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程式射出概念及實例

    射出成型加工法是以极大的能量在很短的時間內,將塑料射入模腔的整個過程,由於模腔內形狀因不同成品而異,形式千奇百怪,不一而足,加上厚薄不均,對塑流產生极大的障礙,因此射出工程也可以說就是以動力使塑流射入模腔成型時,所面對的障礙並加以克服的過程,前期階段是填滿模腔的動作,稱為填充階段,后期階段為將塑料壓實的擠壓動作,一般稱為保壓階段.

    程式射出是為了克服成品的外形或其他物理條件,不能在恆定的射壓或射速中得到滿足,因而不能產出優良的成品時所使用的因就方法,可以大幅提昇射出成品的品級,克服大多數的射出成型問題,最早在1975年由日本東芝射出機發表,20多年來射出機的主流射出功能設計亦朝此方向不斷改進,台灣在約1985年后才開始注意到此項趨勢,近年來的進步更是快速,基本上,大多數電腦的設計均已能勝任,但在實際使用上,則由於牽涉原理及影響因素太多(如造型、塑料、射出機、模具以及基本的邏輯推理等),一般並未能達到得心應手的地步,甚且有部分情況爭議性仍高,是足以將理論及經驗充分加以探討實踐的一個廣大的領域,我們僅能就基本型態作簡單探討,實際運用時間依需求狀況加以調整,方可能求出最理想的狀態加以運用.

    程式射出簡單的說,就是在射出填充階段依需求設定階梯狀的快慢射出速度區間,一般以位置加以區分,以及在保壓段依需求設定階梯的高低壓區間,一般是以時間來設定,因此時填充已接近完成或已完成,射速已明顯降下來,射出位移也已不明顯.

    保壓點的設定關系成品品質甚大,太早進入保壓,由於填充塑料尚在進行中,射出壓力並不一定和所設定的保壓壓力一致,尤其是慢速填充或成品較厚的情形更是如此,則此時的保壓只是填充階段的末期,難以呈現保壓的效果;相反的如果太慢進入保壓,則由於填充階段已完成,填充時的末段射出壓已成為初期保壓的作用,如壓力高當已呈毛邊或應力大的情況,如壓力太低,則會缺料或收縮,待冷卻至一定程度,皮膜已硬化,即使再進行保壓已不發生作用.

    保壓點一般設定在射出行程的90-99%距離處,也就是距離射出完成點約1-10%,比如射出行程是70mm,射出完成點是3mm,則應為3.7-10mm指標處進入保壓區域,實際上到底在那一位置較適合,應視所需完成的目標以及各种不同的射出狀況加以判定.

    射出完成點至空射到底的0點位置間,保有1-5mm左右的距離是有必要的,這段距離是作為彈性墊片(cushion)空間之用,作為傳導射出力量的介質,如果勁射至0位,將失去傳導力量的作用,只有在极少數的射出個案,例如薄食品容器,由於成品約只有0.35-0.65mm极易冷卻,加上使用很快的速度射出,作速度或壓力切換均可能因油路切換的延遲而不準確,為防止毛邊,才使用計料量的方法射出,只給予剛好塑料量的距離勁射到底,完成射出行程;在大多數的射出情況則應避免,才能得到較良好的射出成品,反之,如果設定距太長,則會因為料管前端堆積太厚的塑料,中間部分將會降低溫度形成冷熱不均的現象(所有塑料均是熱的不良導體),不但影響射出時速度順暢度的發揮,也會影響成品的品質.

    由於程式射出的多變性和復雜性,進行純理論分析殆有難處,目前的CAE軟體模擬,大多也只能參考的程度,因此透過理論的探討再加上經驗的累積就變得非常重要,資料的累積、整理、分析均可作為新程式的參考,誠應加以重視.

    線性斜率功能是在保壓切換間加上可調距離,使保壓和另一段保壓之間呈現線性斜度,緩慢升或降的控制方式,可以消除因壓力陡降時料管內塑料壓力釋放形成的減壓現象,增加保壓的穩定性,另外結晶性塑料因流動性良好,也會使保壓切換時模內成品的壓力狀況不穩定,使用線性線性斜率功能有助於成品密度均一,避免翹曲,就機械動力方面,也能使油壓遽變換產生的聲音及震動減輕,在程式射出中是值得注意的一個功能.

　　　　    ｃ　　  ｂ　　 ａ　　　　　　　　        射出速度及射出壓力程式圖示

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（射出速度）

        (保壓階段壓力)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　          保壓階段　  填充階段

     斜率圖示(a，ｂ，ｃ部分)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　           （射出壓力）

    基本上快速射出是較為主流的成型法,可以減少在模腔內的塑流阻力、降低阻抗減低鎖模力、冷卻也能提早,從而降低成本,但如在一個成品內,同時遇到空氣逸散不良或毛邊等現象,就必須在某些射出階段用到慢速射出,這是程式射出在填充階段的運用例子.

    而在保壓動作中也是如此,比如成品有收縮現象,可在保壓時加上高壓解決,但如因模具或其他因素形成毛邊,則我們可以采取在開始降壓极短時間,使成品的外部皮膜較堅固的形成,然後再加上高保壓使成品不收縮,因此時皮膜較厚而穩定,也同時避免毛邊的產生,這是程式射出在保壓階段中常用到的例子.

    雖然目前大多數射出機的電腦,均將數段射出及數段保壓,均分別賦予個別的速度及壓力功能,形式上是提供了方便的可調性,但在程式射出的探討中,我們必須指出這種觀念基本上是錯的,如不加以分清,將會使原來就很複雜的射出在實際調整上變得更為複雜,反而難以抓住程式射出的調整要領.正確的觀念填充階段時,主要是射出速度的變化,壓力只是作為支撐所需要射速的力量而已,射出壓力在此階段是不重要的.而在保壓階段時,由於填充已近尾聲,射速將呈弧線方式減慢,取決於模具內塑流的狀況,而不是機械射出速度的設定,此時射壓的變化才是重要的,射出速度以一個恆速使用已足夠(依作用力公式,如速度為零,壓力也將靜止失去功能),但此恆速仍不應低於保壓初期的實際射速,以免改變塑流,形成不必要的變數.

    當然,機械上功能的方便性我們仍可加以發揮,只是基本調整方針不要混亂,才有助於程式射出的順利使用,而在某些特定的情況下,填充階段中以降低壓力來減慢射速,或在保壓階段中,以增加射速來補射壓的不足(极低壓狀況),均有其實用價值,我們並不加以排斥.

         保壓       填充階段                  保壓     填充階段

           程式射出的壓力設定                     一般狀況呈現的壓力曲線

    由上圖示可知在填充階段賦予多段壓力是沒有多大意義的,在填充時,模腔內仍有空間,射出是處於類似空射的狀態,實際的壓力只呈現足以推動塑流的壓力,可由油錶中看出來,只有在薄成品射出時,由於塑流一開始即面對阻力,才會使壓力曲線呈現較類似設定壓力或完全一樣的狀態,但壓力仍然只是支撐射速的實際呈現,這點還是不變,只要調高射壓使射速不會下降的程度就可以了,所以有些國外的機械在填充階段是只設計一段射壓的.

    保壓階段亦是如此,當射速因塑流受阻呈弧線急速下降時,射速設定再高也是沒有用的,射速只是作為保壓的支撐而使射出動作穩定前進的作用而已,國外不少機械在保壓階段是只設定一段速度,以求程式射出調整的簡單化.

    以下以填充及保壓的基本模式說明,並舉成品實例補助,希能對程式射出能收相互印證的效果.

    填充模式說明:

    保壓模式說明：

成品實例說明:

    程式射出包羅甚廣,只能就觀念上探討,再依據現實狀況靈活應用,當能體會其中奧妙,經驗在其中扮演很重要的角色,而射出成品要求水準不斷提高,在這方面有待克服的層面仍然很多,是業界中足以努力的方向.

    在此必須一提的是程式射出並非萬能,針對特殊的成品設計,澆口的限制等因素,有時仍可能難以成功的使用;另一方面程式射出也有提高成本的可能,因此應該以一般成型法加上各人層面的配合為主,必要時才使用程式射出法為輔,總之,節省成本在射出成型中頗為重要,不可本末倒置.

    各個層面的配合,指的是如澆口形狀的改變可以克服流痕(flow mark)、噴痕(jet mark)、暗暈現象,就可以一般成型法射出;又比如稍加鎖模力,就能克服毛邊(flash),就不須程式射出;又如改善模具排氣狀況,就不必用程式射出來克服接合線(wold line)問題……等均為具體的例子.

    晚近射出成型技術的發展有向高速射出發展的趨向,事實上配合螺杆混煉設計的提昇,模具排氣裝置的進步,模溫控制觀念的提昇,塑料及復合塑料的多樣化發展,射出成型機射出速度提昇及控制的精密化,周邊產業的發達……等諸多因素的結合,均使得射出成型朝向更簡易化,常常能以高速的射出,即能使塑料很順暢的流竄於模具內部,產生優秀的成品,程式射出被運用的復雜度有降低的趨勢,甚至使用度也減少了,但不可否認,程式射出對某些成品仍是必須使用的,如何善加體會運用仍然充滿挑戰性.