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精密射出成型技術(shù)
射出業(yè)近況
塑膠射出成型制品因具有優(yōu)異的特性﹐使用量正逐年增加﹒根據(jù)工業(yè)局的統(tǒng)計(jì)資料顯示﹐國內(nèi)塑膠加工業(yè)廠家數(shù)目近一萬家﹐從業(yè)合佔(zhàn)制造業(yè)總?cè)藬?shù)的11%﹐產(chǎn)值約佔(zhàn)總產(chǎn)值的9.5%﹒但員工人數(shù)在50人以下的廠家﹐竟佔(zhàn)了85%﹐可見塑膠射出成型加工業(yè)﹐屬中小企業(yè)的佔(zhàn)絕大多數(shù)﹒
業(yè)界追求的精密射出技術(shù)
如何提升技術(shù)﹑創(chuàng)造產(chǎn)品的附加價(jià)值﹐乃成為業(yè)界首要努力的目標(biāo)﹒精密射出成型技術(shù)也因此逐漸受到重視﹒
何謂精密射出成型﹖顧名思義﹐就是以較高的射出成型技術(shù)﹐制造出精度高的塑膠制品﹒
談到精密射出成型﹐應(yīng)從二個(gè)層面來思考﹒一種是在設(shè)計(jì)開發(fā)階段﹐就先擬定一套完整的生產(chǎn)技術(shù)﹐掌握這些生產(chǎn)因素﹐使做出來的成品精度﹐控制在預(yù)測(cè)的精度范圍內(nèi)﹒這種技術(shù)層次較高﹐似屬于研究開發(fā)的技術(shù)﹒
另外一種是在生產(chǎn)前﹐尚無法確保掌握在生產(chǎn)過程中﹐制造出來的成品精度到底是多少﹖只知道它大概在某個(gè)程度范圍內(nèi)﹒有時(shí)﹐甚至無法預(yù)知制品的精度到底是偏上限﹐還是下限﹖但是在試做過程中﹐可以根據(jù)投入的生產(chǎn)因素及得到的制品精度范圍﹐再來調(diào)整﹑修正投入的生產(chǎn)條件﹐使制品精度更能符合需求﹐并且更希望在往后的每一次量產(chǎn)中﹐都能得到品質(zhì)穩(wěn)定性﹑再現(xiàn)性很高的產(chǎn)品﹒
以上兩種方式﹐應(yīng)該都市目前業(yè)界所追求的精密射出成型技術(shù)﹒
何為“精密“射出成型
本文所談到的精度﹐除了尺寸﹑公差精度外﹐應(yīng)包括制品表面精度（縮水﹑凹痕﹑接合線﹑光澤度﹑平坦度……等）﹒
就塑膠制品尺寸縮水來說﹐層次較高的精密射出成型技術(shù)﹐應(yīng)該在模具設(shè)計(jì)之初﹐就能根據(jù)制品大小﹑形狀﹑塑膠原料﹑澆口大小﹑流動(dòng)方嚮﹐決定一個(gè)很精確的縮水律﹐而模具尺寸即依此縮水律來設(shè)計(jì)﹑加工﹒在射出成型時(shí)﹐再依環(huán)境﹑原料的處理﹐決定最佳的成型條件﹐使做出來的制品尺寸經(jīng)過縮水后﹐正好符合成品圖上所要求尺寸精度﹒
層次較低的精密射出成型技術(shù)﹐就是在模具設(shè)計(jì)時(shí)無法精確的決定縮水律等﹐預(yù)知射出后的成品品質(zhì)﹒只能在以后生產(chǎn)時(shí)﹐根據(jù)做出來的制品品質(zhì)的變化清醒﹐修正生產(chǎn)因素（包括料的干燥﹑射出條件的調(diào)整……等）﹐使制品的最終品質(zhì)接近成品圖的要求﹐並控制在以后每次生產(chǎn)都能達(dá)到這個(gè)精度﹒
因此精密射出成型技術(shù)﹐就是（1）無人化全自動(dòng)（2）成型周期一定的生產(chǎn)技術(shù)﹒本文僅就目前業(yè)界較迫切需要改進(jìn)的后半段加以探討﹐我想應(yīng)有事半功倍之效﹒
業(yè)界優(yōu)先改善項(xiàng)目
目前﹐許多業(yè)者認(rèn)為要達(dá)到精密射出成型﹐最迫切需要優(yōu)先改善的是﹕精密的模具與高精度自動(dòng)化射出成型機(jī)﹒其實(shí)這二個(gè)因素﹐只是精密射出成型技術(shù)中很小的一環(huán)﹐還有許多很重要的部分被我們忽略了﹒
過分的強(qiáng)調(diào)模具及成型機(jī)的重要性﹐反而使我們不去重視其他更重要﹑且更應(yīng)該多注意的部分﹒
精密成型技術(shù)是一種連續(xù)性﹑相互關(guān)聯(lián)的﹑許多技術(shù)的組合﹐它代表企業(yè)整體的技術(shù)能力與水準(zhǔn)﹑不良率的高低﹐是整個(gè)企業(yè)能力的總表現(xiàn)﹐并非某個(gè)單位﹑某個(gè)人的能力表現(xiàn)﹒品質(zhì)差﹑不良率的產(chǎn)生﹐也不是某個(gè)員工的不對(duì)﹐因?yàn)闆]有員工愿意作出不良品﹒
精密射出宜考慮因素
既然精密射出成型技術(shù)﹐是許多相互關(guān)聯(lián)技術(shù)的組合﹐所以我們應(yīng)該從塑膠原料的品質(zhì)﹑處理方法﹑加工環(huán)境﹑機(jī)臺(tái)性能﹑模具品質(zhì)﹑射出成型條件的設(shè)定等一連貫因素來考慮﹒而這些因素有﹕
（1）季節(jié)﹕春﹑夏﹑秋﹑冬氣候的變化﹐冷卻水溫度的差異﹒
（2）時(shí)間﹕白天﹑晚上﹑早上﹑週一﹑週六﹑週日的差異﹒
（3）人員﹕人員熟練度﹑情緒﹑疲勞﹑注意力﹑個(gè)性﹑習(xí)性……等﹒
（4）環(huán)境﹕天候（晴雨天﹑溫度﹑濕度的影響）﹐風(fēng)的大小﹑方嚮﹐暖房﹑冷氣﹑塵埃﹑冷卻水量的變動(dòng)﹐水溫的變化﹐水垢的影響﹒
（5）材料﹕材料品質(zhì)的穩(wěn)定性﹐廠牌的差異﹐干燥的方法（時(shí)間﹑溫度的控制……）﹐染色配色的方法等﹒
（6）機(jī)械及周邊裝置﹕機(jī)臺(tái)的性能﹑廠牌的差異﹑機(jī)臺(tái)的磨耗﹑劣化﹑使用方法﹑計(jì)測(cè)儀器﹑計(jì)器方法﹑溫度控制器的種類﹑性能﹑冷煤（油﹑水）﹑冷煤的流速﹑流量及電壓的穩(wěn)定性……等﹒
（7）模具﹕模穴多寡﹑流道系統(tǒng)﹑尺寸精度﹑模具材質(zhì)﹑磨耗﹑強(qiáng)度﹑冷卻回路的設(shè)計(jì)……等﹒
（8）成型條件﹕作動(dòng)油的溫度﹑成型壓力﹑速度﹑周期﹑成型條件的穩(wěn)定性……等﹒
以上僅就其中較為業(yè)界疏忽的幾項(xiàng)﹐提出來供大家參考﹐並請(qǐng)指正﹒
先從外在的因素（風(fēng)﹑室溫環(huán)境﹑時(shí)間）來談﹕
風(fēng)
如果從射出成型加工材料溫度的變化過程來看﹐模具可說是一部熱交換機(jī)﹐塑膠原料經(jīng)過加熱﹑混烘﹐經(jīng)過模具成型后﹐呈急速的冷卻﹐應(yīng)該有一定的規(guī)則﹐否則結(jié)晶化的溫度﹑時(shí)間﹑速度﹐都會(huì)受到影響﹒
塑膠料冷卻的變化﹐與制品的收縮率有密切的關(guān)系﹒大家都注意到機(jī)臺(tái)的3段﹑4段的溫度控制﹐而沒有注意風(fēng)向與速度對(duì)射嘴﹑模具的影響﹒因此嚴(yán)格說起來﹐工廠里的電風(fēng)扇應(yīng)受到管制﹐不能任意使用﹒
室溫
塑膠原料加熱注入模具后﹐急速冷卻﹐一部分的熱量由冷媒帶走﹐一部分散入大氣中﹔同時(shí)加熱料管亦散播出大量的熱到大氣中﹒熱的空氣往上升﹐如何在廠房的上層適度的抽風(fēng)﹐或籍大氣空氣流動(dòng)帶走上面的熱空氣﹐并且在廠房的底層部注入冷空氣（同時(shí)將熱空氣往上擠）﹐有待改善﹒
適當(dāng)?shù)目照{(diào)﹐控制廠房溫度在27°C左右﹐乃為精度成型必要的條件之一﹒
環(huán)境
塵埃的去除﹐料筒的加蓋（及靜電除塵）﹐地面的清拭﹐循環(huán)水流壓力大小﹐電壓的穩(wěn)定性……等﹐亦不可疏忽﹒
時(shí)間
如果白天﹑晚上產(chǎn)生品質(zhì)有差異﹐或者週一﹑週六產(chǎn)生品質(zhì)上有差異﹐這種情況幾乎可以判定﹐問題出在模具溫度的不穩(wěn)定﹒在休假日后開機(jī)生產(chǎn)﹐模具溫度還沒有上升到固定范圍內(nèi)﹐就開始生產(chǎn)﹐如此作出來的東西﹐很少會(huì)有合格品﹒
以上四項(xiàng)為外在的間接因素﹒接著討論與射出成型有直接關(guān)系的其他因素﹕
材料
高精度制品的流痕﹑光澤度﹑透明度﹐有求比較嚴(yán)格﹐對(duì)于材料的干燥技術(shù)也特別講究﹒大使一般都只注意到干燥的溫度與時(shí)間﹐甚至為了達(dá)到干燥的效果﹐不惜提高干燥溫度﹑這事絕對(duì)錯(cuò)誤的﹐溫度提高﹐易造成材料分解變質(zhì)﹐尤其對(duì)熱較敏感的材料﹐如PA﹑PVC等﹐泵為嚴(yán)重﹒正確的方法﹐應(yīng)該是稍微降低干燥溫度﹐延長干燥時(shí)間﹒
但是有一點(diǎn)必須特別注意﹕在密閉的容器內(nèi)干燥﹐水氣沒有過濾去除﹐而進(jìn)入的空氣並沒有除濕﹐經(jīng)過加熱后﹐空氣的相對(duì)濕度降低﹐絕對(duì)濕度卻沒有改變﹒由于在空氣沒的水分並沒有減少﹐如何能叨叨干燥的效果﹖
因此﹐如何做到除濕干燥﹐乃為精密成型技術(shù)不可或缺的一環(huán)﹒
機(jī)臺(tái)（制品重量）
自動(dòng)化的射出成型機(jī)﹐可彌補(bǔ)射出成型技術(shù)的不足﹒但如果具備熟練﹑高深的射出成型技術(shù)﹐並不一定需要自動(dòng)化的射出成型機(jī)﹒目前業(yè)界使用機(jī)臺(tái)較常疏忽的有兩項(xiàng)﹕
一是使用過大的機(jī)臺(tái)來成型﹒因?yàn)闄C(jī)臺(tái)過大﹐料筒的容積也隨著加大﹐使得料在料筒內(nèi)停留的時(shí)間過長﹐因加熱時(shí)間過長而變質(zhì)﹐直接影響制品的精度﹒
另一項(xiàng)被業(yè)界所疏忽的﹐就是未能注意機(jī)臺(tái)規(guī)格中的最大射出量﹕x g﹒假設(shè)某機(jī)臺(tái)的最大射出量是50g,今制品的重量是30g﹐認(rèn)為這種搭配萬無一失﹐其實(shí)卻忽略了最大射出成型量的單位時(shí)間是g/分﹒因此﹐還須再計(jì)算制品每分鐘的生產(chǎn)重量﹐是否超過此界限﹖如果違反此規(guī)則﹐會(huì)造成材料在料筒內(nèi)有混煉不均的現(xiàn)象﹒沒有充分混煉熔融﹐就被擠出成型﹐結(jié)果品質(zhì)當(dāng)然不好﹒
料溫
為使料在料筒內(nèi)充分熔融﹐提高溫度有助于混煉的程度﹐但是卻因溫度的提高﹐造成材料的變質(zhì)﹒最好是適度的降低料溫﹐比平常用的溫度再降5~10%﹐不足的部分﹐改由提高rpm的方式來補(bǔ)足﹒因?yàn)?/span>rpm的提高﹐可以增加料的剪斷摩擦熱﹐此熱適足以彌補(bǔ)溫度不足的部分﹒由于摩擦生熱只是瞬間﹐料無變質(zhì)之虞﹐并且因料筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦熱比較均勻﹐不會(huì)有局部過熱的情形發(fā)生﹐值得業(yè)界一識(shí)﹒
流道系統(tǒng)
這里所稱的流道﹐包括澆口的設(shè)計(jì)﹒通常﹐材料由高溫進(jìn)入溫度較低的模具中﹐為使受到相當(dāng)程度冷卻的塑膠原料能順利的流進(jìn)模穴內(nèi)﹐並減少制品的充填不足﹑接合線﹑縮水﹑凹陷……等不良狀況﹐都想盡量加大流道的截面積﹐也相對(duì)加大﹒其實(shí)這正犯了下述二項(xiàng)的錯(cuò)誤﹕
一是流道截面積加大﹐而料的流速成平方關(guān)系﹐呈倍數(shù)的下降﹔流速下降﹐料在流道停留的時(shí)間成平方倍數(shù)的增加﹐適足以增加料的冷卻﹐如此反而阻礙料的流動(dòng)﹒
如果我們檢討一下澆口的截面積那么小（比流道的截面積小了很多）﹐料照樣可以流進(jìn)模穴內(nèi)﹐為什么流道需要那么大的截面積﹗
二是流道截面加大﹐流速減緩﹐較易冷卻﹐相反的﹐如果將傳統(tǒng)的流道截面積取小﹐會(huì)因料在流道中的流速成平方關(guān)系的增加﹐速度加快﹐摩擦所產(chǎn)生的熱﹐適足以改善料的流動(dòng)性﹒
因此流道截面積取小﹐反而有助于料在流道中的流動(dòng)﹒因溫度的上升﹐在模穴充填過程中所生的品質(zhì)不良點(diǎn)（如接合線……）﹐可減至最低的程度﹒
至于澆口的設(shè)計(jì)﹐應(yīng)少用側(cè)澆口﹐因料由較大的截面積﹐忽然進(jìn)入較小的截面積時(shí)﹐會(huì)有短暫停留現(xiàn)象﹐且因截面積逐漸變小﹐而有加速流動(dòng)（生熱）的現(xiàn)象﹐因無冷料發(fā)生﹐可以得到精度較高﹒
透氣孔
大家都很了解透氣孔的重要性﹐遇到充填不良的問題﹐很快就會(huì)聯(lián)想到透氣孔的問題﹒但是透氣孔的制作﹐應(yīng)該注意下列必須考慮的事項(xiàng)﹕
（1）膠件前端為一種很稠的乳膠狀物質(zhì)﹐極易堵塞設(shè)在分模線上的透氣孔﹐尤其是鎖模力過大時(shí)﹐這種現(xiàn)象更明顯因此理想的透氣孔﹐應(yīng)設(shè)在與分模線垂直的位置上﹐如頂出銷﹑分割塊上﹒
（2）在成型品的末端﹑心型銷上﹑鑲?cè)雺K上做透氣孔比較簡(jiǎn)單﹐如果空氣堆集的部位在成品的中心﹐中央部位時(shí)透氣孔便無法制作﹒此為澆口數(shù)目與位置的設(shè)置不當(dāng)所致﹒
（3）如果包風(fēng)不明顯﹐只在成型品孔圓周上呈現(xiàn)一條接合線﹐可在心型（不論是鑲?cè)牖蜩?/span>1體式）上﹐對(duì)準(zhǔn)接合線位置上逃一個(gè)小孔﹐來容納成型中多余的氣體﹒此種方法﹐對(duì)消除接合線有很好的效果﹐值得一識(shí)﹒
成型周期
為了節(jié)省成本﹐提高產(chǎn)能﹐很少有人會(huì)無緣無故的增加成型時(shí)間﹐但是在下述 三種現(xiàn)象會(huì)采用不當(dāng)﹑過長的成型周期﹒
（1） 為了改善成型品變形及凹陷現(xiàn)象﹐常以增加冷卻時(shí)間（即延長成型周期）來克服﹒
（2） 使用過大的機(jī)臺(tái)﹐料在料筒內(nèi)停留的時(shí)間過長﹐與成型周期過長﹐對(duì)料（因過熱）所生的破壞力相同﹒
（3） 制品肉厚不均﹒為了使厚度大的部分達(dá)到充分的冷卻效果﹐常常以延長成型周期來克服﹒
以上三種清醒﹐都使原料在料筒內(nèi)提留的時(shí)間過長﹐而破壞了原有的特性﹒
模溫控制
由于塑膠件原料由高溫進(jìn)入模具內(nèi)﹐經(jīng)過冷卻硬化后﹐ 才由模具中取出﹐為使制品能充分硬化﹐應(yīng)做好冷卻工作﹒但是﹐如果冷卻系統(tǒng)不佳﹐則只有延長冷卻時(shí)間（增加成形周期）﹐此實(shí)是本未倒置﹒
膠料在模具內(nèi)充分均勻并不容易﹐常因肉厚不均而有不均勻的冷卻﹒由于牽涉范圍太廣﹐不在這里說明﹒僅就模溫控制中最重要的部分?jǐn)⑹鋈缦漏s
1﹑膠件經(jīng)過模具冷卻硬化后取出﹐但是千萬不要把模具當(dāng)作冷卻機(jī)具﹐其實(shí)在膠件充填尚未完成前﹐模具也有保溫的功能﹐因此﹐應(yīng)該把模具視為一部熱交換機(jī)﹐而不能視為冷卻制品的冷卻機(jī)具﹒
2﹑模具冷卻水路的設(shè)計(jì)﹐應(yīng)該稱為模具溫度控制﹐而不能稱為模具冷卻系統(tǒng)﹐亦不能稱為模具冷卻回路﹒
3﹑為使塑膠原料在充填﹑冷卻過程中﹐不因模溫的過高或過低﹐而失去應(yīng)有的特性﹐應(yīng)特別重視模具的溫度控制﹒
目前因冷卻水的溫度普遍偏低﹐一般常用的話水溫為室溫及5°C左右冰冷的水﹐較應(yīng)該使用的水溫低了很多﹐如此對(duì)結(jié)晶性塑膠原料﹐如尼龍﹑POM﹑PBT﹑PPS的影響很大﹒
4﹑為了使冷卻水能充分的帶走模具中的熱量﹐正確的做法應(yīng)是﹕
1）以Re＝8000~10000（亂流的標(biāo)準(zhǔn)雷諾數(shù)）的標(biāo)準(zhǔn)﹐來計(jì)算水的流速﹑冷卻水管的表面積﹒
2）以能產(chǎn)生亂流的水速帶走模具的熱量﹐而不是降低水溫﹑以大的溫差帶走熱量﹒因?yàn)闇夭睿嘏c水溫之差）過大﹐極易造成模溫的不均﹐導(dǎo)致成型品的變形﹒
3）當(dāng)模溫很高﹐接近100°C時(shí)﹐亦應(yīng)使用加壓的水來做熱交換工作﹐而不能用油來冷卻﹒因?yàn)橛偷恼承院芨擤o比重輕﹐雷諾數(shù)Re＝dvρ/μ很難達(dá)到亂流的標(biāo)準(zhǔn)﹐而在層流的情況下﹐便很難充分帶走模具的熱量﹒
5﹑模溫的量測(cè)﹐不必深入模穴內(nèi)﹐只須測(cè)量進(jìn)﹑出口的水溫即可﹒
射出成型條件
目前因冷卻水的溫度過低﹐模具的溫度相對(duì)偏低﹐如此對(duì)塑膠原料的充填﹑流動(dòng)很不利﹒因易生冷料﹐對(duì)制品的品質(zhì)影響很大﹒
因充填不易﹐一般都以提高射出壓力來克服﹐不過壓力一大﹐就容易產(chǎn)生
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