【正文】 材料冷卻以定形，熱固性塑料則必須由化學(xué)反應(yīng)固化定形。?技術(shù)使用的簡(jiǎn)易性。 經(jīng)驗(yàn) ＝＞ 知識(shí) ＝＞ 實(shí)驗(yàn)比對(duì) ＝＞ 品質(zhì)(Q)、成本(C)、交期(D) CAE工具 ＝＞應(yīng)用CAE工具時(shí)，必須充分了解其理論內(nèi)涵與模型限制，以區(qū)分仿真分析和實(shí)際制程的差異，才不至于對(duì)分析結(jié)果過(guò)度判讀。后處理器將求解后大量的數(shù)據(jù)有規(guī)則地處理成人機(jī)接口圖形，制作動(dòng)畫(huà)以方便使用者分析判讀答案。因?yàn)閿?shù)值方法應(yīng)用許多矩陣的技巧，適合使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，而計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度、內(nèi)存的數(shù)量和算法的好壞就關(guān)系到數(shù)值方法的效率與成敗。計(jì)算機(jī)輔助工程分析(ComputerAided Engineering, CAE)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)分析CAD幾何模型之物理問(wèn)題的技術(shù)，可以讓設(shè)計(jì)者進(jìn)行仿真以研究產(chǎn)品的行為，進(jìn)一步改良或最佳化設(shè)計(jì)?！赌Ａ鞣治龌A(chǔ)入門(mén)》　　目 錄 第一章 計(jì)算機(jī)輔助工程與塑料射出成形11 計(jì)算機(jī)輔助工程分析 12 塑料射出成形 13 模流分析及薄殼理論 14 模流分析軟件的未來(lái)發(fā)展第二章 射出成形機(jī)21 射出機(jī)組件 211 射出系統(tǒng) 212 模具系統(tǒng) 213 油壓系統(tǒng) 214 控制系統(tǒng) 215 鎖模系統(tǒng) 22 射出成形系統(tǒng) 23 射出機(jī)操作順序 24 螺桿操作 25 二次加工第三章 什么是塑料31 塑料之分類 32 熱塑性塑料 321 不定形聚合物 322 （半）結(jié)晶性聚合物 323 液晶聚合物33 熱固性塑料34 添加劑、填充料與補(bǔ)強(qiáng)料第四章 塑料如何流動(dòng)41 熔膠剪切黏度 42 熔膠流動(dòng)之驅(qū)動(dòng)射出壓力 421 影響射出壓力的因素 43 充填模式 431 熔膠波前速度與熔膠波前面積 44 流變理論第五章 材料性質(zhì)與塑件設(shè)計(jì)51 材料性質(zhì)與塑件設(shè)計(jì)511 應(yīng)力應(yīng)變行為512 潛變與應(yīng)力松弛513 疲勞514 沖擊強(qiáng)度515 熱機(jī)械行為52 塑件強(qiáng)度設(shè)計(jì)521 短期負(fù)荷522 長(zhǎng)期負(fù)荷523 反復(fù)性負(fù)荷524 高速負(fù)荷及沖擊負(fù)荷525 極端溫度施加負(fù)荷53 塑件肉厚54 肋之設(shè)計(jì)55 組合之設(shè)計(jì)551 壓合連接552 搭扣配合連接553 固定連接組件554 熔接制程第六章 模具設(shè)計(jì) 61 流道系統(tǒng) 611 模穴數(shù)目之決定 612 流道配置613 豎澆道尺寸之決定614 流道截面之設(shè)計(jì) 615 流道尺寸之決定 616 熱流道系統(tǒng) 62 流道平衡 621 流道設(shè)計(jì)規(guī)則63 澆口設(shè)計(jì) 631 澆口種類 632 澆口設(shè)計(jì)原則 64 設(shè)計(jì)范例 641 階段一：Cmold Filling EZ簡(jiǎn)易充填模擬分析 642 階段二：執(zhí)行Cmold Filling amp。目前在工程運(yùn)用上，比較成熟的CAE技術(shù)領(lǐng)域包括：結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、振動(dòng)分析、流體流場(chǎng)分析、熱傳分析、電磁場(chǎng)分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、塑料射出成形模流分析等等。 一般的CAE軟件之架構(gòu)可以區(qū)分為三大部分：前處理器(preprocessor)、求解器(solver)和后處理器(postprocessor)。為了便利建構(gòu)2D或3D模型，許多CAE軟件提供了CAD功能，方便建構(gòu)模型。據(jù)估計(jì)，全球應(yīng)用CAE技術(shù)的比例僅15%左右，仍有廣大的發(fā)展空間。而CAE模擬分析之主要誤差來(lái)源包括： ?理論模式—物理現(xiàn)象、材料物性。射出成形是量產(chǎn)設(shè)計(jì)復(fù)雜、尺寸精良的塑件之最普遍和最多元化的加工方法?！　∩涑鰴C(jī)自從1870年代初期問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷了多次重大的改良，主要的里程碑包括回轉(zhuǎn)式螺桿(reciprocating screw)射出機(jī)的發(fā)明、各種替代加工制程的發(fā)明，以及塑件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造的應(yīng)用?；剞D(zhuǎn)式射出機(jī)則借著螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所造成的摩擦熱可以迅速均勻地將塑料材料塑化，并且，也可以像柱塞式射出機(jī)一般向前推進(jìn)螺桿，射出熔膠。這些研發(fā)的替代制程包括：? 共射成形（coinjection molding，又稱為三明治成形）? 核心熔化成形（fusible core injection molding）? 氣輔射出成形（gasassisted injection molding）? 射出壓縮成形（injectionpression molding）? 層狀射出成形（lamellar, or microlayer, injection molding）? 活動(dòng)供料射出成形（livefeed injection molding）? 低壓射出成形（lowpressure injection molding）? 推拉射出成形（pushpull injection molding）? 反應(yīng)性射出成形（reactive molding）? 結(jié)構(gòu)發(fā)泡射出成形（structure foam injection molding）? 薄膜成形（thinwall molding）　　因?yàn)樯涑龀尚蔚膹V泛應(yīng)用及其具有前景的未來(lái)，制程的計(jì)算機(jī)仿真也從早期的均一配置、模穴充填的經(jīng)驗(yàn)估算演進(jìn)到可以進(jìn)行后充填行為、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、和不同材料或不同相態(tài)之仿真的復(fù)雜程序。應(yīng)用模流分析技術(shù)可以縮減試模時(shí)間、節(jié)省開(kāi)模成本和資源、改善產(chǎn)品品質(zhì)、縮短產(chǎn)品上市的準(zhǔn)備周期、降低不良率。?成形條件—塑料或高分子加工知識(shí)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)務(wù)。就典型的模流分析案例而言，一般大約需要5000~10000個(gè)三角形元素來(lái)建構(gòu)幾何模型，(finite difference method)分開(kāi)處理，因此比較不會(huì)影響計(jì)算效率。為了遷就CAE分析，工程師往往在進(jìn)行分析之前先利用轉(zhuǎn)檔或重建的方式建構(gòu)模型，相當(dāng)浪費(fèi)時(shí)間，甚至可能花費(fèi)分析時(shí)間的80%以上在建模和修模。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。?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。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。(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。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。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。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。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。制程控制直接影響到塑件品質(zhì)和制程的經(jīng)濟(jì)效益。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。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。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)。(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)。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。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。 (a) (b) (c) (d) (e) (f)圖28 射出機(jī)之操作程序。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。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。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。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。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。(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。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。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。模具溫度和冷卻劑溫度都應(yīng)監(jiān)控。?流道尺寸(size of runner)—長(zhǎng)的流道需要較高溫度。射出壓力和保壓壓力應(yīng)該足夠高，維持足夠久，以便在塑件的收縮階段繼續(xù)填注塑料，將收縮量最小化。(9) 剩余冷卻時(shí)間解除壓力到開(kāi)模之間的時(shí)間稱為剩余冷卻時(shí)間，目的是讓塑件足夠硬化以便頂出。在射出機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程維持最少的人力介入是開(kāi)模時(shí)間最佳化的方向。目前，可能購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練器分析正常的射出成形制程，而能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)成形品的品質(zhì)。(1) 組合　　組合塑件的二次加工包括：l 黏合(bonding)l 熔接(welding)l 嵌入(inserting)l 打樁(staking)l 嵌金屬型板(swaging)l 接合組合(assembly with fasteners)(2) 裝飾　　裝飾塑件的二次加工包括l 表面處理：加熱或加壓之表面處理?！垢叻肿泳酆衔锛庸こ蔀樗芗闹瞥讨饕崴苄运芰现刍c凝固的物理相態(tài)變化或熱固性塑料之固化的化學(xué)反應(yīng)兩種。高分子材料的分子量通常為10,000 ~ 1,000,000，分子量愈大，愈增加成形的困難度，200,000為合理的成形上限?！　【酆衔锓肿渔湹慕Y(jié)構(gòu)、規(guī)模大小、化學(xué)成分都直接影響聚合物的化學(xué)性質(zhì)與物理性質(zhì)。此外，作用于材料的高剪應(yīng)力所造成的整齊分子鏈配向性也會(huì)降低聚合物熔膠的黏滯性。 ? 色彩鮮明，著色容易。)☆ 低密度。塑料材料與金屬材料比較，金屬材料通常包括下列特性；高密度、寬廣的使用范圍、高熱傳導(dǎo)性、高導(dǎo)電性、剛性(rigidity)、高強(qiáng)度(strength)、不透明、易生銹、精密加工費(fèi)用高昂。模數(shù)的定義E = 應(yīng)力σ0╱應(yīng)變?chǔ)?，單位是Pa(= N/m2)。當(dāng)混合結(jié)果產(chǎn)生融合效應(yīng)(synergistic effect)而具有單一的玻璃轉(zhuǎn)移溫度，稱為聚合物合金，其性質(zhì)比各別的聚合物更佳。單晶／須晶、黏土、滑石、云母等低長(zhǎng)寬比（aspect ratio）之片狀填充料可以提高材料的勁度（stiffness）；然而，纖維、玻璃纖維、石墨、硼等高長(zhǎng)寬比的填充料可以同時(shí)提高拉伸強(qiáng)度和勁度。聚合物的微結(jié)構(gòu)及加熱與冷卻的效應(yīng)如圖33。˙化學(xué)反應(yīng)后，分子鏈產(chǎn)生交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。˙加工較容易。˙較佳的耐熱性及濕氣絕緣性。雖然熱塑性塑料可以回收，但在成形時(shí)仍可能有小程度的化學(xué)變化，回收塑料的性質(zhì)可能不會(huì)與原始塑料的性質(zhì)完全相同?！　≡跓崴苄运芰现?，商用塑料占了90%，例如高密度聚乙烯（HPPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等。制造合金塑料的理由大都是要適應(yīng)某種要求之物理性質(zhì)、有利于價(jià)格及性能指數(shù)、改進(jìn)加工之可能性這三種因素，例如PC/ABS和ABS/PVA。聚縮醛樹(shù)脂(POM)、耐隆(PA, 聚醯胺)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、熱塑性聚脂(例如PBT、PET)。具有明確的熔點(diǎn)。當(dāng)熔膠溫度降低，不定形塑料開(kāi)始呈現(xiàn)橡膠狀態(tài)，當(dāng)溫度繼續(xù)降低到玻璃轉(zhuǎn)移溫度以下，它將呈現(xiàn)玻璃狀態(tài)?！　∷械牟欢ㄐ嗡芰系木€性收縮率(linear shrinkages)都很接近，所以考量塑件尺寸時(shí)，同一塑件可以使用不同的不定形塑料取代，例如以ABS取代苯乙烯，以PC取代壓克力，射出成形的尺寸應(yīng)該會(huì)維持在相當(dāng)精度以內(nèi)，只是性質(zhì)會(huì)有所變化。結(jié)晶程序停止于玻璃轉(zhuǎn)移溫度。323 液晶聚合物　　液晶聚合物在液態(tài)與固態(tài)都呈現(xiàn)高度規(guī)則的分子排列，如圖33所示，其棒狀的分子鏈形成平行數(shù)組。許多熱固性塑料是工程塑料，并且因?yàn)榻宦?lián)程序而具有不定形結(jié)構(gòu)。假如沒(méi)有發(fā)生裂解，即使加了熱也不能將它再軟化或再加工。熱固性塑料通常添加礦物質(zhì)、石灰、玻纖等填充料或強(qiáng)化物質(zhì)以增強(qiáng)性質(zhì)，例如收縮量的控制、耐化學(xué)性、防震性、絕緣性、隔熱性或降低成本。表34提供了樹(shù)脂供貨商所建議的熔膠與模具之建議溫度值。填充料可以改善塑料的性質(zhì)和成形性。? 降低耐沖擊性。F)模具溫度(176。F)MFR