的形狀或特性可製成板金、衝壓等辦不到的形狀或特性.6.為了實現理想造形和外觀為了實現理想造形和外觀.色彩艷麗色彩艷麗,通常不需塗裝通常不需塗裝.造形性极

7、佳造形性极佳,可實現美麗式可實現美麗式樣樣.7.需要隔熱性時需要隔熱性時.隔熱性良好隔熱性良好,可應用於保溫可應用於保溫,保冷用途保冷用途.8.需要電絕緣性時需要電絕緣性時.沒有感電沒有感電,短路之虞短路之虞.多半高周波特性良好多半高周波特性良好.射射出出成型現場實用技術手冊成型現場實用技術手冊使用塑膠材料應注意點使用塑膠材料應注意點1.精密度稍差精密度稍差:膨脹係數大膨脹係數大,通常比金屬類多一位數通常比金屬類多一位數.此外此外,有些塑膠會有些塑膠會因因 濕度或經久變形或發生尺寸變化濕度或經久變形或發生尺寸變化.2.耐熱性通常不佳耐熱性通常不佳:耐高溫性較差耐高溫性較差,通常不超過通常不超過

8、100oC.3.可燃性可燃性:大部分屬於可燃性大部分屬於可燃性,有些塑膠燃燒時產生有毒氣體有些塑膠燃燒時產生有毒氣體.焚化時焚化時,容容 易產生黑煙或腐蝕性氣體易產生黑煙或腐蝕性氣體,或發熱量過大或發熱量過大,容易損傷焚化爐容易損傷焚化爐.4.強度不夠強度不夠:除通常提到的破裂強度外除通常提到的破裂強度外,實際上則因剛性不足發生的困實際上則因剛性不足發生的困 擾多擾多.剛性通常比金屬類小二位數剛性通常比金屬類小二位數.5.耐溶劑性與耐油性低耐溶劑性與耐油性低:有些塑膠溶解或產生龜裂有些塑膠溶解或產生龜裂.尤其在應力下沾油尤其在應力下沾油 時時,有些塑膠會發生應力龜裂有些塑膠會發生應力龜裂.6.

9、會劣化會劣化:塑膠會因紫外線、熱、蒸汽及藥品而劣化塑膠會因紫外線、熱、蒸汽及藥品而劣化.7.不具電磁波屏蔽性不具電磁波屏蔽性:體積電阻體積電阻(歐姆歐姆.公分公分)通常是通常是1015,防止帶電級防止帶電級107,導電級是導電級是100,特种電磁波屏蔽品級是特种電磁波屏蔽品級是10-2程度程度.射射出出成型現場實用技術手冊成型現場實用技術手冊 2.塑膠射出成形的優點塑膠射出成形的優點-大量製造精密產品大量製造精密產品射出成形的原理射出成形的原理射出成形的原理射出成形的原理 塑膠一詞的原義是具有可塑性的東西塑膠一詞的原義是具有可塑性的東西.不過一般所稱不過一般所稱塑塑膠膠 涵蓋多數合成樹脂涵蓋多

10、數合成樹脂,亦即亦即具有良好可塑性的人造高分子材料具有良好可塑性的人造高分子材料.從塑膠成形加工時需用的熱與塑膠的關係來看從塑膠成形加工時需用的熱與塑膠的關係來看,塑膠可分塑膠可分為為 如下二大類如下二大類.1.加熱即硬化加熱即硬化(非可逆性非可逆性)的的,即熱硬化性塑膠、酚樹脂、尿素樹即熱硬化性塑膠、酚樹脂、尿素樹脂、脂、美拉明樹脂、不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂等屬之美拉明樹脂、不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂等屬之.2.加熱即軟化加熱即軟化,冷卻後再硬化的可逆性樹脂冷卻後再硬化的可逆性樹脂,即熱可塑性塑膠即熱可塑性塑膠,聚聚苯苯 乙烯、乙烯、AS、ABS、聚丙烯、聚乙烯、聚氯化乙烯基、聚碳酸聚丙烯、聚

11、乙烯、聚氯化乙烯基、聚碳酸 酯、聚縮乙醛、變性酯、聚縮乙醛、變性PPO、聚甲基丙烯酸、聚醯胺等屬之聚甲基丙烯酸、聚醯胺等屬之.3.3.射出成形法是塑膠成形法的代表方法射出成形法是塑膠成形法的代表方法射出成形法是塑膠成形法的代表方法射出成形法是塑膠成形法的代表方法 普通的塑膠成形品普通的塑膠成形品普通的塑膠成形品普通的塑膠成形品,大多數係依射出成形法製造大多數係依射出成形法製造大多數係依射出成形法製造大多數係依射出成形法製造.因為這方法是熱可塑因為這方法是熱可塑因為這方法是熱可塑因為這方法是熱可塑性塑膠的代表性成形法性塑膠的代表性成形法性塑膠的代表性成形法性塑膠的代表性成形法.射出成形的基本過程

12、是射出成形的基本過程是射出成形的基本過程是射出成形的基本過程是:把塑膠成形粒加熱軟化把塑膠成形粒加熱軟化,即可塑化即可塑化,擠擠入密閉的模具內入密閉的模具內,即射出即射出,冷卻後開啟模具取出成形品冷卻後開啟模具取出成形品,即脫模即脫模.1.射出成形的生產力高射出成形的生產力高 射出成形法的成形周期射出成形法的成形周期(一次成形所一次成形所 需時間需時間)短短,通常為通常為30 秒至秒至60秒秒.射出成形用模具的製造費相當高射出成形用模具的製造費相當高,因因 此生產量少的產品不合算此生產量少的產品不合算,其生產量需有其生產量需有 每月一萬個以上每月一萬個以上.2.射出成形品的精度高射出成形品的精

13、度高 基本上基本上,射出成形時射出成形時,須趁材料還須趁材料還未未 冷卻盡速填充於模具內冷卻盡速填充於模具內,因此因此,射出速射出速度度 一般都很快一般都很快,通常在一秒左右完成填充通常在一秒左右完成填充操操 作作,不過視模具而彈性調整不過視模具而彈性調整.一般成形品的尺寸精密度如右表一般成形品的尺寸精密度如右表1.3.射出成形機的原理射出成形機的原理-把熔融塑膠注入模具內把熔融塑膠注入模具內射出成形機的動作順序射出成形機的動作順序射出成形機的動作順序射出成形機的動作順序 原理圖原理圖如圖如圖1所示所示.這叫做柱塞式這叫做柱塞式,型式舊型式舊,但容易瞭解但容易瞭解.其動作順序是其動作順序是:1

14、.關閉模具關閉模具(模具內壓力相當大模具內壓力相當大,例如可達例如可達400kg/cm2,因此需要大壓力機來箝模因此需要大壓力機來箝模).2.將成形粒供給加料斗將成形粒供給加料斗,塞進筒缸塞進筒缸.塑膠在這里加熱塑膠在這里加熱(例如加熱於例如加熱於200oC),軟化成軟化成為為 流動狀流動狀,即變為可塑化狀態即變為可塑化狀態.3.這可塑化塑膠被柱塞擠向前方這可塑化塑膠被柱塞擠向前方,由缸尖端的注嘴注入密封模具內由缸尖端的注嘴注入密封模具內,即射出即射出.4.等模具內塑膠冷卻硬化後等模具內塑膠冷卻硬化後,打開模具打開模具,拿出成形品拿出成形品.5.一般使用的成形機都採用一般使用的成形機都採用如圖

15、如圖2的螺桿式的螺桿式.螺桿式成形機是利用螺桿擠進成形粒於料筒內螺桿式成形機是利用螺桿擠進成形粒於料筒內,在這過程中塑膠則被加熱可在這過程中塑膠則被加熱可 塑化而集中於螺桿尖端塑化而集中於螺桿尖端,而由於其壓力使螺桿後退而由於其壓力使螺桿後退.當一定量可塑化膠累積於當一定量可塑化膠累積於 尖端後尖端後,由油壓缸加壓由油壓缸加壓,使螺桿向前推進射出於模具內使螺桿向前推進射出於模具內.6.由模具拿出的成形品由模具拿出的成形品,通常附帶注入口、澆道等通常附帶注入口、澆道等.如圖如圖3所示所示.圖圖2圖圖3圖圖1 4.4.射出成形用模具的基本條件射出成形用模具的基本條件射出成形用模具的基本條件射出成形

16、用模具的基本條件-堅固而精密堅固而精密堅固而精密堅固而精密堅固的模具是成形的基本堅固的模具是成形的基本堅固的模具是成形的基本堅固的模具是成形的基本 成形數量不多時成形數量不多時,模具製造成本是最大的關鍵模具製造成本是最大的關鍵.不過不過,射出成形本來就是大量生產用射出成形本來就是大量生產用 手段手段,除非模具堅固除非模具堅固,否則就無法繼續生產否則就無法繼續生產.因此因此,模具須高剛性、高精密模具須高剛性、高精密,連架台也要十連架台也要十分分 正確正確.模具要硬模具要硬,且要研磨且要研磨.因此因此,盡可能製得堅固的模具盡可能製得堅固的模具,可使成形作業順利減少麻煩可使成形作業順利減少麻煩,綜合

17、起來可降低總成本綜合起來可降低總成本.產品的生產計劃和設計應預先充分檢討產品的生產計劃和設計應預先充分檢討 模具數量應盡量減少模具數量應盡量減少,為此須有周到的生產計劃為此須有周到的生產計劃,免集中於一時免集中於一時,而須多做模具的局而須多做模具的局面面.此外此外,常有開始製作模具後才修改製品設計的事情發生常有開始製作模具後才修改製品設計的事情發生,這是提高成本和阻礙生產這是提高成本和阻礙生產的的 主要原因主要原因.因此因此,交出面以前須充分檢討交出面以前須充分檢討,以免半途修改以免半途修改.模具的基本構造有模具的基本構造有二種二種 模具啟開處有一個模具啟開處有一個和二個方式和二個方式,前者叫

18、做一前者叫做一段注道模具段注道模具(圖圖1),後者後者叫叫做二段注道模具做二段注道模具(圖圖2).另另有段熱澆道式有段熱澆道式(圖圖3).模具重點在於防止變形和通氣模具重點在於防止變形和通氣 模具的剛性不足時模具的剛性不足時,射出壓力會引起模具變形射出壓力會引起模具變形,以致產品精密度受損以致產品精密度受損.此外此外,當模內通當模內通氣氣孔孔(空氣逃逸孔空氣逃逸孔)不夠大時不夠大時,會妨礙材料流動而造成缺料會妨礙材料流動而造成缺料.圖圖1圖圖3圖圖2 5.5.射出成形品設計五原則射出成形品設計五原則射出成形品設計五原則射出成形品設計五原則-目的目的目的目的:便宜、快、而大量生產便宜、快、而大量

19、生產便宜、快、而大量生產便宜、快、而大量生產加脫模斜度加脫模斜度加脫模斜度加脫模斜度1.一般脫模斜度一般脫模斜度,在箱形模槽側需要有最一度在箱形模槽側需要有最一度(深深50-100mm時時1.5度度,深深100mm以以 上時一度上時一度)的斜度的斜度.為避免製品被模槽拉住為避免製品被模槽拉住,通常減少模芯側的斜度通常減少模芯側的斜度,但是杯形但是杯形成成 形品有時反而要增加形品有時反而要增加.2.有皮紋成形品有皮紋成形品,通常要加大斜度通常要加大斜度(至少六度以上至少六度以上)以免脫模時弄傷以免脫模時弄傷.3.底部肋線通常約底部肋線通常約0.5度度,壁面肋線約壁面肋線約0.25度度.而為了防止

20、厚度凹塌而為了防止厚度凹塌,底部部分宜底部部分宜為為 壁厚之二分之一壁厚之二分之一,尖端部最低約尖端部最低約1mm.4.格子節距應有格子節距應有3mm以上以上(過小時不能脫模過小時不能脫模),而格子愈長而格子愈長,斜度要愈大斜度要愈大,通常約通常約5度度.格子高時格子高時(8mm以上以上)應把格子製成台形狀應把格子製成台形狀.成品厚度應均勻成品厚度應均勻 過厚時容易凹塌過厚時容易凹塌,過薄則會龜裂過薄則會龜裂.為補強或其他目的而設的肋條也往往成為厚為補強或其他目的而設的肋條也往往成為厚 度不均勻或凹塌的原因度不均勻或凹塌的原因.一般而言一般而言,各部厚度的差異應在加減各部厚度的差異應在加減20

21、%以內以內.形狀宜簡單形狀宜簡單 模具合模面應盡量採用直線平面模具合模面應盡量採用直線平面.向左歷啟開時無法脫模的凹模向左歷啟開時無法脫模的凹模(under cut)需要特殊脫模需要特殊脫模機構機構,但構造須堅固而簡單但構造須堅固而簡單,不然容易故障不然容易故障.最好不要設計有凹最好不要設計有凹槽部分槽部分.形狀宜簡單而對稱形狀宜簡單而對稱,這种製品的收縮平均而尺寸精密度佳這种製品的收縮平均而尺寸精密度佳.5.5.射出成形品設計五原則射出成形品設計五原則射出成形品設計五原則射出成形品設計五原則-目的目的目的目的:便宜、快、而大量生產便宜、快、而大量生產便宜、快、而大量生產便宜、快、而大量生產不

22、要有銳角角隅不要有銳角角隅不要有銳角角隅不要有銳角角隅1.角隅的角隅的R的計算應以的計算應以R/T 0.25(T為幅厚為幅厚 R為角隅內半徑為角隅內半徑)為目標為目標,當當R/T為為0.25時時,應力集中係數為應力集中係數為2,而而R/T在在0.25以下以下 時快速增大時快速增大,至至0.75以上則無多大變化以上則無多大變化.2.因銳角角隅引起的龜裂因銳角角隅引起的龜裂,多集中於格子和肋線多集中於格子和肋線.應特別留意底部的應特別留意底部的R.不過不過R撾撾 大時表面往往發生凹塌大時表面往往發生凹塌.注重實績注重實績-塑膠的歷史還新塑膠的歷史還新,各种理論還未完備各种理論還未完備.因此因此,如

23、果有前例如果有前例(最好有最好有實物實物)的話的話,應重點調查缺點應重點調查缺點,尤其分解他廠製品頗管用尤其分解他廠製品頗管用.6.6.射出成形用材料射出成形用材料射出成形用材料射出成形用材料-加熱則軟化的塑膠加熱則軟化的塑膠加熱則軟化的塑膠加熱則軟化的塑膠熱可塑性塑膠熱可塑性塑膠熱可塑性塑膠熱可塑性塑膠 這類塑膠加熱即軟化而具流動性這類塑膠加熱即軟化而具流動性,在這狀態下成形在這狀態下成形.冷卻後則硬化成所要冷卻後則硬化成所要形狀形狀.熱可塑性塑膠的特色是分子表成長鏈形熱可塑性塑膠的特色是分子表成長鏈形.例如例如,聚乙烯是由乙烯分子聚乙烯是由乙烯分子(CH2=CH2分子量分子量28.05)聚

24、合聚合n個個(這這n叫做聚合叫做聚合度度)而成長鏈狀而成長鏈狀,代表性聚乙烯是代表性聚乙烯是n2000個者個者,分子量為五萬六千分子量為五萬六千,但是分子大小並但是分子大小並不是不是全部相同全部相同,而是許多不同大小的分子的混合物而是許多不同大小的分子的混合物,這叫做分子量分佈這叫做分子量分佈.6.6.射出成形用材料射出成形用材料射出成形用材料射出成形用材料-加熱則軟化的塑膠加熱則軟化的塑膠加熱則軟化的塑膠加熱則軟化的塑膠成形收縮率成形收縮率成形收縮率成形收縮率 成形品的尺寸成形品的尺寸成形品的尺寸成形品的尺寸(常溫常溫常溫常溫)通常都稍微小於模具尺寸通常都稍微小於模具尺寸通常都稍微小於模具尺

25、寸通常都稍微小於模具尺寸(常溫常溫常溫常溫),),這縮小的比例叫做這縮小的比例叫做這縮小的比例叫做這縮小的比例叫做成形收縮率成形收縮率成形收縮率成形收縮率.各种塑膠的成形收縮率不同各种塑膠的成形收縮率不同各种塑膠的成形收縮率不同各种塑膠的成形收縮率不同,例如聚苯乙烯是例如聚苯乙烯是例如聚苯乙烯是例如聚苯乙烯是0.4%,0.4%,而聚丙烯是而聚丙烯是而聚丙烯是而聚丙烯是1.6%(1.6%(表表表表1).1).成形收縮率比較小的一群是結晶性小成形收縮率比較小的一群是結晶性小成形收縮率比較小的一群是結晶性小成形收縮率比較小的一群是結晶性小(非晶質非晶質非晶質非晶質)的材料的材料的材料的材料,通常其粘度受成形通常其粘度受成形通常其粘度受成形通常其粘度受成形時的溫度的影響小時的溫度的影響小時的溫度的影響小時的溫度的影響小,不會因溫度上升不會因溫度上升不會因溫度上升不會因溫度上升流動性的目標流動性的目標流動性的目標流動性的目標