【正文】 ment method)：將塑件相對(duì)應(yīng)面挑出，以兩薄殼面及半厚度近似實(shí)體模型，配合連接器(connector)的應(yīng)用以調(diào)節(jié)流動(dòng)趨勢(shì)。此技術(shù)對(duì)于肉厚變化較大的產(chǎn)品，有應(yīng)力計(jì)算的誤差和適用性的問(wèn)題。應(yīng)用上可能遭遇縫合線預(yù)測(cè)錯(cuò)誤、流動(dòng)長(zhǎng)度估算錯(cuò)誤等問(wèn)題。使用此法的軟件如MPI。?中間面產(chǎn)生技術(shù)(midplane generator)： 中間面產(chǎn)生技術(shù)可以分為中間軸轉(zhuǎn)換(Medial Axis Transform, MAT)和法則歸納法(heuristic method)，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的塑件，因?yàn)槿夂褡兓?、公母模面不?duì)稱、肋(rib)與轂(boss)等強(qiáng)化原件的設(shè)計(jì)，使得MAT技術(shù)有實(shí)用上的困難，因此此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展以法則歸納法為主。?HPFVM(HighPerformance Finite Volume Method)：應(yīng)用有限體積法配合配合快速數(shù)值算法(Fast Numerical Algorithm, FNA)、非線性去偶合計(jì)算法(Decoupled solution procedure for nonlinearity)及高效率的迭代求解。使用此法的軟件如Moldex3D。第二章 射出成形機(jī)　　就熱塑性塑料(thermoplastics)而言，射出成形機(jī)將塑料顆粒材料經(jīng)由熔融、射出、保壓、冷卻等循環(huán)，轉(zhuǎn)變成最終的塑件。熱塑性塑料射出成形機(jī)通常采用鎖模噸數(shù)(clamping tonnage)或射出量(shot size)作為簡(jiǎn)易的機(jī)器規(guī)格辨識(shí)，可以使用的其它參數(shù)還包括射出速率、射出壓力、螺桿設(shè)計(jì)、模具厚度和導(dǎo)桿間距等等。根據(jù)功能區(qū)分，射出成形機(jī)的大致上有三個(gè)種類：(1)一般用途射出機(jī)；(2)精密、緊配射出機(jī)；和(3)高速、薄肉厚射出機(jī)。射出成形機(jī)的主要輔助設(shè)備包括樹(shù)脂干燥機(jī)、材料處理及輸送設(shè)備、粉碎機(jī)、模溫控制機(jī)與冷凝器、塑件退模之機(jī)械手臂、以及塑件處理設(shè)備。21 射出機(jī)組件典型的射出成形機(jī)如圖21所示，主要包括了射出系統(tǒng)(injection system)、模具系統(tǒng)(mold system)、油壓系統(tǒng)(hydraulic system)、控制系統(tǒng)(trol system)、和鎖模系統(tǒng)(clamping system)等五個(gè)單元。 圖21 應(yīng)用于熱塑性塑料的單螺桿射出成形機(jī)211 射出系統(tǒng)　　射出系統(tǒng)包括了料斗(hooper)、回轉(zhuǎn)螺桿與料筒(barrel)組合，和噴嘴(nozzle)，如圖22。射出系統(tǒng)的功能是存放及輸送塑料，使塑料經(jīng)歷進(jìn)料、壓縮、排氣、熔化、射出及保壓階段。圖22 熱塑性塑料的單螺桿射出成形機(jī)之塑化螺桿、料筒、電熱片、固定模板及移動(dòng)模板。(1) 料斗熱塑性塑料通常以小顆粒供應(yīng)成形廠。射出機(jī)的料斗可以存放塑料膠顆粒，藉由重力作用使塑料顆粒經(jīng)過(guò)料斗頸部，進(jìn)入料筒與螺桿組合內(nèi)。(2) 料筒射出機(jī)的料筒可以容納回轉(zhuǎn)式螺桿，并且使用電熱片(electric heater bands))加熱塑料。(3) 回轉(zhuǎn)式螺桿回轉(zhuǎn)式螺桿可以壓縮塑料、熔化塑料及輸送塑料，螺桿上包括了進(jìn)料區(qū)(feeding zone)、壓縮區(qū)（pression zone, 或轉(zhuǎn)移區(qū)transition zone）、和計(jì)量區(qū)(metering zone)三個(gè)區(qū)段，如圖23所示。圖23 回轉(zhuǎn)式螺桿之進(jìn)料區(qū)、壓縮區(qū)、和計(jì)量區(qū)。螺桿的外徑為固定值，螺桿的溝槽深度(the depth of flight)從進(jìn)料區(qū)到計(jì)量區(qū)起點(diǎn)逐漸遞減，溝槽深度的變化使塑料相對(duì)于料筒內(nèi)徑產(chǎn)生壓縮，造成剪切熱，提供熔化塑料的主要熱量。料筒外的加熱片則幫助塑料維持于熔融狀態(tài)，一般的射出機(jī)有三組或更多組加熱片，以便設(shè)定為不同的溫度區(qū)段。(4) 噴嘴噴嘴連接料筒和豎澆道襯套(sprue bushing)。當(dāng)料筒移到最前端的成形位置，其噴嘴外徑必須包覆在豎澆道定位環(huán)內(nèi)，構(gòu)成密封。噴嘴的溫度應(yīng)該設(shè)定在材料供貨商建議之塑料熔化溫度，或是略低于溫度。如此，清理料筒時(shí)，只要將料筒后退遠(yuǎn)離豎澆道，清除的塑料可以從噴嘴自由落下，參閱圖24。圖24 (a)在成形位置的噴嘴與料筒；(b)在清料位置的噴嘴與料筒。212 模具系統(tǒng)模具系統(tǒng)包括了導(dǎo)桿(tie bars)、固定模板(stationary platen)、移動(dòng)模板(movable platen)、和容納模穴、豎澆道、流道系統(tǒng)、頂出銷和冷卻管路的模板(molding plates)，如圖25所示?；旧?，模具是一座熱交換器，使熱塑性塑料的熔膠在模穴內(nèi)凝固成需要的形狀及尺寸。圖25 典型的三板模之模具系統(tǒng)模具系統(tǒng)將熔融塑料在模穴內(nèi)定形，并于冷卻后將塑件頂出。射出成形的模具系統(tǒng)是安裝模板與成形模板的組合，通常以工具鋼加工制成。固定安裝板連接到成形機(jī)料筒一側(cè)，并經(jīng)由導(dǎo)桿與移動(dòng)模板相接。母模板通常鎖在固定模板上，并且連接到噴嘴；公模板鎖在移動(dòng)安裝板上，沿著導(dǎo)桿之導(dǎo)引而移動(dòng)。有些應(yīng)用會(huì)相反地將母模板鎖在移動(dòng)模板上，將公模板和液壓頂出機(jī)構(gòu)安裝固定模板上。(1) 兩板模大多數(shù)模具是由兩片模板組成，如圖26，此類模具常使用在塑件澆口正好設(shè)在塑件邊緣或者接近塑件邊緣的設(shè)計(jì)，其流道(runner)也設(shè)計(jì)在母模板上。(2) 三板模三板模通常應(yīng)用于澆口遠(yuǎn)離塑件邊緣的設(shè)計(jì)，其流道是設(shè)計(jì)在分隔公模與母模的脫料板(stripper plate))上，如圖26所示。 圖26 (左)兩板模與 (右)三板模(3) 冷卻管路（回路）冷卻管路(cooling channels)是模具本體的通道，冷媒（一般是水、蒸汽或油）經(jīng)由冷卻管路循環(huán)以調(diào)節(jié)模壁溫度。冷卻管路也可以搭配其它的溫度控制裝置一起使用，例如障板管(bafflers)、擾流板(bubblers)或熱管(thermal pins or heat pipes)等。213 油壓系統(tǒng)射出機(jī)的油壓系統(tǒng)提供開(kāi)啟與關(guān)閉模具的動(dòng)力，蓄積并維持鎖模力噸數(shù)，旋轉(zhuǎn)與推進(jìn)螺桿，致動(dòng)頂出銷，以及移動(dòng)公模側(cè)。油壓系統(tǒng)的組件包括幫浦、閥、油壓馬達(dá)、油壓管件、油壓接頭及油壓槽等。214 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)提供成形機(jī)一致性的重復(fù)操作，并且監(jiān)控溫度、壓力、射出速度、螺桿速度與位置、及油壓位置等制程參數(shù)。制程控制直接影響到塑件品質(zhì)和制程的經(jīng)濟(jì)效益?？刂葡到y(tǒng)包括簡(jiǎn)單的開(kāi)／關(guān)繼電器控制到復(fù)雜的微處理器閉回路控制器。215 鎖模系統(tǒng)鎖模系統(tǒng)用來(lái)開(kāi)啟／關(guān)閉模具，支撐與移動(dòng)模具組件，產(chǎn)生足夠的力量以防止模具被射出壓力推開(kāi)。鎖模機(jī)構(gòu)可以是肘節(jié)機(jī)構(gòu)鎖定、油壓機(jī)構(gòu)鎖定、或是上述的兩個(gè)基本型態(tài)的組合。22 射出成形系統(tǒng)典型的射出成形系統(tǒng)(molded system)包括熔膠輸送系統(tǒng)和成形塑件，如圖27所示。熔膠輸送系統(tǒng)提供讓熔膠從射出機(jī)噴嘴流到模穴的通道，它通常包括：豎澆道(sprue)、冷料井(cold slug well)、主流道、分枝流道、和澆口(gates)。圖27 射出成形系統(tǒng)包括熔膠輸送系統(tǒng)及成形塑件。輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于充填模式與塑件品質(zhì)都有很重要的影響。因此應(yīng)該設(shè)計(jì)流道系統(tǒng)，以維持所需充填模式，將熔膠輸送到模穴。在完成射出成形之后，冷流道輸送系統(tǒng)將會(huì)被切除成為回收廢料，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)，以產(chǎn)生最少的廢料。熱流道（Hot runner或無(wú)流道runnerless）成形制程維持流道于高溫，使其內(nèi)之熔膠維持在熔融狀態(tài)。因?yàn)闊崃鞯啦⒉慌c塑件一起脫模，不致于造成廢料，并且節(jié)省塑件二次切除加工的制程。23 射出機(jī)操作順序塑料射出成形加工是一種適合高速量產(chǎn)精密組件的加工法，它將粒狀塑料于料筒內(nèi)融化、混合、移動(dòng)(3 M’s: Melt, Mix, and Move)，再于模穴內(nèi)流動(dòng)、充填、凝固(3F’s: Flow, Form, and Freeze)。其動(dòng)作可以區(qū)分為塑料之塑化、充填、保壓、冷卻、頂出等階段的循環(huán)制程，包括的基本操作動(dòng)作如下列：(1) 關(guān)閉模具，以便螺桿開(kāi)始向前推進(jìn)，如圖28(a)。(2) 與柱塞式射出機(jī)相同地，推進(jìn)回轉(zhuǎn)式螺桿以充填模穴，如圖28(b)。(3) 螺桿繼續(xù)推進(jìn)，以進(jìn)行模穴保壓，如圖28(c)。(4) 當(dāng)模穴冷卻，澆口凝固，螺桿開(kāi)始后退，并塑化材料準(zhǔn)備下一次射出，如圖28(d)。(5) 開(kāi)啟模具，頂出塑件，如圖28(e)。(6) 開(kāi)閉模具，以開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)，如圖28(f)。塑料在料筒被螺桿擠壓產(chǎn)生大量摩擦熱而形成熔融狀態(tài)，熔膠堆積于料筒前端，并且使用加熱器維持熔膠溫度。在充填階段開(kāi)始，射出機(jī)打開(kāi)噴嘴，螺桿前進(jìn)將熔膠經(jīng)噴嘴注入關(guān)閉的模穴，以完成充填。當(dāng)熔膠進(jìn)入模穴，受壓氣體從頂出銷、分模線和氣孔逸出。良好的充填決定于塑料組件設(shè)計(jì)、澆口位置和良好的排氣。假如塑料的流動(dòng)性不佳，或者射出壓力不足就可能造成短射現(xiàn)象；相反地，假如塑料的流動(dòng)性太好，容易在塑件的分模面造成毛邊。熔膠完全填滿模穴后，繼續(xù)施壓以注入更多熔膠，補(bǔ)償因冷卻而造成之塑料體積收縮，并確保模穴完全填滿。充填與保壓階段結(jié)束，熔膠在模具里完全凝固后，再打開(kāi)模穴取出塑件。冷卻時(shí)間在整個(gè)成形周期占非常高的比例，大約80%，成形品的冷卻時(shí)間依照塑料性質(zhì)、成形品的形狀、大小、尺寸、精度而有不同。當(dāng)移動(dòng)模板后退，使頂出銷頂?shù)胶蟀?rear plate) 而停止運(yùn)動(dòng)，將成形品、澆道系統(tǒng)及廢料頂出。 (a) (b) (c) (d) (e) (f)圖28 射出機(jī)之操作程序。(a)關(guān)閉模具；(b)充填模穴；(c)保壓； (d)螺桿后退；(e)頂出塑件；(f)開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)?！榱诉M(jìn)一步說(shuō)明制程循環(huán)中的射出機(jī)動(dòng)作，圖29畫(huà)出不同階段的油壓缸壓力、模穴壓力、公母模分隔距離與螺桿位置的示意圖，其中編號(hào)表示：圖29 典型的射出成形機(jī)之動(dòng)作循環(huán)和各動(dòng)作所占的時(shí)間比例1 充填（射出階段）2 保壓與冷卻3 開(kāi)啟模具4 頂出塑件5 關(guān)閉鎖具射出成形的周期時(shí)間根據(jù)制程的塑件重量、肉厚、塑料性質(zhì)、機(jī)器設(shè)定參數(shù)而改變。典型的周期時(shí)間可能從數(shù)秒鐘到數(shù)十秒。24 螺桿操作　　根據(jù)需求，回轉(zhuǎn)式螺桿可以設(shè)定轉(zhuǎn)速以塑化塑料顆粒，并且將熔膠以設(shè)定之螺桿速度、射出量與射出壓力壓擠進(jìn)入模穴?；剞D(zhuǎn)式螺桿射出機(jī)之射出成形的主要控制參數(shù)如下列： (1) 背壓　　背壓(back pressure)是螺桿往后推以準(zhǔn)備下一次射出塑料時(shí)，作用于螺桿前端之塑料的壓力值。當(dāng)射出機(jī)準(zhǔn)備要射出時(shí)，螺桿將前端的塑料推入模穴，射出的塑料在模具內(nèi)冷卻后，射出機(jī)再進(jìn)入螺桿倒退階段，重新開(kāi)始一個(gè)循環(huán)。通常，射出機(jī)可以調(diào)節(jié)背壓的最大值，當(dāng)螺桿移到此預(yù)設(shè)背壓位置，就結(jié)束螺桿倒退階段。此預(yù)設(shè)的螺桿停止位置是根據(jù)充填流道和模穴所需的塑料量，以手動(dòng)方式設(shè)定。(2) 射出速度（或射出時(shí)間）　　射出速度（injection speed或螺桿速度ram speed）是指射出操作中，螺桿的前進(jìn)速度。對(duì)于大部份的工程塑料，應(yīng)該在塑件設(shè)計(jì)的技術(shù)條件和制程允許的經(jīng)濟(jì)條件下，設(shè)定為最快的射出速度。然而，在射出的起始階段，仍應(yīng)采用較低的射速以避免噴射流(jetting)或擾流。接近射出完成時(shí)，也應(yīng)該降低射速以避免造成塑件溢料，同時(shí)可以幫助形成均質(zhì)的縫合線。射出時(shí)間是將熔膠充填進(jìn)模穴所需的時(shí)間，受到射出速度控制。雖然最佳的充填速度取決于塑件的幾何形狀、澆口尺寸和熔膠溫度，但大多數(shù)情況會(huì)將熔膠盡速射入模穴。因?yàn)槟＞邷囟韧ǔ５陀跇?shù)脂的凝固點(diǎn)(freezing point)，所以太長(zhǎng)的射出時(shí)間會(huì)提高導(dǎo)致塑料太早凝固的可能性。薄肉厚塑件使用高射出速度以防止充保模穴前發(fā)生凝固。有時(shí)候，粗厚塑件或小澆口會(huì)降低充填速度，此時(shí)必須保持熔膠連續(xù)地流過(guò)澆口以防止?jié)部谀?，進(jìn)而充飽模穴。新進(jìn)的研究方向嘗試控制射出量，控制螺桿動(dòng)作和止回閥(check valve)關(guān)閉的時(shí)間，以達(dá)到控制組件尺寸的目的。(3) 螺桿旋轉(zhuǎn)速度　　螺桿旋轉(zhuǎn)速度是塑化螺桿的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速越快，塑料螺桿溝槽壓縮得越激烈，產(chǎn)生更大量的剪切熱。(4) 緩沖量　　緩沖量(cushion)是螺桿的最大允許前進(jìn)位置與最末端的前進(jìn)位置之間的差值。假如允許螺桿行程設(shè)為最大值，緩沖量為零，螺桿將前進(jìn)至碰到噴嘴后才停止。通常，緩沖量設(shè)定為3~6 mm（1/8~1/4英吋）。(5) 熔膠溫度熔膠溫度應(yīng)依照(a)樹(shù)脂種類、(b)射出機(jī)特性、(c)射出量，相互配合。最初設(shè)定的熔膠溫度應(yīng)參考樹(shù)脂供貨商的推薦數(shù)據(jù)。通常選擇高于軟化溫度、低于樹(shù)脂之熔點(diǎn)做為熔膠溫度，以免過(guò)熱而裂解。以nylon為例，在射出區(qū)(feed zone)的溫度通常比料筒的溫度高，此增加的熱量可以降低熔膠射出壓力而不致于使熔膠過(guò)熱。因?yàn)閚ylon熔膠的黏滯性相當(dāng)?shù)?，可以很容易地充填模穴而不必倚賴提升溫度造成的致稀性?6) 模具溫度模具溫度的限制在于避免塑料在模穴內(nèi)的剖面凍結(jié)(freezing)以及塑料的冷卻性質(zhì)(例如crystallization等)。所以，模具溫度應(yīng)該是在熔膠的流動(dòng)性與模具溫度之間作折衷選擇。假如可能的話，應(yīng)該讓臨界之凝固位置(the critical freezing location)發(fā)生在澆口處。調(diào)節(jié)澆口尺寸能夠獲得在可能的最低模具溫度下的最佳流動(dòng)性。較低的模具溫度可以加速成形周期，故應(yīng)盡量使用可接受的最低模具溫度。有些射出成形需要冷卻或冷凝，有些則需要加熱模具以控制結(jié)晶度(crystallizat