系列:塑料產品設計 CAE 分析基礎

第 4 部分 什麼是注塑成型?

從第4期到第9期,我們將依次介紹注射成型模擬從所使用的材料數據到成型缺陷對策等具體應用內容。
在本文中,我們將重點討論注塑成型。

注塑機

內容

1.什麼是注塑成型?
2、注塑模具的結構
3.特殊注塑方法
4.其他主要成型方法
5.總結

什麼是注塑成型

注塑是將「熱塑性塑膠」模製成所需形狀的方法。塑膠材料透過加熱熔化,在壓力下注射到模具中,並冷卻以固化樹脂。
可以模製複雜的形狀,從而能夠生產各種產品。此外,每個零件的成型時間短以及整個過程易於自動化,使其適合大規模生產。

臥式註塑機運動圖1 臥式射出成型機實例

注塑機由注射單元和合模單元組成。首先,在註射裝置中,粒狀塑料原料(顆粒)從料斗中被送入並在氣缸中加熱熔化。熔化的樹脂在高壓下用螺桿擠出,並通過噴嘴注入模具中。在合模裝置中,合模並註入樹脂後,冷卻硬化。然後打開模具,取出成型品。注塑成型循環由合模→注射→保壓→冷卻→開模→頂出。保壓是樹脂受熱膨脹、冷卻收縮的過程,因此通過施加壓力和進一步進料樹脂來補償收縮。

注塑模具結構

注塑模具的形狀像鯛魚燒模具。開模時打開的一側稱為活動側(型芯)不動的一側稱為固定側(型腔)

 

圖2 開合模時的動作

 

澆口是從模具中取出的成型品,從注塑機的射嘴射出的部分。它呈圓錐形,因此可以很容易地從模具中取出。熔融樹脂從澆口流出,通過稱為流道的流道流入製品。流道和產品之間的邊界稱為澆口,根據產品選擇各種形狀。塑料模型在流道上附有零件出售,但在普通產品中,澆道和流道零件是不必要的,必須將其拆除。此外,固定側和操作側之間的接縫稱為分型線 (PL)

模製產品澆道、流道和澆口圖3 成型品的澆道、流道和澆口

 

■ 二板模具

由固定側和活動側組成的模具。由於零件數量少且簡單,模具的成本可以保持在較低水平,但由於模塑產品在排出時仍帶有澆口和流道,因此需要進行稱為澆口切割(流道處理)的後處理以去除這些.是。

二板模具圖片圖 4 二板模具圖像

 

■ 三板模具

本模具由固定側、活動側、流道脫料板三部分組成。由於澆口和流道在開模時從產品上取下,適合自動化。

三板模具圖片圖 5 三板模具圖像

 

■ 熱流道模具

這是一種用加熱器加熱澆道和流道部分並只允許產品部分被頂出的模具。這樣不僅無需在成型後加工流道和澆道,還減少了塑料原料的浪費,適合自動化和大批量生產。模具成本高,因為模具結構複雜,包括加熱流道的內置加熱器。

熱流道模具圖片圖 6 熱流道模具圖像

 

■ 門型

澆口形狀有多種類型,必鬚根據產品形狀、用途和成型方法選擇最合適的。下面是一些有代表性的例子。

・直接門

直接門圖 7 直接門示例

這是一種不經過流道直接從澆口流入成型品的方法。適用於大型成型品,但會殘留較大的澆口痕跡,需要進行後處理。它通常用於成型水桶等物品。

 

・側門

側門圖 8 側門示例

這是一種將門連接到產品側面的方法。由於可以獲得多個成型品且加工容易,所以經常使用。由於需要進行後處理,並且會留下澆口痕跡,因此需要考慮將澆口安裝在不顯眼的地方。

 

・電影門

電影門圖 9 膠片門示例

這種方法沿著模製產品附加一個薄膜狀的細長澆口。由於澆口寬度較寬,樹脂流動均勻,適用於容易變形扭曲的薄板狀成型品。它還用於防止由於含有增強纖維等填料的樹脂的取向而導致的成型缺陷。由於澆口又薄又寬,澆口痕跡很難去除,需要進行後處理。

 

・針澆口

針門圖 10 針門示例

三板模具中使用的澆口。適用於自動化,因為當模具打開並且零件與流道分離時,澆口會斷開。您可以設置多個門或採取多個部分。在這種情況下,需要考慮平衡並確定位置,以便樹脂可以同時注入每個成型品中。由於需要將澆口做得更小,因此對於流動性低的樹脂或填料可能會比較困難。

 

・海底門

潛艇門圖 11 海底門示例

這類似於側澆口,但這是一種澆注樹脂的方法,就像它在產品下面爬行一樣。又稱隧道門。由於模具打開時澆口會破裂,因此無需進行後處理。與針式澆口一樣,對於流動性低的樹脂或填充樹脂來說可能很困難。

 

特殊注塑方式

目前,已經開發出各種特殊的成型方法來解決注塑成型中的問題和提高質量。下面是一些有代表性的例子。

■ 注氣

氣體注射(氣體輔助成型)是一種保壓過程,在正常的注射成型過程中,在填充樹脂後,一直施加壓力直到產品冷卻固化。可以抑制縮痕(樹脂冷卻收縮時在表面出現的凹痕)和成型品的翹曲,提高尺寸精度。

 

■ 超臨界發泡

當氮氣或二氧化碳置於高溫高壓條件下時,就變成氣液並存的狀態。處於這種狀態的物質稱為超臨界流體。這是一種成型方法,其中將超臨界流體作為發泡劑注入樹脂中並熔化,然後施加壓力和溫度的急劇變化以產生微細泡沫。結果,成型品的內部成為微孔結構。可以期待成型品的輕量化效果。此外,由於流動性得到改善,可以使壁變薄並減少樹脂的使用量。此外,通過在樹脂內部產生均勻的氣泡,均勻地施加壓力,可以防止翹曲和縮痕並提高尺寸精度。降低了成型機的合模力,無需保壓,可縮短成型週期。

 

■ 加熱和冷卻

將熔融樹脂填充到模具中時,如果模具溫度低,則樹脂會從接觸的部分迅速冷卻並固化,從而導致外觀缺陷,例如熔接線(模具中樹脂接合處出現的溝槽) .發生。因此,用加熱器等加熱模具內部,以確保樹脂轉印模具形狀的最佳溫度。此外,通過快速冷卻模具並使樹脂硬化,這是一種可以改善模製品外觀質量的方法,例如消除熔接線和流痕。

 

其他主要成型方法

除注射成型外,熱塑性塑膠還有許多其他類型的成型方法。以下簡單介紹一些主要的成型方法。

■ 擠出成型

此成型方法適用於製造軟管、吸管等管狀製品,以及導軌、窗扇等截面形狀均勻的長製品。成型是透過將加熱熔融的樹脂從具有截面孔的模具(口模)擠出來進行的。擠出的樹脂經由水或空氣冷卻而硬化。根據模具的形狀,可以連續成形各種截面形狀的管材。

■ 吹塑成型

此成型方法適用於PET瓶等中空形狀的成型。將熔化的樹脂擠出成圓柱形,放入模具中,從口中註入高壓空氣,使其像氣球一樣膨脹。利用空氣的力量從內部將樹脂壓向模具並使其粘附而成型。不適合成型複雜形狀。

■ 真空成型

這是一種成型雞蛋盒、雜貨和食品包裝的方法。將樹脂片材加熱軟化後,放入模具中,抽出空氣形成真空,然後將其黏附在模具上進行成型。模具可以使用金屬以外的易於加工的材料,例如石膏和木材,並且可以以相對較低的成本成型。雖然可以成型汽車儀表板、保險桿、浴缸等大型物體,但不適合成型精密複雜的形狀。

 

概括

在塑料製品的批量生產設計中,需要了解模具結構和注塑成型的基礎知識。這是因為需要選擇與產品的用途和特性相匹配的模具和澆口形狀。在註塑模擬中,您可以模擬整個注塑過程並檢查實際成型中的缺陷現象,這對於設計模具和設定成型條件很有用。我們將在下一部分中詳細解釋如何使用它。

下一篇:“讓我們了解一下用於注塑成型模擬的材料數據項”

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