氮气辅助成型技术讲义全

何謂氣體輔助射出成形:
就是在射出成形加工的融熔樹脂射出後或 是在射出中，將惰性氣體(氮氣)注入樹脂 內，利用該高壓氣體壓力，將射出品的收 縮或翹曲問題降至最低的成形方法
可應用氣輔射出成型項目與產業別
➢ 汽機車- 保險桿, 後視鏡,儀錶板,內飾件等 ➢ 家電產品- 電視機,投影機,冷氣機,洗衣機,電子琴,音響 ➢ 3C電子產品- NB,PDA,LCD TV,DVD,手機,印表機,滑鼠 ➢ 家俱業- 桌子,椅子,棧板 ➢ 百貨業- 置物箱,把手等
正常保養與使用情況下，可無限期使 用(壹年僅需更換兩支前置過濾器)
使用16~18個月後性能下降30%，24個 月後即須更換分子篩，而更換分子篩 的費用約為機台售價的1/3~1/2
一般在99%下為3:1
99%下為4.5:1
35℃
由於須使水分子蒸發為最小直徑，所 以必須要求至少在50℃以上
低
高
容易
困難
較好且穩定
氣道設計注意要點一
氣道設計注意要點二
氣道設計最佳起始比例(2~4倍)
柱狀產品設計原則
塑料儘量從一端進膠，進氣點位 置接近澆口，可調整進氣點位置 ，使氣體穿透均勻
柱狀產品設計原則
澆口和進氣口可位於 產品中間，但須注意 加工精密，維持兩邊 平衡充填
柱狀產品設計原則
氣道轉角處採用大圓角
柱狀產品設計原則
流程2: 氣輔開始(第一次氣體穿透)
氣體輔助射出成型原理(二)
流程3:保壓(第二次氣體穿透)
流程4:開模前洩放高壓氣體
氣輔成型系統示意流程圖
VITEK氮氣產生機的設計理念
➢ 最先進壓力擺盪式(PSA)製氮法 ➢ 採用高效能吸附劑(CMS)，吸附能力永不衰減 ➢ 隨機配置數位式氧氣偵測儀 ➢ 採用運作穩定，操作簡易的PLC控制架構 ➢ 可靠且簡易的操作程序 ➢ 對吸入空氣僅需簡易的前處理 ➢ 節能設計，低耗電量 ➢ 低保養成本，維護度高
Vitek (加拿大) 中文介面 壓力控制 伺服閥 全閉型 否 人工智慧 自調型PID 有 有 有 有 有 容易 高 高 有
VITEK(富益成)氣輔成型控制器規格
型號
Model NO
輸出控制壓力
Output Control Pressure (bar/psi)
氣輔控制迴路
Gas Control Circuit
氣體滲透到薄壁 氣體穿透至薄壁,氣道直徑為0.2“ (2:1 比例)
低壓力處
從澆口引出之箭頭方向 顯示塑流之跑道效應 開始氣輔前之融膠波前壓力分佈 (氣道直徑=0.6“)
氣體滲透到薄壁更嚴重 氣體穿透至薄壁的情形更嚴重,氣道直徑為0.6“ (6:1 比例)
可接受的氣體穿透狀況 氣體穿透至薄壁的情形明顯改善,氣道直徑為0.4“ (4:1 比例)
多模穴模具除了注意多穴流動充填平衡之外 ，尚須考慮重力對充填的影響
柱狀產品設計原則
利用溢料井可提高氣輔掏空率，進而控制 掏空率，並克服成品陰陽痕的產生
開始氣輔前之融膠充填圖
氣體穿透分佈圖
柱狀產品設計原則
氣針可置於模穴外部的一個小模穴內，經過一小澆口進 入主模穴，如此可避免氣針在成品表面留下太大的痕跡
採用VITEK氣輔設備廠商實績
➢ 汽機車- 亨福實業 ➢ 家電產品- 松下電器,成發塑膠,川慶塑膠,勝檳興業,大城
仁和興業,韋翔塑膠,東桂塑膠,良盈實業,嘉晉塑膠,恆嘉 塑膠,海國樂器 ➢ 3C電子產品- 精泉塑膠,迎廣科技,仕欽科技,協益電子,高 塑開發科技,竹永成精密 ➢ 試模廠- 緒茂塑膠 ➢ 百貨業- 華博科技
板狀產品設計原則
避免主氣道分叉，避免閉路式氣道
板狀產品設計原則
當氣道分叉時，氣道末端可成階梯式縮小， 以阻止氣道加速
氣輔CAE模流分析-融膠波前流動圖
氣輔CAE模流分析-氣輔流動分布圖
氣輔CAE模流分析-案例研究一
低壓處
氣 道 塑料和氣體入口 開始氣輔前之融膠波前壓力分佈 (氣道直徑=0.2“)
塑料澆口
進氣點 原始設計澆口和新的進氣點位置之氣體滲透狀況
氣體大致 穿透在肉厚處
塑料澆口
進氣點
新的澆口和新的進氣點位置之氣體穿透狀況
無溢料井vs.有溢料井
滿射無溢料井
塑料澆口
進氣點
滿射有溢料井
氣體穿透位置
控制閥較遲 打開溢料井
氣體穿透位置
有溢料井與無溢料井設計之氣體穿透狀況比較
氣輔成型條件建議設定值
氣輔成型調機黃金守則
➢每次只更改一個條件 ➢氣體與塑料的流動同方向 ➢採用最小的保壓壓力 ➢採用最短的保壓時間 ➢採用最少的塑料注射量 ➢隨時檢查成品中空的長度及截面積
知识回顾 Knowledge
Review
祝您成功
GCU-1 7/100~350/5000
1
GCU-2 7/100~350/5000
2
GCU-3 7/100~350/5000
3
GCU-4 7/100~350/5000
4
進氣位置 (一) 由射嘴進氣
資料來源: 〝Gas-assisted Injection Molding Design and Processing Guide for GEPLASTICS Resins〞---GE PLASTICS
排氣的時間
氣輔射出成型製品的缺陷
➢滲透(Permeation)或手指紋(Fingering) ➢氣泡(Bubble) ➢吹穿(Blow out) ➢縮水(Sink) ➢凹凸膨脹(Swell) ➢遲滯痕跡(Hesitation line) ➢亮紋(Witness line) ➢起瘡(Burning)
• 須用特製的切斷式 (shut-off)噴嘴
• 所有氣道須和料頭 連 接，氣道設計易 受限制
• 不適用於熱澆道 • 模具修改較容易
進氣位置 (二) 由流(澆)道系統進氣
• 可減少水口料 • 氣道須和流道/澆口
連接 • 不適用於熱澆道 • 仍須切斷式噴嘴，防 止氣體逆流
資料來源:〝Gas-assisted Injection Molding Design and Processing Guide for GE-PLASTICS Resins〞---GE PLASTICS
氣輔成型控制器比較一覽表
機械製造商 軟體系統環境 成型控制類別 氣體迴路控制閥
控制迴路 易受高壓氮氣源壓力變動的影響
控制邏輯
緩增壓或緩降壓 提供與射出機電阻尺連線 快拆式迴路模組的設計
迴路模組擴充的功能 清除氣針功能 人機介面操作性 成品良率 穩定性
即時成型壓力/時間曲線顯示
Battenfeld (德國) 英文介面 壓力控制
➢ 短射量70~80%氣輔觸發 ➢ 螺桿距射出末端約2 cm ➢ 延遲時間=1.0 秒 ➢ 1st保壓壓力=105 bar ➢ 1st增壓斜率=200 bar/sec ➢ 1st保壓時間=5 秒 ➢ 2nd保壓壓力=150 bar ➢ 2nd增壓斜率=200 bar/sec ➢ 2nd保壓時間=10 秒 ➢ 3rd保壓壓力=0 bar ➢ 3rd增壓斜率=40 bar/sec ➢ 3rd保壓時間=15 秒 ➢ 儘量採用緩降壓排氣及增加
板狀產品設計原則
氣針位置須配置在塑料澆口
附近，使氣體順箸塑流方向
推動熔融塑料往成品的末端
(a)
充填
(b)
(c)
板狀產品設計原則
氣道配置未指向波前充填末端，易造成 氣體滲透到薄壁
板狀產品設計原則
塑料澆口和進氣點位置須適當安排，使氣體一次穿透 和二次穿透皆可到達每一條氣道末端
板狀產品設計原則
進氣點和澆口需距離20mm以 上，以避免氣體回滲主流道 ，或用小澆口防止回滲
普通
因機台內部有完善的前處理設備，所 以無此疑慮，故入口端之前不需再加 裝冷凍乾燥機
僅有簡單過濾設備，水分及油污較易 進入薄膜而污染，故入口端之前必須 加裝冷凍乾燥機
VITEK(富益成)氣輔成型控制器設計理念
➢ 可控制兩台注塑機 ➢ 可儲存1000組成型條件 ➢ 觸控式多彩顯示液晶螢幕 ➢ 中文Windows人機介面 ➢ 快拆式迴路模組設計 ➢ 斜坡式緩增壓緩降壓 ➢ 精密型全閉迴路控制器 ➢ 具備線上清除氣針功能 ➢ 即時壓力曲線及數值顯示 ➢ 具備關機狀態記憶
進氣位置 (三) 由模穴進氣
• 可多點進氣 •立 各氣道可分開獨
控制 •大 氣道設計可變性 •孔 產品表面留氣嘴
資料來源Biblioteka Baidu〝Gas-assisted Injection Molding Design and Processing Guide for GEPLASTICS Resins〞---GE PLASTICS
壓力擺盪式(PSA)與薄膜式氮氣機比較表
優缺點 氮氣純度(%)
機型
空壓機型式及壓力
吸附劑壽命
空氣/氮氣置換比例 壓縮空氣進口溫度要求
空壓機平均耗電量 保養方式
氮氣純度及品質
潛在性污染
PSA氮氣生成
薄膜氮氣生成
可達99.99%以上
最高99.9%
一般油潤滑常壓6~7barg 空壓機即可
有油或無油式高壓10~13barg空壓機
氣體有更直接的 通路
往低壓處穿透
已無氣體穿透薄璧現象,使用氣道直徑為0.4“和新的氣道配置
氣輔CAE模流分析-案例研究二
0.18" 一般肉厚
可能的 進膠點
0.5" 肉厚處
可能的進氣點
氣輔成型汽車門把
塑料澆口 進氣點
氣體在厚的 把手處穿透
氣體滲透至薄壁處
原始設計澆口和進氣點位置之氣體滲透狀況
氣體大致都停留在 薄壁處
氣輔射出成型的優點
➢ 提高產品品質 ➢ 增加產品強度 ➢ 縮短產品製程 ➢ 節省生產成本
傳統成型與氣輔成型射壓比較圖
傳 統 成 型 氣 輔 成 型
Flow Length
Pressure
Pressure
Pressure
Pressure
Pressure
Pressure
氣體輔助射出成型原理(一)
流程1: 開始射入原料(短射)
快速電磁閥 半閉型 是 無
無 無 有 有 無 困難 差 差 無
Gas Injecition (英國) 英文介面 壓力控制 快速電磁閥 半閉型 是 無
無 有 無 無 無 困難 差 差 無
Bauer (德國) 英文介面 壓力控制 比例閥 全閉型 不一定 固定型PID
有 無 無 無 有 普通 普通 普通 有
氣輔控制在射出成型的應用
Gas-Assistant Control in the Application
of Injection Mold Process
報 告 人：林 進 生 J a s o n L i n
資 料 來 源:富 益 成 科 技 有 限 公 司
( V i t e k T e c h. , L T D , B. C. C A N A D A )