星期四, 5月 19

    MeltFlipper® 熔胶管理与控制技术

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    ■ Beaumont

    前言

    长久以来,射出成型业界都认为几何平衡流道设计已 提供多模穴模具最佳的自然平衡 (Natural Balanced) 条件,因此各模穴彼此之间的性质可以达到一致 (Consistency)。相同的自然平衡流道系统观念也同样应 用于单一模穴多浇口的状况。然而,尽管流道系统已是 几何平衡的状态下,靠近中心的内侧模穴与远离中心的 外侧模穴仍然会有差异存在。在大部份情况下,此不平 衡现象在四模穴以上的模具才会显现。实际上此不平衡 现象与流道系统分流数及流道配置方式有关,且有可能 在单一模穴的状况下发生。在大部份八模穴“H”型配 置的流道设计下,通常最内侧(最靠近料头)的模穴所 成型的产品较大且较重。可以预期其机械性质必不同于 外侧模穴所成型的产品,在成型玻纤强化级材料时尤其 是如此。

    此外,也常会发生当欲适当保压外侧模穴成品 时,内侧模穴成品已产生毛边的两难状况,多年以来, 这个问题一直被错误地认为是模具中心区域温度较高或 模板于射出成型时变形所致。近几年来随着射出成型产 品公差要求日趋精密,且对多模穴生产的整体质量日趋 重视,此几何平衡流道系统的流动不平衡现象也越来越受到注意。而近来因节省材料而尽量缩小流道尺寸设 计的做法已被发现将使此流动不平衡问题更形恶化。

    流动不平衡的原因

    塑料在流道中流动的行为是非常复杂的,因为塑流沿 着流道路径与截面的剪切率(Shear Rate)与温度、黏 度均有差异。在任何流速之下,最大剪切率发生于固 化层稍内区域,在流道中心区域则趋近于零。在靠外 层的高剪切区域对塑流黏度有复合的影响,黏度在此 区域会降低,因为塑料非牛顿流体 (Non-Newtonian) 的特性与塑料剪切产生的摩擦生热现象,此摩擦生热 现象会导致流道外层塑料温度高于流道中心塑料。在 热浇道与热固性射出成型情况下,此流道外层摩擦生 热现象亦会受到高温模具的影响。当流道系统多于两 个分流点时,模穴之间的流动不平衡现象即会产生, 然而,即使在少于两个分流,甚至无分流情况下,单 一模穴内仍然会有流动差异的现象存在。当塑流通过 流道系统第一个分流点之后,塑料在流道截面的剪切 率、温度与黏度性质就会成为不对称的分布。主流道中外层较热的塑料会靠第二流道”A”的左侧模壁流 动,而主流道中心较冷的塑料会靠第二流道”A”的 另一侧,即右侧模壁流动。同样地,主流道另一侧外 层较热的塑料会靠第二流道”B”的左侧模壁流动, 而主流道中心较冷的塑料会靠第二流道”B”的另一 侧,即右侧模壁流动。这样的结果造成在第二流道中 的塑流,有一边温度较高,另一边温度较低。当塑流 继续发展至进入第三流道时,模穴之间的不平衡流动 现象于是产生。而分流至内侧模穴及外侧模穴之塑流 特性差异将更形明显,充填内侧模穴的塑流温度较 高,黏度较低,流动阻力较低;充填外侧模穴的塑流 温度较低,粘度较高,流动阻力较高;造成内侧模穴 充填较快,外侧模穴充填较慢,流动不平衡的状况也 因此趋于明显。

    解決方案

    安装MeltFlipperTM设计于主流道至次流道的分流 处,可将塑料剪切所造成的性质差异分布旋转90度, 达到重新分配塑流性质使其分布重达对称的状态。原 先流至第二流道会靠内侧模壁流动的较高温、剪切较 剧烈的塑料,经过 MeltFlipperTM 设计之后,将被 重新配置为靠流道下侧模壁流动;而原先流至第二流 道会靠外侧模壁流动的较低温、剪切较轻微的塑料, 经过 MeltFlipperTM 设计之后,将被重新配置为靠流 道上侧模壁流动。尽管塑料性质的分布仍属不对称, 然而不同于之前温度左右分布的不对称,现在已变成 上下分布的不对称状态,此状态在塑料流入第三流道时,已可提供对等平衡性质的塑料给各模穴,因此解 决了流动不平衡的问题。依此观念演绎,在16模穴、 32模穴以上设计,或不同模穴配置方式的情况下, 可能需要不只一组的 MeltFlipperTM 设计,而各组 MeltFlipperTM塑料性质分布旋转的设计角度也未必 是90度。其设计复杂性与塑料性质、流道截面几何/ 尺寸以及射出成型条件均有关系。

     

    图 1:从图中可以看出内侧模穴的充填速度较外侧模穴快的流动不平衡状态

    传统 H 型流道 vs. MeltFlipper

    在传统8模穴H型流道设计之下典型的流动不平衡 状态,此不平衡现象亦可由短射样品观察到。如图所示,内侧模穴充填较外侧模穴快,此效应是因为塑 胶在充填流道阶段,流道截面局部塑料剪切、温度、 黏度产生差异所致。此差异将造成各模穴之间的充填 过程、保压效果、成品重量、尺寸、翘曲、毛边、短 射等质量状况无法一致,造成生产控管困难。此塑 流性质差异也造成生产效率低落,或模具设计无法 向更高模穴数发展。在相同的8模穴H型流道模具 上,采用 MeltFlipperTM 设计后,可使各模穴的流 动达到平衡状态。MeltFlipperTM 设计可以直接加工 在模具上,或是以嵌件方式置于流道分流处。透过 MeltFlipperTM设计可将塑流性质分布重新转置成对 称的状态,再继续充填下游流道或进入模穴,以达成 多模穴模具的真正平衡,并消除传统流道设计所产生 的流动不均(各模穴质量不一致)现象。这样的改善 可使模具以两倍的模穴数进行设计与生产。■

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