澆口固化時間 (Gate-freezing time)

■ ACMT/ 劉文斌

 

纖維補強塑料

澆口(Gate)固化的時間在射出成型加工上是一項重要的 加工參數,其主要會影響到成型時保壓階段中保壓壓力 的有效傳遞時間的長短,成品的收縮翹曲情況是否能有 效控制,以及整個射出成型週期時間的長短等等。對於 射出件的整體品質控制也相當重要,射出加工時需要了 解到模具上的澆口固化時間點,才能在射出成型條件的 設定上做有效的切換設定與調整。

 

 

何謂澆口固化封口時間 (What is gate-freezing time?)

首先由(圖1)的射出模具基本結構圖形,可以先來簡要 地介紹射出成型加工的程序,射出時塑料先藉由加熱塑 化裝置(料管&螺桿)來進行塑化熔融後,再經由射出 機械的驅動單元將此熔融膠料射入模具中,射出過程中 熔膠會沿著模具中的流動通道,快速地被充填進入模具 的模腔(cavity)內;更具體而言,射出過程中熔膠會沿 著機台的噴嘴(nozzle)部位通道進入模具本體的流動通 道,接著會延著豎澆道 (sprue) 經過流道 (runners)、分 流道等流動通道,最後通過尺寸最小的澆口(gates)位 置而進入模穴(cavities)內而完成射出充填動作;之後模 具內成品經過適當時間的冷卻固化定型後,便可開模取 出成品,最後從澆口部位切斷就可以將射出成品與流道 部分完全分離。
射出件的膠料固化時間是和產品的厚度有關,越厚區 域的膠料冷卻固化時間需要越久,肉厚越薄區域所需 的冷卻固化時間越短,然而在射出充填的流道與產品 的厚度上,通常澆口是厚度最小的局部區域,澆口完 全固化也被稱為澆口封口,而從射出充填結束瞬間到 澆口固化封口的時間則稱為澆口固化時間。
膠料在模腔中的駐留時間與澆口固化時間之比較以及 澆口固化時間與射出產品品質之間的關係(The​effect​ of​dwell​time​in​comparison​with​gate-freezing​time​ on​the​quality​of​molded​products) 由澆口固化時間來決定塑料膠料在模腔中的駐留時間 的考量重點如下:
(1).​如果在澆口完全固化之前或是在澆口封口時間到 達之前,就把保壓壓力解除掉,那對於射出件產品會 造成甚麼樣的結果?因為在澆口固化時間點之前就把 保壓壓力卸除,澆口處的膠料還具有熔融流動性,且 密閉的模內壓力會高於澆口處的壓力,所以就會造成 熔融膠料由澆口處逆流回流道系統,以取得內外壓力 達到平衡的狀況。所以如果在澆口固化前,就卸掉料 管所傳遞到模具上的機台輸出壓力時,射出產品容易 發生因為無法有效提供足夠的塑料用來補償塑料冷卻所造成的體積收縮,所以射出件常會有下列問題點產 生。 ⇒較大的成型收縮(Larger​molding​shrinkage) ⇒尺寸變動性較大(Larger​dimensional​scattering) ⇒ 產 品 重 量 的 變 動 性 較 大 (Larger​scattering​in​ weight) ⇒具較大的變形量(Larger​deformation) ⇒較容易發生孔洞與表面收縮痕(More​prominent​ voids​and​sinkmarks) ⇒某些產品會造成強度的降低(Reduction​in​strength​ in​some​cases) 為了要避免上述產品問題點發生,作法就是要確實知 道澆口的固化時間且在澆口固化時間前,都要持續讓 保壓壓力持續作用在澆口上。
(2).​為了對射出件進行較精密的產品品質控制,在成 形條件設定時經常使用多段保壓條件,如多段保壓壓 力以及多段保壓時間條件,來控制產品的局部區域收 縮量值或翹曲量值。然而澆口一旦冷卻固化後,機台 壓力就無法傳遞到模穴內,所以對於多段保壓條件設 定時,一定需要在澆口固化時間之前完成保壓作用, 所以多段保壓作用的條件設定,一定需要參考到澆口 的固化時間點。
(3).對於粗厚件產品,為解決在成形過程中,容易發 生的內部孔洞或是外觀表面收縮痕跡,加大保壓壓力 及延長保壓時間是經常在現場被成形者所使用的條 件。同樣的道理,成形者也需要知道澆口固化時間點, 才能有效讓保壓作用在固化時間點之前傳遞到模內。
(4).澆口固化時間一般是與澆口的尺寸大小有關,澆 口尺寸越大,澆口固化封口時間就越長。加大澆口尺 寸也就能延長澆口固化時間,也可延長保壓壓力作用 時間。加大澆口尺寸的缺點是會增加冷卻時間,進而 增加整體成形週期時間。
(5).澆口固化時間也受模具溫度的影響,模溫越高, 澆口封口固化的時間將越長。
如何現場量測澆口固化時間​(How​to​measure​gatefreezing​time) 澆口固化時間可利用下列方法量測得知: ⇒設定射出成型條件進行連續射出製程,藉以取的穩 定樣品。 ⇒進行保壓時間條件的變動,每次變動保壓時間條件 後,再連續射出5~10模樣品,待條件穩定後取得量 測樣品。
⇒將取樣的試片進行精密的重量量測(ex.小件樣品需 量測重量至小數以下三位以上),再將保壓時間(dwell​ time)與量測的樣品重量(weight)數據作圖。如果保 壓時間增量間隔適當時,將可以作出如下所式的圖 形。 ⇒由實驗作圖中可以找到對應的澆口固化時間點,即 是當保壓時間再增長時,但樣品重量已趨於平衡穩定 的飽和重量值,重量不會再有增加的時間點,就為澆 口固化時間。

這個方法是利用當澆口固化時,就阻絕了流道與模穴 之間的通道,即使保壓持續作用下也不會再將熔融膠 料高壓擠入模穴內部,所以模穴的成品部分其重量將 不會再有增加,所以保壓時間越長,射出件的重量將 會持續增加,但是一旦澆口固化封口,既使保壓時間 再長,產品重量不會再增加。因此利用此實驗的數據 作圖,可以找到模具的澆口固化時間數據,同時也可 以作為射出加工參數設定中保壓有效時間的重要依 據。■

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