科學(xué)試模對(duì)于射出成型工藝的優(yōu)化

■ 型創(chuàng)科技/ 劉文斌技術(shù)總監(jiān)

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前言

射出成型加工工藝要求的主要重點(diǎn)是能生產(chǎn)出具有符合質(zhì)量要求的射出產(chǎn)品，并且可以在量產(chǎn)生產(chǎn)時(shí)穩(wěn)定控制 加工參數(shù)，以產(chǎn)出質(zhì)量均一的產(chǎn)品。然而在實(shí)際射出加 工生產(chǎn)制程中，所使用的射出條件是否是最適化且穩(wěn)定 的條件，或是在生產(chǎn)過程中由于塑料、射出機(jī)臺(tái)、加工 條件或是生產(chǎn)環(huán)境條件等的變動(dòng)，這些變動(dòng)因素都會(huì)造 成產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)。所以在決定射出成型加工條件的設(shè) 定上或是控制生產(chǎn)制程條件的穩(wěn)定性，都應(yīng)該是要藉由 科學(xué)化的理論計(jì)算或是生產(chǎn)在線可供參考的偵測(cè)數(shù)據(jù)來 進(jìn)行評(píng)斷與控制，也因此加工條件的調(diào)整是依賴實(shí)際生 產(chǎn)所回饋的數(shù)據(jù)或是科學(xué)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果來作為依據(jù)與參 考，而非單憑經(jīng)驗(yàn)或感覺進(jìn)行調(diào)機(jī)，這才是射出成型加 工制程上正確的做法。

 

傳統(tǒng)試誤法

目前傳統(tǒng)射出成型加工業(yè)者仍然普遍使用早期的「試誤法」來設(shè)定與調(diào)整射出成型加工參數(shù)；然而面臨當(dāng)前競(jìng) 爭(zhēng)激烈的射出成型加工產(chǎn)業(yè)，射出加工利潤越來越低的同時(shí)，對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)問世時(shí)程的壓縮、射出產(chǎn)品的復(fù) 雜度與質(zhì)量和精度要求卻愈趨嚴(yán)格。 面對(duì)這樣嚴(yán)峻的情況，加工業(yè)者已經(jīng)無法生產(chǎn)過多廢 料與不良品，同時(shí)也壓縮生產(chǎn)試模的時(shí)程，若還以傳 統(tǒng)的方式來調(diào)機(jī)與生產(chǎn)調(diào)整，則最終將無法跟上客戶 的要求而被淘汰，因此傳統(tǒng)射出成型方法已不再能滿 足復(fù)雜射出產(chǎn)品和應(yīng)用的需求。

傳統(tǒng)射出成型現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常使用「反復(fù)性試驗(yàn)」成型工藝 方法來設(shè)定加工參數(shù)，藉由改變某項(xiàng)參數(shù)或是某些加 工參數(shù)來試打產(chǎn)品，再從產(chǎn)品質(zhì)量來評(píng)斷改變的參數(shù)是否能有效改善產(chǎn)品質(zhì)量。但是這種方法常常會(huì)造成 誤判，主要的原因在于改變加工參數(shù)設(shè)定值和機(jī)臺(tái)實(shí) 際響應(yīng)的加工參數(shù)變化有可能不是相對(duì)應(yīng)在變化的， 例如單獨(dú)變更射出速度設(shè)定值，預(yù)期射出加工時(shí)射出 速度會(huì)有所改變，但實(shí)際上有可能會(huì)因?yàn)槠渌庸?nbsp;數(shù)設(shè)定值的相互影響（例如射出壓力設(shè)定值的限制影響）而造成實(shí)際機(jī)臺(tái)響應(yīng)的射出速度沒有明顯變化。

若沒有實(shí)際去觀察機(jī)臺(tái)響應(yīng)的狀況就可能會(huì)造成誤判 結(jié)果，認(rèn)為射出速度參數(shù)的設(shè)定值變動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量是 沒有影響的錯(cuò)誤結(jié)論，所以傳統(tǒng)試誤法是一種昂貴且 低效的產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)方式。

 

科學(xué)化射出成型加工制程

所謂科學(xué)化射出成型加工制程是一種主要基于使用科 學(xué)化數(shù)據(jù)或方法（利用科學(xué)理論方法加以驗(yàn)證、開發(fā) 和檢驗(yàn)假設(shè)與預(yù)期結(jié)果，得出結(jié)論并提供可再現(xiàn)的結(jié)果），來進(jìn)行射出成型加工條件調(diào)整與設(shè)定的系統(tǒng)化 射出加工方法。它需要使用試模階段或是連續(xù)加工生 產(chǎn)中的全面性數(shù)據(jù)收集和科學(xué)分析技術(shù)來開發(fā)和記錄 射出加工狀況，并建立加工規(guī)范與設(shè)置加工參數(shù)設(shè)定 與控制步驟，以達(dá)成嚴(yán)格控制和可重復(fù)性的生產(chǎn)制造 過程。
科學(xué)化射出成型是對(duì)于生產(chǎn)具復(fù)雜性與高質(zhì)量要求塑 件的最佳方法。科學(xué)射出是一個(gè)具高度精確性與生產(chǎn) 加工數(shù)據(jù)為參考基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)的過程，可消除任何猜測(cè)， 并最大程度地提高質(zhì)量和可制造性。當(dāng)涉及到有關(guān)過 程優(yōu)化、成型和模具設(shè)計(jì)驗(yàn)證，以及產(chǎn)品質(zhì)量控制的 決策時(shí)，科學(xué)成型特別有價(jià)值。這種方法優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的成型程序，因?yàn)橥ㄟ^前期設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、使用分析、過程 監(jiān)控和質(zhì)量控制可以進(jìn)行高水平的科學(xué)控制，從而可 以在幾秒鐘內(nèi)糾正任何過程變化。

常見的科學(xué)試模方法

常見的科學(xué)試模方法包含利用田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法(DOE) 來找出影響產(chǎn)品質(zhì)量的加工參數(shù)優(yōu)先級(jí)（如圖1），

圖1：射出成型條件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法（DOE）分析（Moldex3D）

也可以利用短射實(shí)驗(yàn)來分段評(píng)定流道系統(tǒng)、澆口位置 與產(chǎn)品模穴的動(dòng)態(tài)壓力損失，也可以利用分段短射實(shí) 驗(yàn)觀察多模穴流動(dòng)的平衡性，適當(dāng)?shù)亩躺涑涮顚?shí)驗(yàn)也 可以確認(rèn)熔膠塑化行程與多段射出速度設(shè)定的切換位 置（如圖2），

圖2：短射實(shí)驗(yàn)射出樣品

同時(shí)也可以獲知射出壓力峰壓值的大 小。另外也常藉由不同射出速度設(shè)定實(shí)驗(yàn)來建立流變 曲線（黏度曲線或稱U型曲線）（如圖3），

圖3：利用黏度曲線（U型曲線）實(shí)驗(yàn)來確定較適化的射出速度

藉以決 定最適化的射出速度參數(shù)，同時(shí)也可根據(jù)固定保壓設(shè) 定值與產(chǎn)品重量量測(cè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行澆口封口時(shí)間研究， 以確認(rèn)有效保壓作用時(shí)間參數(shù)（如圖4）。

 

圖4：澆口封口保壓有效時(shí)間確認(rèn)實(shí)驗(yàn)

結(jié)語

科學(xué)化試模與射出成型加工參數(shù)的優(yōu)化設(shè)定除了上述 常見的科學(xué)化實(shí)驗(yàn)外，也需要在實(shí)驗(yàn)或試模過程中記 錄相關(guān)的加工參數(shù)與數(shù)據(jù)，包含塑料除濕干燥后的含水率、熔膠實(shí)際的料溫、實(shí)際的射出充填時(shí)間、模具 表面溫度分布、模溫機(jī)冷卻介質(zhì)的流量、成型加工周 期時(shí)間、機(jī)臺(tái)響應(yīng)數(shù)據(jù)（如圖5）與速度、壓力、行 程響應(yīng)曲線（如圖6）等。

圖5：射出成型機(jī)臺(tái)的射出響應(yīng)數(shù)據(jù)

圖6：射出成型機(jī)臺(tái)的射出響應(yīng)曲線

通過科學(xué)試模建立的成型加工參數(shù)設(shè)定與連續(xù)加工生 產(chǎn)制程參數(shù)，并參考制程中偵測(cè)和記錄的科學(xué)化制程 數(shù)據(jù)，可以在整個(gè)射出加工生產(chǎn)周期內(nèi)以最少時(shí)間來 精確優(yōu)化成型加工參數(shù)，并且可以使射出加工制程更 穩(wěn)定、射出產(chǎn)品質(zhì)量更一致。■

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