塑料模具射出成型基础知识

射出成型简介

1 射出成形之基本知识。

1．1 射出成形的特征以及组成。

        射出成形是将溶融的成形材料以高压的方式填充到封闭的模具内，射出成形的模腔内承受的压力约400KGF/CM2，大约为400个大气压，以这样高的压力来制作产品是它的特征，这是它的优点也是它的缺点。也就是说模具 必须制作得相当坚固，因而模具价格也相当昂贵，因此必须大量生产以便与高价的模具费用互相扣抵，例如每批之生产量必须10000PCS以上才合理，换句话说；射出成形的工作必须以大量生产才行。   
  

成型过程所说几个步骤：

1．1． 1关门

         安全门上才开始成型。

1．1．2 锁模

        将移动侧的移动板前进，使得模具关闭，模具关闭以后确实地把模具锁紧。

1．1．3 射出（包括保压）

        螺杆快速地往前推进，把熔融之成形材料注入模腔内填充成形，填充之后压力要必须继续保持，这个动作特别取名为“保压”。在刚充填时模具承受的压力，一般叫做射出压或者叫做“一次压”。

1．1．4 冷却（以及下个动作的可塑化工程）

        模腔内之成形材料等待冷却凝固之过程叫“冷却”。在这时候射出装置也准备下次工作，这个过程叫做“可塑化过程”。放在料斗里的成形材料，流入加热的料管内加热，是依据螺杆旋转把原料变成熔融状态，螺杆像拨取螺丝的原理一样，一面转一面后退，螺杆前端会储存熔融之成形材料，螺杆旋转时，抵抗螺杆向后退的压力称之为螺杆的“背压”。

1．1．5 打开模具

        将移动侧的移动板向后退，模具跟着打开。

1．1．6 打开安全门

        安全门打开，这时成形机处于待机中之状能。

1．1．7 取件

        将成品取出，然后检视确认模具内未残留任何物件再关门.以上整个成形作业叫做一个CYCLE成型。

成品是由模具的形状成形出来。模具是由母模及公模组合成，公母模模仁之间留有空隙,材料在此流入压缩形成产品。成型材料要流入公母模之前的通路有主流道（SPRUE）流道（RUNNER）闸门（GATE）等。

1．2 射出成形机

       射出成形机以较大项目来区分，可分为两项，锁模装置和射出装置。

1．2．2 锁模装置
        将模具关闭不被打开,成形材料在模腔内冷却凝固后，模具才打开然后取出成品等等动作的设备装置之锁模装置。

1．2．3 将成形材料射出，填充到模腔内的设备装置称之射出装置。此两个装置组合而成为射出成形机。

       下面继续说明射出成形机的能力，射出成形机之能力基本上是下述3项规定来区分。

A 锁模力

         射出时，模具不被打开之最大锁模力，以TON数来表示。

B 射出量

         一次射出之重量，一般都是以多少克来表示。

C 可塑化能力

         一定的时间内能够熔解多少量的树脂，一般都是以多少克来表示。

最重要的是锁模力，成形品的投影面积，是指以模具开闭方向垂直此方向的投射影子面积（实际也可说模具之面积）。模具内平均压力加到投影面积就叫做锁模力，锁模力如果是模具的“投影面积×平均压力”大于“锁模力”时模具之公母模就会被推开。

锁模力=投影面积×模具内平均压力

            一般而言，模具内所能承受的压力为400KGF/ Cm2， 因此多以此数字来计算锁模力，但是，锁模力常会因成形材料及成形品的形状不同而不同，差异比较大之参数如PE、PP、PS、ABS原料，这些原料用来做深度较浅的箱子，其参数为300KGF/CM2，若作深度较深的箱子其参数400 KGF/CM2，若作小型精密高的成品，投影面积大概在10CM2以下时，其参数600KGF/CM2，PVC、PC、POM、AS、等原料，这些原料用来做深度较浅的箱子，其参数为400KGF/CM2，若作深度较深的箱子其参数500KGF/CM2，若做小型精密高的成品，投影面积大概在10CM2以下时，其参数800KGF/CM2。（如表）

         现在的射出成型机，一般说来射出能力都相当大，锁模力如果足够的话，实际上在使用时都没有什么问题，但是每次在定成形品之射出量时一定要确认是否包含了主浇道（SPRUE）流道（RUNNER）全部总合的重量。

        可塑化的能力一般来说应该没有什么问题，但是在成形品重量相当重且成形的速度又很快时，如果每一循环的成形时间设定得太短时，可塑化的能力就会有不足现象发生，这点应特别注意。

其他重要的项目有大柱之间隔以及行程，如图

        所谓大柱，就是射出成形机支撑移支板及固定板的棒子，模具只能在TIE—BAR之内侧才能安装进出。

        所谓开模行程，就是指成形机的移动板向后退到底时，移动板与固定板之间的距离.锁模装置一般地说，可分为直压式以及曲轴式两种.

1. 3附带之设备

1．3．1模具温度控制器

        模具温度控制器,是用来冷却模具而使成形品凝固定形.模具的温度原则上是公模，母模分开来控制才较理想，模具温度控制器的水如果想降低到很低温度时，例如要5℃，此时模具温度控制器就要以冷冻机来代替。

        另外，一般的水到了95℃以上时便无法正常使用，此时模具温度控制器就必须使用特殊的耐热油，有时模具温度控制器也和电热棒一起使用。

1．3．2原料干燥机以及材料供给装置

        通常射出成形机都装置有烘干用的料斗，其上装有鼓风的风车，烘干用的料斗是为了使成形原料干燥去水份。一般的PS、PP等成形用之材料，以烘干用的料斗来烘干已经十分足够的，但是，要求特别干燥的工程塑胶，高功能的塑胶要成形时，就必须以除湿式热风干燥机来干燥材料不可。

1．3．3粉碎机（浇道用）

        浇道，流道的粉碎机，主要是用来粉碎模具之浇道与流道，使粉碎后之粉碎料能再度使用之机器。粉碎后的浇道流道再回料斗中使用，要注意再生料不可放入太多，一般多在20%以内才可。

1．3．4热胶道控制器

        能有效的调节流道温度来控制成品，节省原料，品质稳定，成型周期短效率高但价格昂贵，易损坏。

2． 塑胶的基本知识

2． 1塑胶的种类以及用途

        塑胶是从石油中提炼出来，经过人工复合而成，具有高分子量的有机物并具有可塑性。塑胶的优点有：一次即可成形成品、具有高速率生产性、任何形状都可制作、外观美丽、产品的质量轻。因有上述的特点所以塑胶产品品质良好，可大量制造以及价格便宜。塑胶也有其缺点：耐热性差、刚性很低易脆化、不耐油、易燃烧，特别是抗热性，与金属相比较时，塑胶的抗热性非常差。

塑胶若以较大项来分类时，可分为两大类：

        一是热可塑性塑胶——加热时变较，冷却后变坚固，可反复回收使用。

        一是热固化塑胶——加热时变较，冷却后变坚固再加热也无变化，不可回收使用。

        热可塑性塑胶：其分子构造如表，所见的长形线状，当加热时会移动变软，冷却后则形成不会移动的坚固物体。热固化塑胶：开始时短的线状会移动的，但加热时，会互相边连结成网目状，变成不可移动的坚固物体，冷却后也无法恢复成原料的状态。

        结晶性塑胶是分子排列规则较高。非结晶性塑胶是分子排列成无定形的构造所有叫非结晶性塑胶。结晶性塑胶及非结晶性塑胶成形时，其收缩率相当大，结晶性塑胶中PE的收缩率为2.5%、PP为1.6%、POM为1.7%，如果其数值如下表，从此资料可以知道非结晶性塑胶比结晶性塑胶其射出成形之产品可以达到较高之精密度。

        选择塑胶材料，除了要注意成品之外观尺寸的精密度、强度以及耐热性、耐药品性、耐天候性等之因素外，成形的难易度、价格的总成本等等因素皆须去确认与估算。

        首先讨论使用之温度范围大概在多少度这个问题，一般成形品使用在—20℃到+65℃，若超出这个范围之外使用时，必须选用特殊之材料。

        再来讨论油及药品附着之问题，一般塑胶制品是以不会附着到油及药品之条件来使用，如果有须使用在会附着油及药品时，PS、AS、ABS、PC等类原料不可使用这时须使用PP、POM、PA等原料。

        再来讨论屋外使用之状况，一般塑胶制品是以室内使用为主，如果必须用在屋外时，则须使用耐候性级数高原料。

上表说明

        PP  价格便宜，肉薄时也能成形耐热性普通，耐油性很好，精度差耐候性差，耐候性差。

        POM刚性强磨擦系数小耐热性耐油性很好，耐候性差价格贵，精度度无法达到很精密为其特征。

        PS  价格便宜，精密度高，成形容易，也能达到透明度之要求，但是反面来说耐热性，耐油性耐候性都不好。

        ABS可以达到高精密度，韧性好物性佳是它的特征，但耐热性普通。

        PC  非常地强韧，透明性耐热性也都很好。

各种塑胶材料的用途

        PP     用在塑胶桶、洗衣机水糟、自动车之挡板等地方，是因为其耐药性及柔软性好。

        POM   用在VTR之齿车、含油轴座，是因为其耐韧性及搞磨擦性高。

        PS     用来作电视机之前壳、汽车之内装板，是因为其外观性良好以及具有韧性之优点。

        PC    用来作照相机手机本体是因为精密度高及韧性强，用来作CD壳子，是利用其透明性好之优点。

射出成形技术入门

1 成形条件

        以PS原料及成形的范例，射出成形的原则为“熔解”“注射”“冷却”等三个阶段。

1． 1“熔解”的工程

1．1． 1料管温度

        料管的温度，每一区须设定在多少温度是一般的常识（区分为料管灌嘴，前部、中部、后部）。成形条件中比较重要的是，螺杆前端停滞原料的温度，成形操作中直接测定是比较困难且无法执行，所以以料管前端的温度当作材料之温度，料管之温度由前端开始设定，如果前端分成2部份时把它当作同样的温度。

        材料之温度，首先参考制造商提供的资料以及模具实际情况来决定，这样先决定料管前端之温度，然后再来设定后部之温度。后部的温度如果太高的话，成形材料立即软化在螺杆上后面的原料就无法被加进去，所以后部须比前部降低20℃之温度。

        灌嘴的温度设定，原则上灌嘴的温度应与料管前端的温度一样不可下降，但是如果不下降一点的话，材料会从灌嘴处流漏出来，所以灌嘴的温度比料管前端温度降低10℃。

1．1．2螺杆的回转速

        成形材料是以螺杆回转来使其熔解，回转的速度太快时因磨擦过多产生过热现象，回转速度太慢时拉长—循环成形的时间因而使成本提高，基本上以不产生过热现象转速快一点来设定。也不要设定太快。

1．1． 3螺杆的背压

        为了防止螺杆快速的后退，必须给螺杆有个压力，螺杆的背压太低时，因成形材料熔融时，产生的气体会使螺杆后退，那么熔融的成形材料料量就不稳定，如果螺杆的背压太高时，螺杆后退的速度慢，因而使一个循环的时间也增长，背压会使材料的混合达到良好之状态，承受背压的螺杆转速如果快一点，会使材料之混合更好，但是回转速不能太快，背压也不能太高，否则螺杆回转太快了，会因磨擦过剧而产生过热现象。

        螺杆背压的多少是以压力表的度数来表示如表上指着10KGF/CM2 的话，则实际上背压即为10KGF/CM2。

1． 2射出的工程

1．2．1 射出量

        是以螺杆后退到所定位置来决定射出量，即指成形材料充填到模具内材料的重量，实际上当螺杆后退到一定的位置后仍然会继续向后退一点，就像螺杆向前进到某一位置后也无法完全切断不让材料继续射出一样，这种虽然到达所定位置应切断停止，却无法切断停止而继续动作的位置，我们叫做“CUSHION”（垫料）。

        成形品的体积，是垫料量加上螺杆后退到所定位置来决定。通常垫料量大概为5—10MM程度，例如实际料量需60MM时，应设定为65—70MM，因为垫料量为5—10MM。

1．2．2 射出速度

        射出速度是由螺杆前进的速度来决定，螺杆前进速度是指根据机台上已设定的程序，使螺杆由一个位置换到另一个位置，开始时射出速度等于螺杆前进速度，也就是以射出速度来称呼，成形的原则是，材料尚未冷却下来前趁早把材料射出去，所以射出速度应愈早愈快愈好，但是因为模具的不同也有无法趁早快速射出的情况，例如射出速度太快时，由闸门射出材料会造成喷痕的不良现象。

1．2．3 射出压（一次压）

        射出压就是把成形材料在瞬间内充填到模具腔内的压力，在许多成形条件中模具的压力变化是属于重要的一个，所以以后要详细说明。在这里我们说的射出压即为螺杆向前推的油压压力。对射出成形机来说，射出压与射出速度是有互相关连的，也就是说射出压力不高时，射出速度也无法达到快速的情况。新作的模具第一次试模时，应以中压中速为益，这是为了避免不小心因射出压太高而使模具损坏。

        成形机的设定压力与表压互相关连的换算表，所显示的数字与模具实际的压力并不一样，换算表上所显示数值的1/2等于模具内的压力数值，模具内压力一般为400KGF/M2，压力太高除了会产生毛边之外也会使模具受到损害，所以切记压力不可调得太高，但是压力太低了材料无法在模具各角落都充填得到。

1．2．4 模具温度

        模具温度因模具水路位置不同会有所不同，模具温度的设定的程序，开始把模具温度控制器的水温设定，然后母模与公模分别使用模具温度控制器，水温之温度设定开始时与模具温度一样，母模及公模开始时一样温度。模具温度高的时候，成形品冷却慢但成形材料流动性较好但会使循环时间长，所以模具温度不要太高。

1．3 保压的工程

1．3．1 保压切换（二次压切换）

        为使成形材料於模具内完全地充填，成形机必须於瞬间内给予射出压力，然后保压维持一段时间这样的过程叫做射出成形技术过程。如果射出压不变地保持一段时间，这样会在GATE附近承受有害的压力以至会有变形及破裂情形发生，也就是射出压力太高,但是射出压力不高，材料又无法在模具各处充填完全，像这种状况就必须想个办法（TECHNIC）来解决。

        我们以保压切换位置来说明，何时射出压（一次压）转换成保压（二次压），保压切换是设定螺杆前进位置的基本，当螺杆后退到所设定之位置，其与保压切换位置间距即为螺杆前进量，也就是射出量，射出量如果不够的话，射出压是不会上升，当一次压与二次压在转换时，想要求螺杆前进在某预定的位置立即停止将办不到，因为螺杆会继续前进一点，保压切换位置就是一次压完结之后切换掉使螺杆停止，但是螺杆仍然继续走的位置。二次压完了之后，螺杆位置在垫料的位置上，保压切换位置比垫料大一点，通常比5mm大一点。

1．3．2 保压（二次压）

        在这里保压首先以射出压之1/2来调整，然后观察产品，再调高直到射出压之80%程度为止。有的成形机，可以用程序来调整，保压随着时间的延长而渐减，开始时一样的一次压压力，太高时闸门周围因不合理的压力影响会变形以及破裂现象发生，但是压力太低成形品的尺寸每次变化相当大，或者欠肉或者会胶线等成形不的的情形发生。

1．3．3 保压时间

        保压的原则是，维持成形材料在模具冷却到无法再流动为止，但因闸门有封堵的作用，所以如果闸门冷却凝固后，保压的效果就无作用，维持保压的时间如果太短，压力就放掉，这样保压的效果就会消失，成品会有欠肉缩水等不良情况发生。

1．4 凝固的工程

1．4．1 冷却时间

        冷却时间是指保压时间完了之后到模具打开为止所设定的时间，成形材料在模具内冷却，然后由模具取出必须不变形而且坚固才行，冷却时间如果设定太长会使成形的循环时间变长。模具的温度低会使冷却时间缩短，如果冷却时间太短了会使模具内取出的成形品变形。

         但是实际成形时，在冷却的这段时间内，也正在为下次成形做可塑化工程，也就是螺杆一面回转一面往后退到所设定的位置，这段时间的长短，应可包含在冷却时间内，如果可塑化的时间比冷却时间长的话，成形的冷却时间就会浪费，这时为了要避免此浪费，可以把螺杆之回转以及螺杆的背压调整，也就是回转数提高或者降低背压这样可以缩短可塑化的时间。冷却时间是成形循环时间中最长的时间，如果能把冷却时间缩短可以降低成本费用。

1．4．2 成形循环（CYCLE TIME）

        成形循环是一个成品生产出来到另外一个成品生产出来的时间，在成形机上可以用“定时”来设定为多少时间，在成形如果安全门打开的时间过长，比所定的循环时间还长时，警报器会叫起来，如果安全门打开的时间很短，但是成形循环所定之时间还未到达，下次成形动作也无法开始，为了使产品的尺寸不会有变化起见，每次成形循环（CYCLE）之时间要一定。

        如果依照一般原则（在材料未冷却下来时及早把材料射出去），充填时间应该较短较好，充填的时间是可以用射出速度及射出压来调整，为了使模具各个位置都能充分填满材料，射出压高一点比较好而且也有必要，但是射出压应立即换成保压，为的是使闸门附近不会承受到不必要压力。射出压是以成形机的射出压及保压切换位置以及射出速度来调整，保压是以成形机的保压以及保压时间来调整，一般地，保压大概是射出压的1/2程度，成形机所说的保压，实际也是模具内压力会渐渐的下降，这是因为成形材料会渐渐地冷却下来变坚固而引起的结果。

        当模具内压力如果降到0时，继续做保压的工作是完全没有效果的，当然成形条件，是由成形机各部的开关操作来控制，像这样模具内压力的变化，以模式来操作成形机器，所得到成形条件的效果就会很好，如果操作都能照此模式来设定成形条件，成品的尺寸变化就不会发生。

        模具内压力变化的模式，不包含可塑化工程，也就是料管的温度、螺杆的转速、螺杆背压的变化。料管的温度，如果长时间的测定时，会有像波浪一样有高有低的情形发生。当螺杆前进至保压切换位置时，仍高速继续前进，将导致保压切换位置延误，如果有这种状况时，则在保压切换位置前，设定程序把速度减小，以便保压切换的变动减少。特别当射出压到达时立即转换成保压状态。会出现模具之压力变化图的标准模式，则成形品的品质良好，尺寸变化也非常地小。

1．5成形条件的平衡

       因成形条件操作有时会有满足这个条件，但无法满足那个条件，所以实际成形时，成形条件的平衡相当重要。就以PS在成形时，会有毛边，欠肉，会胶，不好脱模的例子来说明，射出压（一次压）太低时，虽然易於脱模不易产生毛边，但是产生欠肉及会胶的状况，反过来说，射出压（一次压）太高时，虽然欠肉，会胶不易发生，但毛边易发生，脱模困难。像这样达到这个要求，相对地就无法达到别个要求，如果仅以射出压的调高或调低来解决，会有困难的。实际的成形条件是料管之温度调低、模具温度调高、射出速度要快、射出压（一次压）要低、保压（二次压）要高、保压时间要长，以上述原则实际来试试看，试后再以样品来参考，调整不好再调，调到整个条件都平衡才来定成形条件。

2．不良现象的观察以及原因

如何有把握地观察到不良现象？

        首先观察其外观是否与标准一致？不良品首先多由外观显现出来，如果外观没有问题，再检查尺寸，外观与尺寸都没有问题时，再以强度来确认看看。在成形现场作外观检查时，须以标准样本以及限度样本比照方式来判断。(以尺寸不良的例子来说明一般不良的原因，有下列3个因素（其他不良项目也可以此方式来考量）。

2．1．1成形材料的不稳定

        昨天没有发生不良，但今天却发生不良，这种状况以成形材料的不稳定引起之成份较大，所以每批的成形材料有变化时，一定要先调整成形品的成形条件。

2．1．2 模具的精确度大低（模具的误差）

        主要是，因工作的精确度不好引起。有些模具第一次开始生产时就有毛边，所以新的模具一定要在量产前，就要把所有尺寸检查完成不可。其次是，成形收缩率的设定不对。

        新的模具、新的成型机、或者新的材料在生产时，一定要连续生产到一定的数目，然后量尺寸，例如，生产100个，把成品尺寸标出来，当其中心值与设计数值不一样时，可能是成形收缩率设定不对，成形收缩率，会因成形材料、成形机、模具、成形品的形状、成形条件而有不一样。

        使用时精确度不好模具静止时，检查结果精确度很高，但是成形时，因压力及温度的变化，影响模具的结构因而降低其精确度。这是因为成形机之动作而引起成形之不良，所以在模具设计的阶段就要将模具的目标，设定在高精密及高刚性上，此点很重要。

        磨损及破损之情形发生时。如有毛边产生时，应立即送去修理，另外在闸门地方因磨耗而使得材料之流动状况有变动，也会使尺寸产生变化，所以模具须每日检查及定期检查。

2．1．3 成形条件的变化（成形的变化）

        成形条件，因成形机的不同而会有异，成形条件是指温度、压力、时间、速度、位置等，虽然成形机表上刻度定在同样之位置，实际的成形条件也会不一样，不会一样的原因也有外在因素。

        成形现场的室温如果能控制一定，与对成形不良的解决非常有效果，针对尺寸的准确，要特别注意成形压力、模具温度及室温，室温应保持一定，而且每一成型循环时间要严格遵守，如能确实做到则不良情形会降低。

2．2 不良再发生的防止

        成型不良原则上非做到“0”的情况是不可能，切记一点“不良无法避免的想法”，是不可以有的，为发防止不良之再发生，一个一个不良的地方应确实的改正，有时良品与不良品都无法确定的情形下就生产，然后再来检查好的与不好的，不良原因不把它完全排除掉，所生产的货品如有不良品混入，这样一定会产生问题。

        今日一般塑胶的制品以品质方面的例子来说明，成品的尺寸精密度的问题，如果能做到交进去的成品100%全数是良品时，进料检查不须做，直接就到现场去组装加工。

        这种交货方式，如果发生品质异常时，问题就相当大，所以成形业制造产品时，品质必须彻底管控好，同时也要附上出货检查表，这样才能实际地把品质问题完全解决，客户安心而且也不必费人工时间去做进料检查工作，这样客户会对此种成型制造厂优先地给予定单，因此成型工厂对於检验设备的充实是不可欠缺疏忽的。

        检验并不是挑选良品，而是以重要之尺寸来确认是否是良品，成型条件有变动时那一批也须全数检查。

附

常用计算公式

1.模具重量:   长x 宽x 钢比重/1000=KG

2.射出重量:  3.14 x螺杆直径平方/4 x原料密度(0.8)x设定值/1000

3.射出压力:  射出油压缸截面积平方/螺杆截面积平方x设定压力值

4.缩水率:   (模仁尺寸-成品尺寸) /模仁尺寸    (成品尺寸x0.994=缩水率