热浇道模具之设计与分析

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1、熱澆道模具之設計與分析吳國英工業硏究發展中心摘要模具熱澆道系統係利用加熱持溫方式將射出成型機料管內之塑料保持融熔狀態，以供射出成形時將塑料注入模穴中。因此模具在成形産品之後並不會有澆、流道等廢料產生，有助於材料的節省及成形週期的縮短。又熱澆道系統可視爲是射出成型機料管之延伸，故射出成形的過程中，壓力的傳遞較傳統冷澆道模具有效率，對於精密射出成形製程所需要之射出壓力及保度壓力均能有效的提供，產品精密程度大幅提昇。但熱澆道系統所産生之高溫對於模具的精密度有很大的影響，當母模溫度升高至100r時，其熱變形董將造成模具無法正常合模，造成生產

2、不順利，甚至損壞模具。因此熱澆道篌具之設計必須將熱傳因葉誇量周全，模具之冷卻系統以及熱變形层均需計算在內。本硏究開發一組八模穴之熱澆道模具，利用有限元素分析方法模擬分析熱傳況，以建賁設計篌具之冷卻、模溫控制系統。運用模流分析技術模擬分析熱澆道系統之壓力損失狀況，以改善熱澆道中熱流板的效率。提高熱澆道模具之開發成功機率，並降低失敗風險。關鍵字：熱澆道、精密模具、模流分析。一、一、前言塑膠射岀成型製程中對於流道所產生的廢料，各家生産廠裔均極力想要隆低其比例，以節省材料成本。而最具效果者無非是採用熱澆道結構來進行生産，熱澆道模具又稱作無澆

3、道篌具，顧名思義即此類模具生産時不會産生澆、流道等廢料，因此在原料的應用上可以達到100%的使用率。熱澆道模具的優點有以下數點：1.1.原料成本低，沒有廢料回收的問題'成型材料的利用率高。2.2.成型週期短，可縮短充塡時間，冷卻時間以及開關模時聞等。3.3.成型溫度及壓力較低，產品的殘留應力較小，產品品質較佳。4.4.自動化生產程度較高。以上所列之優點，其中指出熱澆道模具系統其射出壓力較小，係因熱澆道系統可視爲射出成型機塑化料管的延伸，利用加熱器加熱熱流板及熱嘴，所以融熔態樹脂在射入熱流板及熱嘴中並不會冷卻凝固，依然保持融熔狀態，並

4、承受射出鬆力將樹脂注入模穴中，完成射出成型週期。由於熱澆道系統模具在壓力傳遞上較傳統的二、三板式模具爲佳，因此在射出壓力及保壓壓力的控制上亦較爲容易。由於精密射出成型製程技術著重於保壓過程之控制，因此熱澆道系統模具適台於精密射出成型産品之生產。熱澆道系統模具雖具有上述種種優點'但亦有其缺點所在'如下述:1.1.償格較貫。2.2.阻窦清理麻煩，保養維護困難。3.3.模具結構複雜，加工不易。4.4•澆口設計受到限制，設計自由度較低。5.5.較不適用含玻璃纖維材料。6.6.成型溫度範圍較小之材料較難控制其射出成型製程。雖然熱澆道系統的價格

5、鮫資，但在S前一些高單價的超級工程塑膠（如PPS、LCD、PEEK等）之使用量愈來愈大，爲了節省材料成本以及更精確控制射出件之產品精度，熱澆道系統的使用是模具設計上的另一種選擇。二、二、熱澆道模具結構設計本硏究開發産品爲一穫塑膠軸承'如圖一所示，此産品功能要求重點在於內、外徑尺寸的精度以及同心度，因此在灌點決定在頂點中央，以片狀澆口進澆，灌點再以二次加工方式將其去除。此設計除了進澆效果較佳外，亦可解決內孔先端部分一防塵倒勾結構。灌點位置決定後‘即可同步進行模流分析的工作。五爲模流分析之充塡時間模擬，由於産品體積較小，2.475秒即完

6、成充塡。成型品底部因肉厚較厚'且幾何形狀的變化'將形成一紊流現象，此狀況可參考圖七模流分析之流動波前溫度模擬結果，其底部的溫度差異頗大，因此硏判此處發生收縮變形的機率將增加，因此在模具設計時應加強此部位之模溫冷卻迴路。由於熱澆道模具澆口設計的自由度較低，因此模具設計時需考慮成型品特徵及要求，在可允許設置灌點處，依照其幾何結構來選擇熱澆道熱嘴的型式。圖三爲熱澆道模具母模側視圖，設計案中熱嘴選用開放式針點熱嘴，其優點爲結構簡單易保養，且大小適中，符合模具初步設計之尺寸範圍。熱澆道熱嘴市售的廠牌眾多，國內外的製品均有其優缺點，而熱嘴的功能

7、要求主要在於溫度的控制精準，且熱嘴或熱流板系統所産生之熱量盡可能絕熱於熱澆道系統內，不影響模板的模溫控制。因此在熱澆道模具的設計中，模溫控制系統極爲重要，當模具溫度高過100°C時，模具的導套與導柱將因溫度的昇高產生熱膨脹，導致模具不能正常閉模而無法生産。爲了避免因模具因熱膨脹而導致無法閉模的況發生，在模具設計時可在導柱及導真週邊設計冷卻水路，以阻絕熱澆道及模溫系統所產生之熱量。由圖六模流分析之充塡慶力模擬結果硏判，産品成型所需的射出鬆力較小，在射岀成形機的選用上可使用較小噸數的機型即可成型。但由於產品要求的尺寸精度較高，射出成形機

8、在計量精度上必須相當精準，因計廈的誤差値過大導致融膠量不足或過量將導致成型品尺寸精度的變異，亦會造成産品生產時尺寸精度的重現性不佳的狀況發生。圖二爲熱澆道模具設計之正視圖，其中顯示模穴位置，熱流板流道及加熱器配置資訊。模穴的設計安排，