往复式螺杆注射机结构

Coxon Confidential 黃 治 平 Coxon Confidential 注射机的发展v注射機(Injection Molding Machine)是將塑膠的熱成型特性和金屬的熔融壓鑄成型原理結合起來的一種專用設備。注射機發明於1870 年代早期，自那以後，它經歷了重大的改革和進步。特別是往復式螺杆注射機的發明，徹底改革了熱塑性注射成型生產過程的多功能性和生產力。v三種注射機：1、柱塞式注射機2、預塑化注射機3、往復式螺杆注射機 Coxon Confidential 電腦模擬注射成型過程v 因為注射成型以及特殊成型方法前景深遠，因此成型過程的電腦模擬（CAE模流分析）也已經發展起來，而以前是完全跟據經驗來預估模穴的充填流動。現在，模流分析軟體產品類比複雜的成型過程，包括使用兩種不同材質或不同狀態的塑膠共注射的整個過程、充填後的行為、反應動力學等。 CAE與共用的設計資料提供一個整合環境，它們使協同工程更加容易。 Coxon Confidential Moldflow全制程注射成型模拟v著 名 電 腦 輔 助 工 程 分 析 (CAE)軟 體 製 造 與 諮 詢 公 司改 變 人 們 對 塑 膠 產 品 及 塑膠 模 具 的 設 計 、 優 化 及 製造 的 分 析 方 式 與 改 善 方 式 Coxon Confidential Moldflow全制程注射成型模拟vMoldflow Plastics Advisers 产 品 及 模 具 设 计 的 生 产 成 型 性 分 析vMoldflow Plastics Insight 深 入 的 产 品 及 模 具 设 计 的 最 佳 化 分 析vMoldflow Plastics Xpert 实 际 注 射 成 型 控 制 Coxon Confidential Moldflow Plastics Advisers Part Adviser（塑件顧問） 針對產品設計者 vMold Adviser（模具顧問） 針對模具設計者 Coxon Confidential Moldflow Plastics InsightMPI可以進行流動、冷卻、翹曲、纖維取向、成型參數優化、產品剛度和收縮、以及氣輔和熱固性材料流動分析等, 來最佳化產品及模具設計. Coxon Confidential Moldflow Plastics XpertMPX直接與注射機控制器相連，進行成型優化和監控 Coxon Confidential 螺杆注射机主要元件 Control System Hydraulic SystemInjection SystemMold SystemClamping System Coxon Confidential 注射系统(Injection System)v 由 漏 斗 (Hopper)、 料 筒 (Barrel) 、 往 復 式 螺 杆 (Reciprocating Screw)和 噴 嘴 (Nozzle)組 成 ， 如 圖 所 示 。 系 統 前 進 時 ， 通 過 餵 料 、壓 縮 、 排 氣 、 熔 化 、 注 射 和 保 壓 階 段 ， 使 熔 融 的 塑 膠 以 適 當 的 速 度、 壓 力 從 料 筒 中 射 入 模 穴 中 成 型 。 Coxon Confidential 漏斗、料筒v漏 斗 (Hopper) 小 球 状 固 体 塑 料 从 漏 斗 进 入 注 射 机 。v料 筒 (Barrel) 料 筒 被 外 围 电 加 热 器 带 加 热 ， 往 复 式 螺 杆 安 装 在 料 筒 内 部 。 Hopper Barrel Coxon Confidential 往復式螺杆(Reciprocating Screw )v往復式螺杆用來壓縮、熔化及傳送塑膠，由三段幾何分區組成：進料段 Feeding Zone,溝深HF最大且為固定,以容納密度低的固體塑料.壓縮(轉換)段 Compressing(or Transition) Zone:受外部加熱和剪切力而熔化,此區段為漸縮螺桿螺溝深計量段 Metering Zone ,塑料已完全熔化,其溝深HM是最小且固定的. 壓縮比= HF / HM,壓縮比越高,塑料在料管溫度越高,混煉較均勻. 螺桿長度與直徑比值(L/D)對塑化效果影響很大,L/D大塑化效果好但易過火,燒焦.欲得混煉效果佳者,採L/D大,壓縮比大之設計, 如PA,PE,PP,POM(結晶性) 欲防止過火現象,採L/D小,壓縮比小之設計, 如PC,PMMA(非結晶性),加玻纖或防火料. Coxon Confidential 噴嘴(Nozzle)v 噴嘴連接料筒到模具的注道襯套，且在料筒和模具之間形成密封。噴嘴的溫度應該依據塑膠供應商的建議值，設置到塑膠的熔融溫度或僅低一點。如下圖，(a)當料筒正在最前端位置時，噴嘴的半徑應該隱匿且埋入注道襯套定位環的凹半徑中。(b)在料筒清理時，料筒後退離開注道口，清理混合物將從噴嘴流出落下。 Coxon Confidential 模具系统(Mold System)v 模具系統由拉杆、固定側夾板和可動側夾板、以及包含模穴、澆注系統、頂針和冷卻系統的範本組成，如右圖。模具本質上是一個熔融熱塑性塑膠凝固到所需要的形狀和被模穴定義的尺寸的熱交換器。模具系統在模穴內塑造塑膠及頂出成型品。 典 型 的 三 板 模 具 Coxon Confidential 鎖模系統(Clamping System)v 雖然是在操縱可動側模板以達到開啟閉合模具的目的，但其主要作用則在於如何鎖緊塑模而不使射入的熔融塑膠從分模面溢出。由於注射壓力很高，鎖模壓力也要與它相對應。開模閉模的方法可以分別採用液壓力（油壓式,hydraulic）或機械力（肘節式,mechanical），也可兩者兼用（複合式）。一般機械肘節式用於較小機台上(夾模力小於4500噸)。 Coxon Confidential 控制系統(Control System)v 用於控制射出單元及鎖模單元，使其在正確的溫度、壓力下循著預定的步驟進行。 Coxon Confidential 射出成型機的基本規格v 鎖模力(Clamping force) 鎖緊模具的最大力，以噸數(ton)表示。產品的投影面積愈大所需鎖模力也愈大。產品的投影面積是指從注射機模座的關閉方向看模穴部分的面積。射出時，熔膠以高壓注入模穴，鎖模機構必須有足夠的鎖模力才能保持模具緊密閉合而產生漏膠或毛邊。 合模力(噸)=模穴壓力(PSI) X 模穴投影面積(in2)/2240 射壓通常遠大於模穴壓力,因由噴嘴至模穴間有壓力損失.v 容模空間(Mold space) 模具的長寬都不應超出射出機模板的尺寸。 - 全開張度(Daylight opening):可動模板開啟時與固定模板的最大距離. - 模具高度(Mold height)/容模厚度(Mold thickness):可動模板閉合時與固定模板的最大距離, 可影響塑件最大深度 - 開模衝程(Opening stroke):可動模板閉合與開啟間位移距離, 必須大到足以將成品從模穴中取出. Coxon Confidential 射出成型機的基本規格v 射出量(shot weight, shot size) 噴嘴一次注射塑膠的最大量，單位為盎司(oz)或克(g)。1盎司為28.3g。注射量等於注射體積x熔融塑膠密度。注射量應考慮產品的重量加上噴嘴及澆注系統部分的塑膠重量，否則會因成型能力不足而發生短射。產品最大重量不可超過注射機所能提供最大注射量的0.8倍。v 塑化能力(Plasticizing capacity ) 熔膠機構能將塑料轉變成熔膠狀的能力, 通常以每小時多少磅或公斤來表示。一般以PS為塑化能力的基準，若對其他塑膠時需轉換。v 射出壓力(Injection pressure ) 螺桿對熔膠所施加的最大壓力,有足夠射壓才能是熔膠流到模穴每個角落。普通塑料射壓約1000kg/cm 2, 加工工程塑料則要1400kg/cm2以上。v 射出速率(Injection rate ) 單位時間內所射出的原料最大容量,以cm3/sec表示, 射出速率=螺桿截面積x螺桿速度or注射體積/注射時間。射速過慢會過早冷凝, 射速過快會燒黑並產生流紋。 Coxon Confidential 注射機規格表 Coxon Confidential 射出成型機的週邊設備-除濕干燥除濕乾燥機Dehumidifying Dryer 料斗乾燥機 Hopper dryer 對含水率低的塑料可採用,但對工程塑膠則效果不佳 為高性能工程塑膠的成型必備設備,引響產品外觀,耐衝擊強度等機械性質 Coxon Confidential 射出成型機的週邊設備-模溫機,機械手機械手(Robot )模溫機 Mold temperature controller 有水溫式與油溫式 輸送帶(Conveyer )