模流分析入门电子版教程(4)

图2-1 应用于热塑性塑料的单螺杆射出成形机

2-1-1 射出系统

射出系统包括了料斗(hooper)、回转螺杆与料筒(barrel)组合，和喷嘴(nozzle)，如图2-2。射出系统的功能是存放及输送塑料，使塑料经历进料、压缩、排气、熔化、射出及保压阶段。

图2-2 热塑性塑料的单螺杆射出成形机之塑化螺杆、料筒、

电热片、固定模板及移动模板。

(1) 料斗

热塑性塑料通常以小颗粒供应成形厂。射出机的料斗可以存放塑料胶颗粒，藉由重力作用使塑料颗粒经过料斗颈部，进入料筒与螺杆组合内。 (2) 料筒

射出机的料筒可以容纳回转式螺杆，并且使用电热片(electric heater bands))加热塑料。

(3) 回转式螺杆

回转式螺杆可以压缩塑料、熔化塑料及输送塑料，螺杆上包括了进料区(feeding zone)、压缩区（compression zone, 或转移区transition zone）、和计量区(metering zone)三个区段，如图2-3所示。

图2-3 回转式螺杆之进料区、压缩区、和计量区。

螺杆的外径为固定值，螺杆的沟槽深度(the depth of flight)从进料区到计量区起点逐渐递减，沟槽深度的变化使塑料相对于料筒内径产生压缩，造成剪切热，提供熔化塑料的主要热量。料筒外的加热片则帮助塑料维持于熔融状态，一般的射出机有三组或更多组加热片，以便设定为不同的温度区段。

(4) 喷嘴

喷嘴连接料筒和竖浇道衬套(sprue bushing)。当料筒移到最前端的成形位置，其喷嘴外径必须包覆在竖浇道定位环内，构成密封。喷嘴的温度应该设定在材料供货商建议之塑料熔化温度，或是略低于温度。如此，清理料筒时，只要将料筒后退远离竖浇道，清除的塑料可以从喷嘴自由落下，参阅图2-4。

图2-4 (a)在成形位置的喷嘴与料筒；(b)在清料位置的喷嘴与料筒。

2-1-2 模具系统

模具系统包括了导杆(tie bars)、固定模板(stationary platen)、移动模板(movable platen)、和容纳模穴、竖浇道、流道系统、顶出销和冷却管路的模板(molding plates)，如图2-5所示。基本上，模具是一座热交换器，使热塑性塑料的熔胶在模穴内凝固成需要的形状及尺寸。

图2-5 典型的三板模之模具系统

模具系统将熔融塑料在模穴内定形，并于冷却后将塑件顶出。射出成形的模具系统是安装模板与成形模板的组合，通常以工具钢加工制成。固定安装板连接到成形机料筒一侧，并经由导杆与移动模板相接。母模板通常锁在固定模板上，并且连接到喷嘴；公模板锁在移动安装板上，沿着导杆之导引而移动。有些应用会相反地将母模板锁在移动模板上，将公模板和液压顶出机构安装固定模板上。

(1) 两板模

大多数模具是由两片模板组成，如图2-6，此类模具常使用在塑件浇口正好设在塑件边缘或者接近塑件边缘的设计，其流道(runner)也设计在母模板上。

(2) 三板模

三板模通常应用于浇口远离塑件边缘的设计，其流道是设计在分隔公模与母模的脱料板(stripper plate))上，如图2-6所示。

图2-6 (左)两板模与 (右)三板模

(3) 冷却管路（回路）

冷却管路(cooling channels)是模具本体的通道，冷媒（一般是水、蒸汽或油）经由冷却管路循环以调节模壁温度。冷却管路也可以搭配其它的温度控制装置一起使用，例如障板管(bafflers)、扰流板(bubblers)或热管(thermal pins or heat pipes)等。

2-1-3 油压系统

射出机的油压系统提供开启与关闭模具的动力，蓄积并维持锁模力吨数，旋转与推进螺杆，致动顶出销，以及移动公模侧。油压系统的组件包括帮浦、阀、油压马达、油压管件、油压接头及油压槽等。

2-1-4 控制系统

控制系统提供成形机一致性的重复操作，并且监控温度、压力、射出速度、螺杆速度与位置、及油压位置等制程参数。制程控制直接影响到塑件品质和制程的经济效益。控制系统包括简单的开／关继电器控制到复杂的微处理器闭回路控制器。

2-1-5 锁模系统

锁模系统用来开启／关闭模具，支撑与移动模具组件，产生足够的力量以防止模具被射出压力推开。锁模机构可以是肘节机构锁定、油压机构锁定、或是上述的两个基本型态的组合。

2-2 射出成形系统

典型的射出成形系统(molded system)包括熔胶输送系统和成形塑件，如图2-7所示。熔胶输送系统提供让熔胶从射出机喷嘴流到模穴的通道，它通常包括：竖浇道(sprue)、冷料井(cold slug well)、主流道、分枝流道、和浇口(gates)。

图2-7 射出成形系统包括熔胶输送系统及成形塑件。

输送系统的设计对于充填模式与塑件品质都有很重要的影响。因此应该设计流道系统，以维持所需充填模式，将熔胶输送到模穴。在完成射出成形之后，冷流道输送系统将会被切除成为回收废料，所以应该设计输送系统，以产生最少的废料。

热流道（Hot runner或无流道runnerless）成形制程维持流道于高温，使其内之熔胶维持在熔融状态。因为热流道并不与塑件一起脱模，不致于造成废料，并且节省塑件二次切除加工的制程。

2-3 射出机操作顺序

塑料射出成形加工是一种适合高速量产精密组件的加工法，它将粒状塑料于料筒内融化、混合、移动(3 M’s: Melt, Mix, and Move)，再于模穴内流动、充填、凝固(3F’s: Flow, Form, and Freeze)。其动作可以区分为塑料之塑化、充填、保压、冷却、顶出等阶段的循环制程，包括的基本操作动作如下列：

(1) 关闭模具，以便螺杆开始向前推进，如图2-8(a)。

(2) 与柱塞式射出机相同地，推进回转式螺杆以充填模穴，如图2-8(b)。 (3) 螺杆继续推进，以进行模穴保压，如图2-8(c)。

(4) 当模穴冷却，浇口凝固，螺杆开始后退，并塑化材料准备下一次射出，如图2-8(d)。 (5) 开启模具，顶出塑件，如图2-8(e)。 (6) 开闭模具，以开始下一个循环，如图2-8(f)。

塑料在料筒被螺杆挤压产生大量摩擦热而形成熔融状态，熔胶堆积于料筒前端，