(最新版)模具设计课程-塑胶材料与射出成型.ppt
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1、主題 : 塑膠材料與射出成型,授課老師 : 楊申語 教授,模具設計,製造是什麼 ?,工程材料,製造,塑膠材料6大特性,質輕 加工易 性質可隨需要而變 化學穩定性好 絶緣性佳 透明性及著色易,塑膠材料分類,塑膠,熱塑性塑膠(Thermoplastic plastic),隨溫度的升高而熔化,隨溫度的降低而凝固,可藉由不斷升溫降溫改變其型態。 隨分子結構排列不同可分為 1.結晶型 2.非結晶型,熱塑性結晶型,非透明 局部結晶區 分子排列規則(Ordered) 具有Tg及Tm值 如:PE、PP、Nylon。,熱塑性非結晶型,特性 透明 無結晶區 分子排列呈隨機狀(Random) 有玻璃轉脆溫度(Tg)
2、 無熔融溫度(Tm) 如:PC、PMMA、PS。,熱固性塑膠(Thermosetting plastic),分子呈長鏈狀排列,而長鏈間存在共價鍵,交織而形成類似網狀結構。 加溫加壓使其固化(Curing)後,分子之間會產生”架橋反應”,使得塑膠結合緊密且堅硬。即使加溫也無法熔融或是回復到原來的樣子。 如:POM,PF,UF,UP等。,五大泛用塑膠及用途,容器、塑膠袋、膠膜、管子等。 膠管、膠布、膠膜等。 外殼、玩具、壁磚等。 瓶子、塑膠管、薄膜、保鮮膜等。 汽車保險桿、儀表板、纖維等。,1.低密度聚乙烯(LDPE),2.高密度聚乙烯(HDPE),3.聚苯乙烯(PS),4.聚氯乙烯(PVC),5
3、.聚丙烯(PP),工程塑膠,起源 自1956 年杜邦推出Derlin 商名新塑膠,宣稱可取代金屬,工程塑膠之名由此開始。 特性 1.機械強度高而且有適當平衡 2.耐熱,耐久或具特殊機能 3.加工性良好 4.價格合理且工程性良好,泛用工程塑膠,尼龍(Nylon , PA) 聚縮醛(Polyacetal , POM);塑鋼 聚對苯二甲酸丁二醇(Poly Butylene Tertephehalate , PBT) 聚對苯二甲酸乙酯(Polyethylene Terephthalate , PET) 聚碳酸酯(Polycarbonate , PC) 聚二氧苯(Polyphenyl Oxide , P
4、PO),塑膠材料的重要性質,玻璃轉折溫度(Glass Transition Temp.,Tg.) 非結晶型材料在升溫時產生之現象 T Tg:材料軟化。 T Tg:材料如玻璃般堅硬及脆。 流動性-黏性係數,塑膠材料的機械性質,1.單軸拉伸-與鋼鐵應力/應變曲線的比較,塑膠材料的機械性質,2.塑膠模數隨溫度的變化,塑膠材料的機械性質,3.潛變曲線比較,塑膠加工成型方法,1. 壓縮成型 2. 轉注成型 3. 射出成型 4. 擠出成型 -4.1 吹瓶成型 - 4.2 吹膜成型 - 4.3 Coating,5. 旋轉成型 6. 熱壓成型 7. 滾壓成型 8. 複合成形,塑膠加工成型方法-1 壓縮成型,壓
5、縮成型是將塑料置於模具加熱軟化後,再施加壓力成型。,塑膠加工成型方法-2 轉注成型,製程: 以熱固性塑膠為主材配合陶瓷粉末,以轉注成型技術提供IC與外界隔絶的保護層。,塑膠加工成型方法-3 射出成型,原理: 基本三步驟:熔化、流動及凝固。 首先將固體塑膠材料加熱熔解成液態,而後將其射入模具中,再行冷卻、凝固即成零件。 應用: 90%生活日常 用品(塑膠)!,圖片來源http:/ 製品,相機,汽車側板,家電用品,日常用品,主機外殼,螢幕外殼,塑膠加工成型方法-4 擠出成型,原理: 將熔融的塑膠自模具內以擠壓的方式往外推出,而得與 模口相同幾何形狀的流體,冷卻固化後,得到所要的零件。 應用: 1.
6、截面相同的零件。 Ex:百葉窗扇葉截面 2.生產合膠。 Ex: PC/ABS合膠,擠出成型- 製品,塑膠水管,電線被覆,配線導管,塑膠膜,百葉窗扇葉,塑膠板,塑膠加工成型方法-4.1吹瓶成型,原理: 將做好的瓶胚(擠製成型)加熱至一定溫度,放於模具中,吹入壓縮空氣便瓶胚受壓而貼於模上,冷卻後開模取出。 應用: 瓶子,容器。,瓶胚,吹瓶成型模具、程序圖,144腔模具,吹瓶成型- 製品,PET瓶,塑膠加工成型方法-4.2吹膜成型,先將擠製後的瓶胚向上,再吹入空氣使之膨脹以成圓筒狀薄膜,塑膠加工成型方法- 4.3 Coating,Extrusion while wire passing,塑膠加工成型
7、方法-5 旋轉成型,原理: 用二片分割之密閉模,將相當於製品重量之塑膠量注入,同時以異向回轉在熔融爐內加熱,此時塑膠體即均著於內壁而熔融膠化,成為製品。,製程,應用,球體(如:浮標)大型中空件(如:塑膠溜滑梯)、工具箱。,旋轉成型製程圖,旋轉成型- 製品,塑膠加工成型方法-6 熱壓成型,原理: 將膠膜或是膠板加熱到半融狀態(Tg),以壓力將其成型至與模穴相同的形狀,待冷卻後經後處理(如:裁邊)即得所須之產品。,應用 免洗餐具、冰箱內槽、戰機座艙罩等。,製程,熱壓成型- 製品,熱壓成型兩大種類,1.Thermoforming:巨觀外形成型 2.Hot-embossing: 微觀表面成型,塑膠加工
8、成型方法-7 滾壓成型,利用滾輪把熱塑性塑膠壓延,用來製作薄板,塑膠加工成型方法-8 複合成型,原理: 多種材料以塗層方式,重覆塗層次數至達到所需厚度而得成品的方法。 以船體結構為例:,備模。 塗佈脫模劑層。 塗佈純樹脂層 (0.30.4mm)。 塗佈玻璃纖維層。 thermoset resin brushed on (熱固性塑膠纖維)。 輥輪均施壓,使層間結合緊密。 重覆36步驟至達到所需厚度。,複合成型- 製品,射出成型,Process time,為何稱為“射出成型” ?,=因融膠黏性高,要成形必需以高壓射入模具,故稱之。,射出成型 三階段 充填(Filling) 保壓(Packing)
9、冷卻(Cooling),射出成型的重要性,1. 3D複雜精密零件一體成型 2. 週期時間短,能量低 3. 容易自動化,射出成型機介紹,射出單元,鎖模單元,射出成型機主要組成單元,射出單元 - 組成與功能,組成 主要由入料筒、加熱管、螺桿等組成 功能 進料、融解、混和、升壓射出。 分二大類 1.柱塞式 2.螺桿式,射出單元- 1. 柱塞式,a.柱塞往復運動並計量。 b.計量終了,柱塞前進。 c.材料通過加熱缸內面與魚雷間通道,在此充分加熱成熔融狀態。 d.從噴嘴部射出於模具內。,射出單元- 2. 螺桿式,a.(加熱):由螺桿混煉產生磨擦熱(同時材料被外周的加熱器加熱)。 b.(熔融輸料):沿其螺
10、旋槽送材料至加熱缸前端部,使材料熔融並貯存於加熱缸 前端。 c.(計量):由材料的反作用力使螺桿後退,利用背壓並配合限制開關限定後退量,在一定位置停止螺桿的旋轉。 d.(射出):藉射出裝置後部的油壓缸,對螺桿施加高壓射出。,圖片來源http:/ - 螺桿式與柱塞式的差異!,螺桿式較柱塞式多一旋轉動作,產生分力(Ft),可使材料在螺旋槽間產生混煉作用, 增加可塑化能力。,射出單元 - 螺桿式優點、缺點,進料順暢 (2)加熱均勻 :Shear Heating & 加熱區靠近加熱線圈 (3)混合均勻: Ft 分量加強混合效果 (4)加壓均勻,計量精度差:在射出時,熔融材料易順著螺旋槽而移往加熱缸後部
11、,造成材料逆流。,鎖模單元,提供鎖模力的機構: 1.直壓式 2.肘節式 3.肘節直壓式 功能 控制模具的開關、鎖模,並且頂出成品。,鎖模單元-1,直壓式 直壓式合模裝置又可分為 1.1升壓滑塊式 1.2輔助缸式 1.3增壓缸式。,鎖模單元-2,肘節式 -以肘節接頭將油壓缸或電動機產生的力放大,使合模力增大 。 其中又分 2.1單肘節 2.2雙肘節式,鎖模單元-2.1,肘節式(單肘節式),鎖模單元-2.2,肘節式(雙肘節式),鎖模單元-3,肘節直壓式 肘節直壓式鎖模裝置是組合肘節機構與直壓式鎖模缸裝置,外觀為肘節式的一種,但鎖模力的發生接近於直壓式。,鎖模單元 - 直壓式與肘節式的比較,鎖模單元
12、 - 鎖模力,鎖模力(Clamping Force;F)的計算 F = P A (ton) P=射出壓力(Kgf/cm2) A=零件垂直射出方向投影面積(cm2),日常用品:400 Kg/cm2 精密零件:500700 Kg/cm2,射出成型模具,模具的功能及組成,功能 1.成型 2.融膠傳輸 3.冷卻(溫控) 4.合模閉模鎖模 5.頂出 主要分為二類 二板模 三板模,二板模,模具構造簡單,製作容易,所有射出成形用模具的基本製作與射出原理都以此為出發點。,二板模動作流程,三板模,與二板模的差異 在兩板模具中再加一塊”流道模”。 目的 =可在零件中間多點進澆,三板模動作圖,模具評估問題討論,Ap
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