模具设计注射成型1

塑膠模具設計主題:射出成型機1※射出成型※為何稱為“射出成型”? 因融膠黏性高，要成形必需以高壓射入模具，故稱之。射出成型三階段充填(Filling)保壓(Packing)冷卻(Cooling)2在這門課我能學到射出成型的哪些知識!?認識射出成型機功能及結構認識射出模具構造了解射出成型原理了解成型時所會遇到的問題3射出成型機介紹4射出成型機主要組成單元5射出成型之流程6射出單元-1/5組成

主要由入料筒、加熱管…等組成

功能

進料、融解、混合塑料、計量 及升壓射出。分二大類

1.柱塞式

2.螺桿式7射出單元-2/51.柱塞式

a.柱塞往復運動並計量。

b.計量終了，柱塞前進。

c.材料通過加熱缸內面與魚雷間通道，在此充分加熱成熔融狀態。

d.從噴嘴部射出於模具內。8射出單元-3/52.螺桿式

a.(加熱):由螺桿混煉產生磨擦熱(同時材料被外周的加熱器加熱)。

b.(熔融輸料):沿其螺旋槽送材料至加熱缸前端部，使材料熔融並貯存於加熱缸前端。

c.(計量):由材料的反作用力使螺桿後退，利用背壓並配合限制開關限定後退量，在一定位置停止螺桿的旋轉。

d.(射出):藉射出裝置後部的油壓缸，對螺桿施加高壓射出。

圖片來源/ch/support/tech/inj/intro_inj_ani1.html9射出單元-4/5螺桿式與柱塞式的差異!螺桿式較柱塞式多一旋轉動作，產生分力(Ft)，可使材料在螺旋槽間產生混煉作用，增加可塑化能力。10射出單元-5/5螺桿式優點、缺點

a.優點：

‧藉螺桿的混練作用，材料內部也發熱，均勻可塑化，可塑化能力大。

‧由於加熱缸的壓力損失，可使用較低的射出壓力，亦能成型。

‧加熱缸內的材料滯留處少，熱安定性差的材料也很少因滯留而分解。

‧材料更換、換色操作容易。

b.缺點：

‧在射出時，熔融材料易順著螺旋槽而移往加熱缸後部，造成材料逆流。

11鎖模單元-1/8提供鎖模力的機構：有直壓式、肘節式及肘節直壓式三種。

功能

控制模具的開關、鎖模，並且頂出成品。12鎖模單元-2/8直壓式

直壓式合模裝置又可分為

1.升壓滑塊式

2.輔助缸式

3.增壓缸式。其構造如右圖所示13鎖模單元-3/8肘節式-1/3

-以肘節接頭將油壓缸或電動機產生的力放大，使合模力增大。其中又分

1.單肘節

2.雙肘節式14鎖模單元-4/8肘節式-2/3

單肘節式15鎖模單元-5/8肘節式-3/3

雙肘節式16鎖模單元-6/8肘節直壓式

肘節直壓式鎖模裝置是組合肘節機構與直壓式鎖模缸裝置，外觀為肘節式的一種，但鎖模力的發生接近於直壓式。17鎖模單元-7/8直壓式與肘節式的比較

直壓式肘節式合模行程方面模厚調整方面在合模壓力上在模子開閉速度方面可依模厚改變可依肘節式長一定受構造限制，不能太長容易要依模厚移動肘節裝置容易調整可用量計直讀不易調整不能直讀容易廣範圍調整速度比較快18鎖模單元-8/8鎖模力(ClampingForce;F)的計算

F=P×A (ton)

P=射出壓力(Kg/cm2)

A=零件垂直射出方向投影面積(cm2)日常用品:400Kg/cm2精密零件:500~700Kg/cm219主題:

塑膠射出

成型模具授課老師:NTU鄭芳松講師20※射出成型※為何稱為“射出成型”? 因融膠黏性高，要成形必需以高壓射入模具，故稱之。射出成型三階段充填(Filling)保壓(Packing)冷卻(Cooling)ProcesstimeCoolingFillingPacking>>>21射出成型模具豎澆道注料口流道22二板模動作流程射膠鎖模關模頂出開模冷卻保壓充填二板模具構造簡單，製作容易，所有射出成形用模具的基本製作與射出原理都以此為出發點。母模公模23塑膠射出24三板模動作圖與二板模的差異

在兩板模具中再加一塊”脫模板”。目的：處理豎澆道及橫澆道的拔模與脫料。優點：高速自動化

澆道設計容易應用：多模穴 點澆口25塑膠射出機262728Cycletime&

Pressurehistory29ParameterAverageValueGateClosingTime1SecondMoldClosingTime4SecondsInitialInjectionTime3SecondsInitialHoldTime5SecondsCoolingTime12SecondsScrewReturntime8SecondsMoldOpenTime4SecondsEjectionTime1SecondsPartRemovalTime2SecondsMoldInspection,clean,spray,etc.2SecondsCycletime30操作窗31高性能模具32高性能模具一副高性能模具必須具備下列三個高性能系統的配合

1.高性能”充填”系統

2.高性能”保壓”系統

3.高性能”冷卻”系統33二板模與三板模34模具的功能及組成功能

1.成型

2.融膠傳輸

3.冷卻（溫控）

4.合模﹑閉模﹑鎖模

5.頂出基本組成元件模板(上、下模板)、導銷、導銷襯套、頂出銷、頂出套筒、歸位銷、止銷、頂出桿、定位環、豎澆道襯套、豎澆道、流道、拔料銷。主要分為二類二板模三板模35二板模―構件名稱與功能(一)1.固定側裝置板(固定側固定板，cavityadapterplate) a.將固定側模板、定位環、豎澆道襯套…固定在此板上 b.將模具固定側安裝在射出機固定盤上2.固定側模板(定模板，cavityplate) a.將導銷襯套固定在此板上或模穴的加工 b.亦可裝置豎澆道襯套 c.流道、澆口之加工36二板模―構件名稱與功能(二)3.可動側模板(動模板，coreplate) a.將模仁、導銷固定在此板上 b.流道、澆口、回位銷孔、豎澆道抓銷孔之加工4.承板 a.具有補強之功用，使可動側模板不發生變形 b.模仁之固定與加工更為容易37二板模―構件名稱與功能(三)5.間隔塊(spacerblock) a.確保成品的頂出距離 b.間隔塊高度=頂出銷固定板厚度+頂出銷定位板 厚度+停止銷凸緣高度+頂出距離+8~10mm6.頂出銷定位板(上頂出板，aboveejectorplate) a.使成品頂出方位正確與平穩 b.使頂出銷、回位銷確實定位38二板模―構件名稱與功能(四)7.頂出銷固定板(下頂出板，belowejectorplate)使整個頂出機構(上頂出板、頂出銷、豎澆道抓銷、回位銷)之位置確實固定8.可動側裝置板(可動側固定板，cavityadapterplate) a.使模具之可動側組裝起來 b.將整組模具固定安裝在射出機之可動盤上面39二板模―構件名稱與功能(五)9.模心(模仁、模蕊、入子、公模，core) a.合模時，與母模構成模具之成形空間(模穴) b.開模時，射出成形品附著在此模仁上10.定位環(locatering) a.使整組模具之固定側安裝在射出機之固定盤 b.使射出機之噴嘴與豎澆道襯套互相對正40二板模―構件名稱與功能(六)11.豎澆道襯套(注道襯套，spruebush) a.與射出機加熱缸之噴嘴相接觸 b.塑膠料經此豎澆道襯套進入流道、模穴12.導銷(guidepin) a.安裝在動模板上，經硬化處理與研磨加工 b.使整組模具之固定側與可動側能迅速且確實定位配合41二板模―構件名稱與功能(七)13.導銷襯套(guidepinbush) a.安裝在定模板上，經硬化處理與研磨加工 b.也是用來使整組模具之固定側與可動側能迅速且 確實定位配合14.豎澆道抓銷(spruesnatchpin) a.通常安裝在模具中心位置 b.在射出完成開模時，將豎澆道內之滯留塑膠料自 豎澆道襯道內抓(取)出42二板模―構件名稱與功能(八)15.頂出銷(ejectorpin) 在射出完成開模時，將附著在模仁上之成品頂出16.回位銷(returnpin) 在射出完成頂出成品之後，合模完畢時，使頂出 機構回到原來的位置17.停止銷(stoppin) 功用：可適時的調整頂出機構之高度4344三板模-點狀澆口頂出銷頂出45模具性能的評估合乎規格(零件、後加工、組立及材料)成形加工成本

(成形週期、廢料、後加工)操作窗：愈大愈好

(加工參數有….)46澆注系統的構成47豎澆道設計(spruedesign)48滯料部設計(slugwelldesign)又稱為冷料井(coldslugwell)，功能：1.射出完成後，噴嘴前端有少量熔料殘留，下一個射出循環之前已經固化。2.冷料井用來收集這些已固化的塑膠料3.已固化的塑膠料之影響： a.造成流道或澆口阻塞 b.成品外觀不良49流道設計(runnerdesign)為熔融的塑膠料由豎澆道進入型腔的主要通道。1.設計原則：依塑膠料之流動性、成品重量、及投影面積來決定流道斷面形狀與大小。2.圓形流道：體積最大，接觸面積最小。缺點：在PL兩側各加工半圓。3.梯形流道：只需在PL單側加工即可。就相同的斷面積，梯形流道比圓形流道有較大的接觸面積。50511.流道斷面尺寸：依塑膠料作基準、依成品重量作基準、及依投影面積作基準。2.斷面尺寸過大：缺點為浪費材料、冷卻時間長。3.斷面尺寸太小：缺點為流動阻力大，亦造成充填不足，或必須提高射出壓力。4.流道長度過大：造成壓力損失，浪費材料5.流道長度太短：殘留應力大，易生毛邊，流動不均。6.料厚2.5mm以下，重量7oz以下時：52PressureFlow53PressureFlow54PressureFlow平板流的公式55圓管流的公式56Flowinmoldrunner(round)57Flowinmoldrunner(round)58EjectionForce59EjectionForce6061類LIGA製程相關技術類LIGA製程技術光刻技術微成型技術光罩設計技術光阻塗佈技術陶瓷微射出成型微陶瓷結構燒結技術塑膠微射出成型微熱壓成型微電鑄技術電鍍液配方純金屬電鍍合金微電鑄技術微量測技術電子顯微鏡光學檢測技術微加工機技術微力感測器三軸定位平台精密控制技術曝光顯影技術微加工技術AFM量測技術顯微鏡無電解電鍍技術乾膜製程技術62

利用微影製程（Lithographyprocess）和電鑄（Electroforming）所得之模具只是一個模型而已，尚須利用其它加工方法將微結構元件生產出來，然而微結構元件是非常的小，因此使用微射出成型來加工應是不錯的選擇。但是仍然有些問題是我們必須要克服的，例如:要如何才能將成品從模具內成功頂出;如何提高產品良率…等。微射出成型於LIGA製程上的應用63微小射出成型之所以受到重視，乃是各項微小產品之需求日益殷切所致，此技術目前已應用在下列四個領域：

一、光通訊二、生醫應用三、生物應用四、探測器或致動器除可做塑膠之射出成型之外，亦可做粉末射出（包括金屬或陶瓷）微成型技術之應用64微形噴嘴–組立作業65微形噴嘴–結合作業加壓固定試片加溫使膠凝結66主題：

充填系統

塑膠模具設計

67※射出成型※為何稱為“射出成型”? 因融膠黏性高，要成形必需以高壓射入模具，故稱之。射出成型三階段充填(Filling)保壓(Packing)冷卻(Cooling)ProcesstimeCoolingFillingPacking>>>68射出成型模具69充填系統功能

引導從射出機噴嘴(Nozzle)所射出的熔融材料進入成型空間(模穴)中成型

組成注道主流道支流道澆口※流道系統的設計是否適當，直接影響成形品的外觀、物性、尺寸精度和成形週期。70充填系統-示意圖與實品71充填系統-流道形狀主要分三種1.圓形2.半圓形3.梯形72流道流動73流道流動之不平衡及改善74流道流動改善75充填系統-澆口形式直接澆口方形邊緣澆口搭接澆口扇形澆口薄膜澆口圓盤澆口點狀澆口潛狀澆口並有下列幾種形式761.直接澆口熔膠由豎澆道直接進入模穴，單穴成品射出成型時，係經由模具中心射出。因此澆口痕跡將殘留於成品中央。示意圖實品圖772.方形邊緣澆口783.搭接澆口此型澆口與方形邊緣澆口唯一不同點是熔膠間接進入模穴，可減低一部份冷膠痕跡，但澆口去除常造成困擾，因為加工不易，因此除了硬質PVC外，均適用。示意圖實品圖794.扇形澆口此澆口可使大型產品在短時間內充填完成。示意圖實品圖805.薄膜澆口常見場合1.大而薄的成品。

2.塑膠的縱向與橫向收縮率有較大差異

，且無法從產品中央位置做澆口設計時。示意圖實品圖816.圓盤澆口單穴圓筒狀產品可以考慮使用此種澆口。827.點狀澆口亦稱為Pin-pointGate針點澆口，可以使流道和澆口在開模或頂出過程中與產品自動分離。示意圖實品圖838.潛狀澆口亦稱隧道式澆口（TunnelGate）

特點:澆口痕跡小，位置易設置在產品不重要的部位，成品頂出過程中，同時將澆口切斷，可以達自動化的效果。示意圖實品圖8485充填過程充填階段時，當熔膠流入模穴時與冷的腔壁接觸，會形成薄的凝層，靠近壁上的熔膠溫度會降低，在熔膠流動的峰前，由於噴流效應(FountainFlowEffect)熔膠從中心往兩模腔壁流動造成等速的熔膠流動，同時熱熔膠從中心帶至前緣及兩邊模腔壁。在熔峰後端之熔膠則是層狀流動，在中心的流動速度最大，而凝固層邊的流速為零。86『噴流效應』之原因及防止D/d太大〈中央澆口〉模溫低射速快由邊緣設置澆口87常見充填問題(1)過度保壓(overpacking)：過度保壓會增加內應力，使產品密度較大，甚至出現毛邊。保壓不足(underpacking)：保壓不足的產品在融膠冷卻後會收縮，使產品不合規格，在局部較厚的部分，其背面會出現凹陷。88常見充填問題(2)縫合線(weldline)：融膠遇到阻礙就必須繞行，融膠會分流。當分流的融膠重新會合時，會留下一道痕跡，就是所謂的縫合線。停滯效應：融膠會挑好走的路走，所以融膠會容易在薄的地方產生停滯，會傾向將別的部分先充填完。【形狀斷面積較大】89常見充填問題(3)兢流道效應(racetrackeffect)：融膠欲流向阻力較小的流道，因此充填厚度不均勻的工件，厚度大的地方融膠流得快。凝固層(frozenlayer)：凝固層出現時，射出產品會材質不均勻，表面較不平順，較嚴重的還會發生短射。90常見充填問題(4)流向雜亂：流向雜亂會使工件強度較差，表面的紋路也較不美觀。暗逆流：較接近主流道的入口，射出的融膠壓力較大，而壓力較大的融膠會壓迫旁邊壓力較小的融膠，將造成逆流的現象。91充填系統-設計目標避免問題

保壓不足、保壓過度…等。同步充填

流動平衡設計、管流、板流…。流向單純

如右圖92圓管流的公式圓管流及平板流的公式，流道設計時都會考慮進去，計算壓力（P）與流量（Q）的關係，以便達到同步充填。93平板流的公式94進點配置

進點配置和縫合線的位置息息相關，也跟是否能夠同步同填有關，以下以汽車保險桿的模流分析做例子，加以說明進點配置的重要進點在上方有四點，側方有兩點，而且上方的每二個進點距離相等，且流道尺寸亦相同，因而導致無法同步充填，因此可以改善進點的配置與流道尺寸，如下圖。經過改良後的進點配置，流道尺寸上方中間部份較小而兩旁尺寸較大，由左圖就可以看出已經可以同步充填了。95流道平衡

1.融膠的性質2.流道平衡基本公式3.流道的配置4.電腦輔助模流分析流道平衡可說是充填系統中最重要的課題，流道若能平衡，不但能避免許多充填問題，更確保了產品品質的齊一性。以下四個部分來說明如何達到流道平衡：96

由圖中我們很容易看出上件（有按鈕的）先充飽，沒有同步充填，可能發生過度保壓。原因是上件有許多孔，融膠需求量比下件少，但是兩邊流道澆口尺寸卻一樣。若我們把下件的流道澆口尺寸加大一些（請與上圖仔細比較），使得在同樣的時間內，融膠流入下件的量較多，就能夠同步充填了。97CMOLD軟體簡介及教學

零、簡介

一、進入C-MOLD

二、幾何模型建構(Mesh)

三、選擇塑膠與模具材料(.mtl)

四、選擇機器(.mtl)

五、操作參數之選定(.prc)

六、Run

七、看結果(Visualization)

98零、簡介主要架構分為：幾何模型、有限元素模型、材料性質輸入、機器選定、操作參數設定等。目前本實驗室所使用的C-MOLD為PC版，在Win95，Win98。99一、進入C-MOLD開始→程式集→C-MOLDv98.1→C-MOLDcontrolpanel進入。2.

C-MOLD畫面告訴我們程序為Design（包含Mesh，MaterialandProcessCondition）→Analysis→Evaluation（ShowResults）。

3.

執行Analysis之前，Mesh、Material及ProcessCondition都必須先建構與設定，分述於二、三、四如下。100七、看結果(Visualization)主畫面中Evaluation→Visualizer進入。Data→SelectAnalysis→Filling或Fi