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透氣鋼及模具排氣的設計
發布日期:2015-10-12 08:58

1.      排氣的必要性

在射成成形中,當模具完全關閉時,模穴部與橫澆道完全由空氣所占有,因此若不排出這些空氣,則所射出的溶融材料將此部分完全填充滿。必需以模具內的空氣來換取溶融材料。

除了這種模具內空氣排出的必要性以外,依成形材料處類而定。有時候溶融時也會有氣體或水蒸氣竺揮發物質發生。例如耐燃性塑膠在高溫時某一部分會分解而產生腐蝕性氣體。除此之外,聚縮醛于成形時發生的揮發性物質會造成,而損及模具表面。

因此模穴所占的空氣與成形時發生的揮發性物質必需迅速地由模穴排出,此排氣通道的設計,在模具設計上是極重要的的注意事項。

所謂的排氣,如前述不僅是排出空氣而已,也需排出空氣中的氣體。

2        排氣設計不當時的問題。

一.燒焦

當溶融材料填充速度比模穴內的排氣速度快的話,模穴內的空氣被壓縮立刻達到高溫(這種現象稱為斷熱壓縮),成形品與高溫空氣接角的部分產生燒焦,而成黑色。

二.由于在模穴內閉氣阻力阻止了溶融材料的流動,減緩流速,造成填充不良現象。另外閉鐺于模穴內的氣體量最后殘留于模穴內,如果不會千百萬燒焦也會造成填充不良的現象。這種情形在吸濕性大的材料的預備干燥不完全時最容易發生。

三.溢料

模穴內的空氣與氣體量,抑制了溶融材料的流動,使分割面擴充,造成與擴大投影面積相同效果,使分模面上浮,而產生溢料。1.2及圖

是其例子,如圖所示的環狀成形品中設置十字形進進澆口時,空氣如圖3所示,閉鐺于中央部,雖然在周圍設置排氣溝,但模具分模面上浮而發生溢料,這種現象在薄肉制品的時候,特別容易發生。

四.其它問題

如前所述發生的MOLD DEPOSIT,制品外觀的損傷,小形精密形品也會發生尺寸不良的原因。除此之外,排氣不完全造成的成形不良不氣泡,銀線,噴嘴紋,外表污點等。

無如如何,模穴內空氣或氣體被閉鎖于內的話,不僅阻礙溶融材料的流動,使速度下降,而且要采用較大的射出壓力。

3.由模具分割面的排氣法。

排氣方法有很多種,任何方式皆是經驗的積累,一般最常用采用的排氣方法是在模具的分割面設置較淺的溝,圖4是其例子,此圖是在模具的分割面設置4個排氣溝。

   排氣溝的深度,在溶融材料流入時不會造成溢料的限度內,以能使空氣與氣體空氣與氣體完全排出的尺寸與基準,如表1,所示溶融粘度極低的PBT樹脂與聚醯胺(NYLON)等排氣溝深度要用較小尺寸。

   排氣溝一般皆與遠距離進澆口,或設于較易出現結合線割面的外周,設置壓模面約40CM左右,其余模面降低,使公母模不直接接觸。

   這樣的全面排氣構造,模具加工時要發費一些時間,與前圖的場合比較的話,則排氣迅速而且確實。但是無論采用什么排氣法,僅能有效排出溶融材料流體的末端的空氣與,如果成形品的內部有氣體閉鎖于內時,則必需考慮用其它方法。圖也是全面排氣的例子,在此例子中橫中澆道也是全面排氣的構造。

4.由雌?;蛐勰2糠值呐艢夥?。

的位置,另外較易發生氣體的成形材料不僅在模穴部,而且在橫澆道副澆道的端也要投排氣溝。

6是深度較深零件的模具分割面全周設置排缺溝例子(全面排氣),右邊的擴大圖是在制品全周設置淺的排溝,其外周又設半圓形斷面的環狀引溝,這種環狀溝的數個地方又設置通往外部的溝槽,使氣體導向模具外。因此在模穴分當無法由模穴部分的周邊完全將模穴內的空氣或氣體排出時,則下列方法。

利用頂出梢

利用頂出梢與頂出梢孔的間隙在空氣閉鎖的部分設置頂出梢是很有效的方法。梢與梢孔的間隙當梢直徑是510MM時,間隙約0.02~0.03左右,較小直徑時采用0.01~0.02MM左右。

利用梢與梢孔間隙的方法最簡單,但溢料進入間隙部分的話,成為圓筒狀薄的溢料而使間隙阻塞。其對策如圖10在頂出梢的側面加工出1/2~1傾斜角度的斜面,不但可以提高排氣溫效果,而且可以自動地清除溢料。

二.利用模心梢的方法。

當制品的某一部分有較深的浮凸物或補肋的話,在模具上成為深的袋裝部分,使氣體閉鎖于內,產生填充不良與燒焦。在此部分設置頂出梢可以有效的排出氣體,依情形而定,如圖11所示,也可以在模心梢的周圍設置間隙,以進行排氣。

三.利用層狀的嵌入件

 高度高的補強肋的排氣法如圖12所示,可制成薄板嵌入模具內,氣體由薄板的間隙排出,此種構造稱為積層構造。圖14也是采用同樣的考慮方法,由數組套組合而成,由間隙排出氣體的構造例。

上述這些方法皆可有效排出氣體,但是要避免制品上殘留排氣溝痕跡,另外依模具構造而定,有時候會造成冷卻水孔設置上的困難。

5利用特殊方法的排氣

一.利用LOGIC SEAL 方法

LOGIC SEAL 法是美國LOGIC DEVIEE 公司開發出來的模具冷卻水循環系統,冷卻水路負壓,使冷卻水循環,因此雖然水路中有些縫隙不會漏水。利用LOGIC SEAL 的模具冷卻方法,在后面講座,這個特微是利用模具構成部分的些微間將氣體由冷卻水路導出的排氣方法。這種排氣方法稱為WATER LINE VENTING,以下介紹2.3個例子。

  15是在容器狀的制品模穴及底部插入排缺模心,氣體經由設于模心的微小孔導入冷卻水路,這個模心的主要部分如圖所示,以燒結方式制成,不必擔心冷卻與泵隙排出,并由冷卻水路排出氣體。此時冷卻與泵浦的吸入側相連接而成負壓,因而氣體由冷卻水吸收而排出外部。采用這種方式的排氣也可應用在CORE PIN排氣法或層狀嵌入件氣法中。

另外以燒結合金制成的排氣模心如圖所示,雖然不采用LAGIC SEAL系統,但也能用來排氣。但此時因為燒結金屬的熱傳導不佳,由于耐壓強度弱,有可能產生變形。

利用真空吸引的排氣法。

這是利用真空泵浦使模穴內變成高度的真空狀態,瞬間排出氣體的方法。圖20是其概略圖,但是此圖是移處成形法的應用例,應用于熱可塑性膠塑的射出成形法時采用完全方法進行。

此圖的例子是來自模穴的過排氣溝,導入深的引導。然后與真空泵浦的吸引管連接。吸引管經過操作,從真空槽與真空泵浦連接,僅用真空泵浦時需一段時間來長疝真空度,否則模穴內無法達到足夠的真空度,而這個真空朝是必備之物,另外中模具的分割面上,必需裝上矽橡膠這種耐熱性的密封熱圈,才能達到密封狀態,實際成形時,首先關閉模具,打開操作閥,使模穴成為真空吸引方法是最接近理想的排氣法,自早就已了解,但是設備費用高,模具構造也很復雜。至今實際上尚末達到真正的實用化,而最近塑膠成形品的高密化的問題已經有很大的CLOSE UP,因此利用真空吸引的法漸漸受到大家的囑目。

利用真空吸引的排氣法優點是右以防止從前的排氣問題造成的填充不良,燒焦等現象,若從成形品的高精密化方面來看,利用真空吸引法將可以提高模穴對成形品的轉寫精度,并可提升尺寸精度。

TECHNOPLUS公司,以此點為著眼,在該公司的射出成形機SIM-4749K中裝上可以達到5*10TORR真空步行的真空,利用這個真空裝置及該成形機所具有的高射出率,右以成形聚縮醛制齒輪,達到JIS 級的高精度。這個齒輪節圓直徑120MM,模數1,因此利用真空裝置與高度射出,不僅可以提高轉寫精度,在外觀上也不會發生流痕,與結合線問題。

排氣孔

模具在末射出成形前,成形空間中含有空氣,在材料填滿成形空間時,其間之氣體必須排出,末排出之空氣,會造成壓縮之空氣而產生熱,而且足夠熱會使材料燒。末燃燒之空氣則會造成氣泡。若成形空間中之空氣無法順利從頂出銷或心型周圍以及分模面上排出時,就必須另設排氣孔。如圖15所示通常排氣孔均設在澆口相對側,有時位于材料最后填滿的位置。但成形品型狀的設計也是氣泡產生與否的重要因素,因此成型品必須保持曲線,如果在成形時,材料末能掃過整個成型空間,則氣泡之發生將是無可避免的。

無流道模具

無流道模具是將注道,流道加熱或保持材在熔融狀態,使流道系統內之材料,保持在流動狀態下,在每次射出成型完型畢后,使流道系統乃殘留于模具內,只取出成型品,故稱無流道模具。

無流道模具由于不必將流道部取出,故有下列優點:

(1)    可節省不必要之廢料部,可節省材料。

(2)    縮短材料往流道系統充填的時間,減短成形機關閉模具的作動行程,同時也省去流道取出之時間,故可縮短成型周期。

(3)    流道不必取出,澆口自動分離,可全自動成型操作。無流道模有上述之優點,但有其限制。

1.    有熔融狀態易熱分解,成形溫度范圍小的材料不適用此類模具,但有充分之設計,可使用。

2.    無流道模具通常構造較復雜,溫度控制裝置相當,生產量不多時,不合算。

無流道模具之種類,大體可分為:1.延長噴嘴方式;-4滯液式噴嘴方式;

3.    絕熱流道方式,4.加熱流道方式。前二個方式之無流道模具一次只能成形一件成型品,除非使用多噴嘴成型機,后二個方式則一次可成型多個形品。如圖年示為各類流道方式。

模具的溫度控制

  溫度控制的必要性

 在射出成形中,射出于模具內之熔融材料溫度,一般在150~350度之間,但由于模具之溫度一般在40~120度之間,所以成形材料所帶來的熱量會逐漸使模具溫度長高。另一方面由于加熱缸之噴嘴與模具之注道視套直接接觸,噴嘴處之溫度高于模具溫度,亦會使模具溫度上升。假使不設法將多余之熱量帶走,則模具溫度必然繼續上升,而影響成形品的冷卻固化。相反地,若從模具中帶走信太多的熱量,使模具溫度下降,亦會影響成形品的品質。故不管在生產性或成形品的品質上,模具的溫度控制是有其必要性的。茲分述述如下。

1.    就與成形性成形效率而言

模具溫度高時,成形空間內熔融材料的流支性改善,可促進充填。但就成形效率而言,模具溫度宜適度減低,如此,可縮短材料冷卻固化的時間,提高成形效率。

    -4.就成形品的物性而言

        通常熔融材料充填成形空間時,模具溫度低的話,材料會迅速固化,此時為了填充,需要很大的成形壓力,因此,固化之際,施加于成形品的一部分壓力殘留于內部,成為所謂的殘留應力。對于PC或變PPO之類硬質材料,此殘留應力大到某種程度以上時,會發生應力龜裂現象或造成成成形品變形。

    PA或POM等結晶性塑膠之結晶化狀態顯著取決于其冷卻其冷卻速度,冷卻速度愈慢時,所得結果愈好。由上可知,模具溫度高,雖不利于成形效率,但卻常有利于成形品的品質。

2.    就防止成形品變形而言。

成形品肉厚大時,若冷卻不充分的話,則其表面發生收縮下陷,即使肉厚適當,若冷卻方法不良,成形品各部份的冷卻速度不同主話,則會因熱收縮而引起翹曲等變形,因而須使模具各部分均勻冷卻。

  溫度控制的理論要素。

        模具的溫度調整,對成形品的品質,物性及成形效率大有影響,冷卻孔的大小與其分布為重要的設計事項。

     熱在空氣中,主要藉輻射 和對流來傳播,在固體或液體中主要藉傳導來傳導。固體的熱傳導也因物質的不同而有所差異,而表不同物質的交界處也有界膜傳熱系數。在液體中,熱的傳導因傳 熱 管的大小,流速,密度,粘度等而民,熱計算公式很復雜,需要很多假定,不易求解。但最近由于電腦的發展等已容易計算,可行理論解析。

1.    模具溫度控制所需的傳熱面積

熔融材料的熱量約5%,因輻射或對流而尚失于空氣中,95%傳導于模具。假定材料帶入的熱量全部傳播到模具,其熱量為Q.則

Q=S*G*(CP*(T1-T2)+L)  (KCAL/HR)

S:每小時的射出數(次/HR)

G:每次射 出材料的重量(KG/次)

CP:材料的比熱(KCAL/KG.℃)

T1:材料的溫度。(℃

他:取出時的成形品溫度,即模具溫度。

L:熔解潛熱(KCAL/KG)

現設:  CP(T1-T2)+L=A

  S*G=M

則   Q=M*A(KCAL/HR)

M:每小時射出于模具的材料重量

A:材料1KG的全熱量

  所謂融解潛熱是材料的相變化產生的熱量,亦即材料從料體變成完全固體時,從材料出的熱量。以單位重量表示。表1所示為各種材料在成形條件下,1KG材料在成形條件下,1KG材料的全熱量。

  熱量QWW 模具傳到冷媒,此時冷卻管的傳熱面積為A,則

  A=Q/HW*ΔT(M²)

     A:傳熱面積(²具:冷卻管的界膜傳熱系數。(KCAL/M²*HR*

ΔT:模具與冷媒的平均溫度差(

 

0.8

冷卻管的界膜傳熱系數HW在冷卻水流的埸合為:

 

HW=λ/D*(DVE/U)  (CP*U/λ)ª(a=0.3)(kcal/m²*hr*℃)

λ:冷媒的熱傳導率(KCAL/M*HR*℃)

D:管徑(發:流速(M/HR)

E:密度(KG/M³)

U:粘度(KG/M*HR)

CP:比熱(KCAL/KG*℃)

冷卻用水量

  在成形作業中為了控制模具溫度,經常在設有冷卻水管,但其入水溫度與出水溫度及冷卻水量等必須詳加考慮,為了再利用或循環模具送出的溫水,須選定冷卻水溫度調整機或熱交換機降低入水溫度。若入水溫度與出水溫度之差太大時,亦即冷卻水奪走模具中的熱量太多,則不利于模具的溫度分布,而影響成形品的品質,此時,宜增快流速或增高注入壓力,或增加流量。表為各冷卻孔徑的水量限度。

  一般帶入模具的熱量冷卻帶出模具外的水量可計算如下:

W=MA/K(T3-T4)

W:每小時流出的冷卻水量(KG/HR)

M:每小時射入于模具的材料重量(KG/HR)

A:材料1KG的全熱量(表5.5)

T3:水的溫度(℃)

T4:入水溫度(℃)

K值之決定:

   冷卻水管在型模板中或心型中時            K=0.64

   冷卻水管在固定側固定板或承板中時        K=0.50

   使用銅管之冷水管時                      K=0.10

2.    模具加熱器能量

加熱 流道模具之加熱流道件通常使用插入式加熱器來控制其溫度。非加熱 流道模具在成形高融點材料或肉厚較厚,流動距離長,面積大之成形品時,經常需將模具加熱,此時亦可使用加熱器將模具加熱以利成形。加熱器之能量可計算如下,現設加熱的材質為高碳鋼。比熱0.115KCAL/KG.則

 P=0.115TW/860N

 P:每小時所需電力(KW/HR)

 T:模具溫度或加熱流道件重量(KG)

W:模具重量或加熱流道件溫度(℃)

N:效率(%)

此式所需上升起點以0℃作基準,而且加熱器之密度接度,絕熱材之熱效果依情狀而異,N值以50%計。

模具的冷卻他加熱

 一般模具,通常以常溫的水來泠卻,其溫度控制水的流量調節,流動性的低融材料大都以此方法成形。但有時為了縮短,成形周期取決于冷卻時間,此種情形為了提高效率,經常也以冷水冷卻,但用冷水冷卻時,大氣中的水分會凝聚于成空間表面,造成成形品缺陷,須加以注意。

  成形高融材料或肉奪取較厚,流動距離長的成形品,為了防止充填不足或應變的發生,有時對水管通溫水。成形低融點成形材料時,成形面積大或大型成形品時,也會將模具加熱,此時用熱水或熱油,蔌用加來控制模具溫度模具溫度較高時,需考慮模具滑動部位的間隙,避免模具因熱膨脹而作動不良。一般中融成形材料,有時因成形品的品質或流動性而使用加熱方式來控制模具溫度,為了使材料固化為最終溫度均勻化,使用部份加熱方式,防止殘留變。

以上所,模具的溫度控制是利用加熱的方式來調整的。

        冷卻管路的分布

  欲提高成形效率,獲得應變少的成形品時,模具構造須能以對變于成形空間的形狀或肉厚,進行均勻的高效率冷卻。在模具加式冷卻管時,管數目,大小及配置極其重要。如圖1所示,相同的成形空間,加式相近的大泠卻管加工遠離的小泠卻路,探討熱 的傳導路徑?,F在大管通入59.83℃的水,小管路通入45℃的水,求溫度斜度,求連結等溫曲線,即得圖1,可見模具成形空間表面的溫度分布,大管路是每周期有60~60.05℃的溫度變化,而小管路,則有53.33…60℃的溫度變化。

  模具成形閥間表面的溫度分布,因水管的大小,配置,水溫而異,上示圖之6.67℃(60-53.33)溫度差在某一成形條件止也許充分,但殘留之內部應力,對尺寸精度高的成形品,可能造成成形應變或經時變,熱傳導率愈高時,模具成形空間的表面動少,傳導率低時,表面溫度變化大。

  通常熔融材料充填成形空間 時,澆口附近溫度高,離澆口愈遠處的溫度愈低,

若將成形品分割成若干部份,則該部份的熱量正比于體積。

(1)    冷卻管的口徑,間隔以入至成形空間表面的距離,對模具溫度的控制有重大影響,這些關系比的最大值如下,如冷卻管口徑為1時,管與管的間隔最大值為5,管與成形空間表面的最大距離為3。再者,成形品肉厚較厚處比肉厚較薄處,冷卻管必須縮小間隔并且較接近成形空間表面。

(2)    為保持模具溫度分布均勻,冷卻水應先從模具溫度較高處進入,然后循環至溫度較低處再出口中。通常注道,澆口附近的成形材料溫度高,所以通冷水,溫度低的外側部份,則循環熱交換的溫水,此循環系統的管路連接,是在模具內加工貫竄孔,在模具外連接孔與孔。

(3)    成形PE等收縮大的材料進,因其成形收縮大,冷卻管路不宜沿收縮方向設置,使生變形。

(4)    冷卻管應盡量沿成形空間的輪廓來設置,以保持模具溫度分布均勻。

(5)    直徑細長的心形或心型銷,可在其中心鉆盲孔,再將入套筒或隔板進行冷卻,若無法裝入套管及隔板時,熱傳率良好的銅合金作心型心心型銷材料,或以導熱管直接裝入盲孔中,再以泠卻水作間接之冷卻,效果佳。

(6)    冷卻水流動過程中不得有短捷或停滯現象而影響冷卻效果,而且冷卻管路盡可能使用貫竄孔方式,以便日后方便清理。

 
 
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