【正文】 ment method)：將塑件相對應面挑出，以兩薄殼面及半厚度近似實體模型，配合連接器(connector)的應用以調(diào)節(jié)流動趨勢。此技術對于肉厚變化較大的產(chǎn)品，有應力計算的誤差和適用性的問題。應用上可能遭遇縫合線預測錯誤、流動長度估算錯誤等問題。使用此法的軟件如MPI。?中間面產(chǎn)生技術(midplane generator)： 中間面產(chǎn)生技術可以分為中間軸轉(zhuǎn)換(Medial Axis Transform, MAT)和法則歸納法(heuristic method)，對于復雜結(jié)構的塑件，因為肉厚變化、公母模面不對稱、肋(rib)與轂(boss)等強化原件的設計，使得MAT技術有實用上的困難，因此此項技術的發(fā)展以法則歸納法為主。?HPFVM(HighPerformance Finite Volume Method)：應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　　就熱塑性塑料(thermoplastics)而言，射出成形機將塑料顆粒材料經(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通常采用鎖模噸數(shù)(clamping tonnage)或射出量(shot size)作為簡易的機器規(guī)格辨識，可以使用的其它參數(shù)還包括射出速率、射出壓力、螺桿設計、模具厚度和導桿間距等等。根據(jù)功能區(qū)分，射出成形機的大致上有三個種類：(1)一般用途射出機；(2)精密、緊配射出機；和(3)高速、薄肉厚射出機。射出成形機的主要輔助設備包括樹脂干燥機、材料處理及輸送設備、粉碎機、模溫控制機與冷凝器、塑件退模之機械手臂、以及塑件處理設備。21 射出機組件典型的射出成形機如圖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)等五個單元。 圖21 應用于熱塑性塑料的單螺桿射出成形機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之塑化螺桿、料筒、電熱片、固定模板及移動模板。(1) 料斗熱塑性塑料通常以小顆粒供應成形廠。射出機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)過料斗頸部，進入料筒與螺桿組合內(nèi)。(2) 料筒射出機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，螺桿上包括了進料區(qū)(feeding zone)、壓縮區(qū)（pression zone, 或轉(zhuǎn)移區(qū)transition zone）、和計量區(qū)(metering zone)三個區(qū)段，如圖23所示。圖23 回轉(zhuǎn)式螺桿之進料區(qū)、壓縮區(qū)、和計量區(qū)。螺桿的外徑為固定值，螺桿的溝槽深度(the depth of flight)從進料區(qū)到計量區(qū)起點逐漸遞減，溝槽深度的變化使塑料相對于料筒內(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)，一般的射出機有三組或更多組加熱片，以便設定為不同的溫度區(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)，構成密封。噴嘴的溫度應該設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，只要將料筒后退遠離豎澆道，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)包括了導桿(tie bars)、固定模板(stationary platen)、移動模板(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料筒一側(cè)，并經(jīng)由導桿與移動模板相接。母模板通常鎖在固定模板上，并且連接到噴嘴；公模板鎖在移動安裝板上，沿著導桿之導引而移動。有些應用會相反地將母模板鎖在移動模板上，將公模板和液壓頂出機構安裝固定模板上。(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在塑件邊緣或者接近塑件邊緣的設計，其流道(runner)也設計在母模板上。(2) 三板模三板模通常應用于澆口遠離塑件邊緣的設計，其流道是設計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)射出機的油壓系統(tǒng)提供開啟與關閉模具的動力，蓄積并維持鎖模力噸數(shù)，旋轉(zhuǎn)與推進螺桿，致動頂出銷，以及移動公模側(cè)。油壓系統(tǒng)的組件包括幫浦、閥、油壓馬達、油壓管件、油壓接頭及油壓槽等。214 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)提供成形機一致性的重復操作，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)濟效益。控制系統(tǒng)包括簡單的開／關繼電器控制到復雜的微處理器閉回路控制器。215 鎖模系統(tǒng)鎖模系統(tǒng)用來開啟／關閉模具，支撐與移動模具組件，產(chǎn)生足夠的力量以防止模具被射出壓力推開。鎖模機構可以是肘節(jié)機構鎖定、油壓機構鎖定、或是上述的兩個基本型態(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)的設計對于充填模式與塑件品質(zhì)都有很重要的影響。因此應該設計流道系統(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)將會被切除成為回收廢料，所以應該設計輸送系統(tǒng)，以產(chǎn)生最少的廢料。熱流道（Hot runner或無流道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)。因為熱流道并不與塑件一起脫模，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(3 M’s: Melt, Mix, and Move)，再于模穴內(nèi)流動、充填、凝固(3F’s: Flow, Form, and Freeze)。其動作可以區(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，包括的基本操作動作如下列：(1) 關閉模具，以便螺桿開始向前推進，如圖28(a)。(2) 與柱塞式射出機相同地，推進回轉(zhuǎn)式螺桿以充填模穴，如圖28(b)。(3) 螺桿繼續(xù)推進，以進行模穴保壓，如圖28(c)。(4) 當模穴冷卻，澆口凝固，螺桿開始后退，并塑化材料準備下一次射出，如圖28(d)。(5) 開啟模具，頂出塑件，如圖28(e)。(6) 開閉模具，以開始下一個循環(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。在充填階段開始，射出機打開噴嘴，螺桿前進將熔膠經(jīng)噴嘴注入關閉的模穴，以完成充填。當熔膠進入模穴，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計、澆口位置和良好的排氣。假如塑料的流動性不佳，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，再打開模穴取出塑件。冷卻時間在整個成形周期占非常高的比例，大約80%，成形品的冷卻時間依照塑料性質(zhì)、成形品的形狀、大小、尺寸、精度而有不同。當移動模板后退，使頂出銷頂?shù)胶蟀?rear plate) 而停止運動，將成形品、澆道系統(tǒng)及廢料頂出。 (a) (b) (c) (d) (e) (f)圖28 射出機之操作程序。(a)關閉模具；(b)充填模穴；(c)保壓； (d)螺桿后退；(e)頂出塑件；(f)開始下一個循環(huán)?！榱诉M一步說明制程循環(huán)中的射出機動作，圖29畫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，其中編號表示：圖29 典型的射出成形機之動作循環(huán)和各動作所占的時間比例1 充填（射出階段）2 保壓與冷卻3 開啟模具4 頂出塑件5 關閉鎖具射出成形的周期時間根據(jù)制程的塑件重量、肉厚、塑料性質(zhì)、機器設定參數(shù)而改變。典型的周期時間可能從數(shù)秒鐘到數(shù)十秒。24 螺桿操作　　根據(jù)需求，回轉(zhuǎn)式螺桿可以設定轉(zhuǎn)速以塑化塑料顆粒，并且將熔膠以設定之螺桿速度、射出量與射出壓力壓擠進入模穴?；剞D(zhuǎn)式螺桿射出機之射出成形的主要控制參數(shù)如下列： (1) 背壓　　背壓(back pressure)是螺桿往后推以準備下一次射出塑料時，作用于螺桿前端之塑料的壓力值。當射出機準備要射出時，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，射出機再進入螺桿倒退階段，重新開始一個循環(huán)。通常，射出機可以調(diào)節(jié)背壓的最大值，當螺桿移到此預設背壓位置，就結(jié)束螺桿倒退階段。此預設的螺桿停止位置是根據(jù)充填流道和模穴所需的塑料量，以手動方式設定。(2) 射出速度（或射出時間）　　射出速度（injection speed或螺桿速度ram speed）是指射出操作中，螺桿的前進速度。對于大部份的工程塑料，應該在塑件設計的技術條件和制程允許的經(jīng)濟條件下，設定為最快的射出速度。然而，在射出的起始階段，仍應采用較低的射速以避免噴射流(jetting)或擾流。接近射出完成時，也應該降低射速以避免造成塑件溢料，同時可以幫助形成均質(zhì)的縫合線。射出時間是將熔膠充填進模穴所需的時間，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)情況會將熔膠盡速射入模穴。因為模具溫度通常低于樹脂的凝固點(freezing point)，所以太長的射出時間會提高導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。有時候，粗厚塑件或小澆口會降低充填速度，此時必須保持熔膠連續(xù)地流過澆口以防止?jié)部谀?，進而充飽模穴。新進的研究方向嘗試控制射出量，控制螺桿動作和止回閥(check valve)關閉的時間，以達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位置與最末端的前進位置之間的差值。假如允許螺桿行程設為最大值，緩沖量為零，螺桿將前進至碰到噴嘴后才停止。通常，緩沖量設定為3~6 mm（1/8~1/4英吋）。(5) 熔膠溫度熔膠溫度應依照(a)樹脂種類、(b)射出機特性、(c)射出量，相互配合。最初設定的熔膠溫度應參考樹脂供貨商的推薦數(shù)據(jù)。通常選擇高于軟化溫度、低于樹脂之熔點做為熔膠溫度，以免過熱而裂解。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熱。因為nylon熔膠的黏滯性相當?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，模具溫度應該是在熔膠的流動性與模具溫度之間作折衷選擇。假如可能的話，應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性。較低的模具溫度可以加速成形周期，故應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