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Pi:
射出壓力
A1:
射出油缸內活塞桿截面積
A2:
實際射出推力的面積
A、B:
制品的長寬
投影面積=A×
B(in)2(1in=2.54cm)
模具內所產生的力(F)=(A×
B)×
P1
此力必須用鎖模來抵抗,才不致於使制品起毛邊,及制品精度無法達到要求。
故由此方程式來看,除了上述的因素外,射出壓力也是影響鎖模力的因素之一(F∞P1)
塑料
鎖模力常數(噸/平方吋)
硬膠(PS)
軟膠(PE)
PP
ABS
尼龍
賽鋼
玻璃纖維
其它工程塑料
1.5~2.5
1~1.5
2~3
2~2.5
2~3.5
表8-1鎖模力常數參考表
當制品的厚度薄且高度深,而外型較複雜時,則應將此常數加大20~50%。
此時計算方法:
鎖模力=(A+B)in2×
鎖模力常數。
哥林柱最大受力強度(噸):
在理想狀態下:
哥林柱所受之力為F,且平均分布於四支哥林柱。
鎖模力E×
△L×
A
柱子承受力F4=L
此處:
E=楊氐係數(或彈性係數)=2.1×
106㎏/㎝2
△L=柱子受力後延伸量(㎝)
A=柱子截面積(㎝2)
L=柱子兩邊固定點間距離(㎝)如圖8-2示
表8-2各機型哥林柱最大延伸量參考表(曲手式)
機型
最大延伸㎜
SM-50
0.40
SM-210
0.80
SM-90
0.43
SM-250
0.87
SM-120
0.50
SM-350
1.06
SM-150
0.57
SM-450
1.04
SM-180
0.70
機器鎖模能力必須大於模具鎖模力,否則成品將會有毛邊或增厚現象,影響成品品質,通常鎖模常數與塑膠流動係數及塑膠產品的厚薄有關係,流動性好產品厚度大者,使用較低鎖模常數。
射出壓力是指在射出螺桿先端射出口部所發生之最大之壓力,該壓力之大小與射出油缸內所產生之油壓力有深切之關連。
一般說來射出油缸內在發生最大油壓力之同時在螺桿先端射出口所發生之壓力即為此射出壓力之謂。
因此射出壓力及油壓力之關係即為射出油缸之活塞桿之直徑與螺桿直徑之比值。
一般震雄所生產的射出機具有三種不同尺寸的射膠螺桿,不同的尺寸所產生的射出壓力也不相同。
射出壓力是如何計算出來的呢?
請參閱圖8-1。
(A2-A1)×
2×
Pc
Pi=
A3
Pi:
從上項方程式中可以看出,在同一機種中射膠螺桿愈小其射出壓力愈高。
故在選擇射膠螺絲時必須先決定射出壓力,而射出壓力則是依制品需要而制造。
例如厚的制品容易縮水,故必須選擇較高射出壓力,也就是應選擇較小的射膠螺桿。
射出壓力之最大值,因成形品之肉厚、材料、種類、模具溫度,而產生極大之變化。
依大別分類塑膠材料時,可分為泛用樹脂及工程樹脂,前者的壓力通常較低,而後者則必須高壓。
因此泛用樹脂材料可選用中直徑之螺桿,而工程塑膠則必須選用小直徑之螺桿,用以變換壓力之要求。
通常射出壓力多無法直接測得,因此利用裝置於油壓缸上油壓壓力計的比值加以計算即可求得之。
射出率表示每秒單位時間,射出螺桿之噴嘴所射出溶融樹脂之總射出量(㎝3/sec)
該射出率的理論計算值因樹脂的溶融黏度或模具內部之流阻力而與實際之數值會有所不同。
當射出螺桿達到最大行程時,所總共射出的溶融塑料之容量,稱為最大行程容積,通常以立方厘米來表示之。
理論的行程容積以下面的公式所得之計算值來表示。
V=π/4D2×
S
V:
行程容積(㎝3)
D:
螺桿直徑(㎝)
S:
行程(㎝)
π:
圓周率(≒3.14)
8-5射膠量
射膠量=行程容積(㎝3)×
塑膠密度(gm/㎝3)×
行程效率
行程效率一般採用0.8~0.95)依塑性流動好壞決定。
圖8-3
塑料密度因塑料之不同而有不同,但實際的射膠量大致上採用理論射膠量的70%~80%。
下表為一般常用塑料在常溫及成型溫度下所呈現之密度分布情形:
表8-3
塑料名稱
常溫下密度
(g/㎝3)
成型溫度
(℃)
成型溫度密度
(g/㎝3)
PS
1.05
180~280
0.98~0.93
LDPE
0.92
160~260
0.78~0.73
HDPE
0.954
260~300
0.73~0.71
0.915
250~270
0.75~0.72
PMMA
1.18
210~240
1.09~1.08
POM
1.42
200~210
1.17~1.16
PA6.10
1.08
260~290
1.01~1.008
PA66
1.15
一般射出成型機的射膠量是根據硬膠(PS)而定的,因為各種塑膠原料的密度不同射膠量也隨之變更。
以下是提供您最簡單的變通計算射膠量的方法,參考附表8-4使用壓克力通用級原料時,以震雄SM-180,46m/mr的射膠螺桿。
對壓克力的射膠量=312(克)×
1.095=342(克)。
表8-4
膠料
轉變
數值
不折膠(ABS)
通用級
高沖擊級
抗熱級
透明級
1.01
0.99
1.02
1.9
防彈膠(PC)
1.14
0.876
0.91
亞克力通用級
(Acrylic)高沖擊級
1.095
1.141
K料
0.962
RigidVinyl
PlasticizedVinyl
1.33
1.2
SAN
1.03
1
但實際生產過程中,為求得高品質的制品及配合生產速度,而要求膠料能平均吸收熱量使用工程塑料時,就必須要求制品總重量與理論射出膠料之比例,一般以不超過75%為准且不得少於20%。
如圖8-4所示,為哥林柱間最近的距離,水來距離為H,垂直距離為V。
V
H圖8-4
添置機器或新模具時,一定要考慮現有模具尺寸或現有射出機的連接柱內距,否則模具大過機器之邊內接柱內距,則不能安放在模板上,失去模具的意義了。
在考慮射出機時,以現有模具的:
(一)長×
寬:
決定射出機模板內距;
(二)高:
決定射出機的最大容模具,反之要添置模上俚應考慮射出機的模板內距及最大容模量,來決定模具之外型尺寸。
加熱汽缸內,在單位時間最大可能塑化(溶融化)的塑料重量稱為射出成形機的塑化能力。
單位表示為g/sec,實際在成形之前,先檢討成形品之重量(g),並且決定計量之時間秒數,然後再決定最適的溶融化溫度。
理論上,成形品重量以此數值除時,即可得到成表塑化之主、計量時間。
可惜依目前理論計算之狀態與實際結果相當的不穩合,偏離計算值甚多,仍然是一個不確切之理論值。
如同射出率一般,必須根據實際試射的結果,才能得到較佳作為判斷的數值。
由於螺桿旋轉數和電熱器之熱容量亦深深地影響可塑化能力之故,試模時應該考慮綜合的條件以為判斷。
如圖8-5所示。
hf/hm:
壓縮比=進料段芽深度/計量段芽深度
hf:
螺槽深度(進料)
hm:
螺槽深度(計料)
螺桿直徑
L:
總長度
L/D=螺桿芽總長度/螺桿直徑
壓縮比值通常在2.0~3.5之間,壓縮比愈大塑料混練度愈好,塑料在料筒內磨擦係數愈大溫度愈高,對塑料之熔化,壓縮排氣愈好,壓縮比的選擇必須與塑料互相配合。
L/D值通常在15~25倍之間,芽與芽間距離約等於直徑,故其值愈大表示塑料在料管內旋轉圈數多,滯留時間長,熱能吸收亦多,依原料特性不同的做選擇。
表8-5各機種螺桿規格L/D值
機種
料管規格
A(小)
B(中)
C(大)
22
19
17
20
18
16
21
如圖8-6所示,調整模厚時設定調模後退,當後退至極限時,極限開關跳脫報響起,此時固定板與動板模面之距離Tmax即為最大模厚。
如圖8-7所示,調整模厚時高定調模前進,當前進至極限時,極限開關跳脫警報響起,此時固定板與動板模面之距離Tmin即為最小模厚。
如圖8-8所示,調整模厚時令曲肘完全收縮,並且設定調模後退,當後退至極限時極限開關24跳脫警報響起,此時固定板與動板模面之距離T即為最大模板距離。
圖8-12開模行程
曲肘完全伸張(鎖模到底)與曲肘完全收縮,(開模到底)時動板模面移動之距離即為開模行程,或者說模板最大距離減最大模厚即為開模行程。
即T-Tmax=開模行程,參考圖8-6及圖8-8。
在選用射出成型機時,首先要考慮成品的高度,因為射出機的開模行程是依制品高度來加以詷整,簡單的說就是以制品高度乘以2加上水口高度,就是所需的開模行程。
開模行程=制品高度×
2+水口高度,例如:
150m/m的盒子的水口高度是50m/m。
開模行程=2×
150+50=350m/m
通常在全自動生產時,所需最小開模行程約為制品高度的2.2~2.5倍。
8-13頂出力及頂針行程
模具分離後,附著於公模上之成形品要加以取出,由於強力鎖模壓力以及射出壓力而成形的成形品由模具上取下時,必須考慮頂出及其頂針行程。
因此,為了取出成形制品,多使用壓力配合模具內部的頂出機構在模具打開後利用頂出機構取出成形制品。
由於成形品固著於模具上,因此在頂出時,應考慮給予相當之頂出力,一般頂出壓力調高而速度則依頂出制品面之容許程度適度調整,而退針則以低壓力、高速度調整,以節省周期。
頂出力的供給,一般多使用油壓缸來推動機構以頂出之,頂針行程與頂出力同樣的也是一個在取出成形品時順利與否的重要因素。
當然,頂針行程應該要大於成形品沒入於公模的長度,以免產生不能離模的現象。
8-14計量
在進行冷卻之同時,成型機也進行塑料熔化以及計算每一次射出的容量,塑料存於漏斗內,射膠螺桿旋轉時送入加熱料管內,此時塑料因料管外壁所環繞的環狀電熱片之加熱及螺桿旋轉磨擦生熱而漸次熔化,並緩慢移向螺桿的前端,螺桿因擠壓塑料而發生反作用力後退,因此熔解塑料之多寡之計算乃由此後退距離長度而得以計算。
後退距離之限度以料管內在螺桿退後時所形成用以貯存熔解塑料之容量空間作為下一次射出之材料容量的計算基准,後退之距離可以由操作員在射卒座位蓋板上的尺條加以計算而得,如下圖8-11所示。
8-15背壓
背壓是指熔膠開始時,在螺桿後退的反方向上,所加在熔融塑料上的壓力,背壓的目的著重在計量的安定,塑料熔融的均一化,幫助塑料中揮發成分或空氣夠快速地由斗品溢出,增進塑料之混煉效果,增加原料之密度,並適度增加摩磨擦熱幫助塑料均勻的熔解。
模穴的壓力變化,分為二個階段,第一階段塑料射入模穴直到充滿模穴,此不充填階段,然後流動速度減緩,塑料繼續補擠入模穴,成品密度提高,這被擅入的額外的塑料,在彌補成品的收縮量,增高密度,此時的壓力稱之為保壓,保壓愈高時間越長則成品縮水率愈小。
8-17螺桿轉速:
每分鐘最快轉數
RPM=每分鐘泵浦吐出量(公升)L/油壓馬達過油量(C.C)
1公升=1000C.C
每分鐘泵浦吐出量=油泵吐出量(C.C.)×
120×
頻率(60HZ)÷
馬達極數
螺桿轉速高,過料量快,行程周期短,但熱塑化性差,故一般小螺桿L/D值大可用高轉速,大螺桿L/D值小則用慢轉速,以達相同塑化性。
8-18流動比
此值的計算是制品由澆口(GATE)至最長一點的距離÷
制品的平均厚度。
通常流動比值小於150為容易成型,大於此值為較難成型,過大的流動比值,則須考慮使用特殊裝置以輔助射出速度(如氮氣射膠),(參考本章附錄)。
如圖8-13所示,射膠到極限與松退到極限之間,螺桿移動的最大距離,是為螺桿行程。
雖然S1為實際之螺桿行程,但因無法測得,所以一般在測螺桿行程時以S2取代,S2
為射膠到底及松退到底時,射膠尾板在射膠導桿上之最大移動距離,因為S2=S1,
所以S2即為螺桿行程。
本章附錄
當注射成品如面積大、個體薄、射膠量大、行程長時,一些成型問題便接踵而至,例如:
充填不足、射膠不穩定、毛連、表面光澤及循環時間等都會出現。
於此提供二項特別裝置,提高射膠速度,從面改善成型品之素質及增加生產力,此二項裝置均選用配備。
1.儲能蓄壓器:
詳見第七章及8-14圖A.C.C。
2.雙泵加儲能蓄壓器:
這裝置具有儲能器裝置的匭唹~,還加上雙油泵獨立輸送液壓油給蓄壓器及系統,來改善儲能器裝置之缺點-充填時,其他部份只能獲得小量液壓油供應,從面影響循環時間。
充填蓄壓器時,油泵
(1)直接輸送液壓油給蓄壓器,為保持輸送往蓄壓器內液壓油的壓力不會過高,故使用溢流閥來保持壓力。
當油泵輸出之壓力高於溢流閥所設定的壓力,便開啟與油箱相連之通路,使液壓油迅速排回油箱。
另單向閥是防止蓄壓器內洩放出液壓油從油路中逆流至油泵
(1),導致損壞油泵。
蓄壓器充填達到設定壓力時,壓力開關觸發方向閥切換至
(1)使油排回油箱。
2位換向閥(*)是一安全系統,作用與信、儲能器裝置的2位換向閥一樣。
氮氣射膠時方向閥位置切換至(4),則液控單向閥被打開,蓄壓器內液壓油於高速排送至射膠油缸內,利用減壓閥及節流閥,調節送入射膠唧筒內之壓力以及流量。
漢射膠油缸內壓力比蓄壓器內壓力較高時,蓄壓器停止排油,或射膠到達所定的行程時,限位器便觸發方向閥切換位置至(4),令液控單向閥關閉,中止蓄壓器排油。
同於裝置內控制液控單向閥之方向閥反應時間快速,能精確控制射膠時間。
它的特點是精確控制射膠,射膠速度比正常射膠速度快。
藉著雙油泵輸送出大流量液壓油至系統中各部份,從而射膠、鎖模及射移等動作速度增加一半,而瞬間射膠壓力增加50%,對於注塑薄身的成品如錄影帶盒,不但減少了循環時間,並且提高成品的素質,還減少了注塑時之溫度差,直接減低內應力,成品出模後的變形現象也隨著減少。
當系統內壓力昇高(因鎖模或射膠等動作影響),而超出預設負荷值120kgf/cm2時,則卸載閥開啟與油缸之油路,油泵
(2)輸出之壓力油便通過該閥排回油箱,以保護系統內元件不受損壞。
由於使用雙泵輸出液壓油流量增加,故所採用之方向閥也需改用較大流量之閥,但所使用油泵馬達的功率則不需加大,是其優點。
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