超高速射出成型机导入分析

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(1).简介:所谓高速与否之定义如图一.所示是以塑胶原料射出速度来区分，而非以整个射出成形循环速度来区分，业界以射出速度＜mm/sec以下归属于传统射出机，射出速度在~mm/sec归属于高速速射出成型机，而射出速度＞mm/sec以上为超高速射出成形机(图1)。超高速射出成型机一般应用在薄壁成型件上，所谓的薄壁产品定义，一般而言是指成品L/T比在以上，或壁厚在1.0~0.8mm或更小者作为薄壁成品看待。图1.区分射出速度示意图超高速充填成型，射出成型过程中，熔胶因受到模具冷却的影响而产生固化层；固化层(凝固层)会随着充填时间的增加而变厚，进而减少熔胶通过流道时的截面积，造成流动阻力与射胶压力的增加，尤其在薄件成型时影响更大(图2)。熔胶流动行为为非牛顿流体，其黏度与剪切速率成反比关系，当剪切速率愈大时，黏度愈低(此即所谓剪切稀薄特性)，故在使用超高速射出时，除利用超高速瞬间完成充填来避免固化层阻塞或封闭流道问题外，并由剪切稀薄及剪切加热双重效应降低熔胶黏度，提高熔胶流动性，进而达成薄件成型的目的(图3)。同时熔胶在低黏度、高射速下充填，模穴内的压力分布与温度分布比较均匀，减少了制品的残留应力，使得成品翘曲性降低与转写精度增加。图2.固化层之产生﹐于充填过程中造成流通截面积减少高速射出成型机先前发展多为油压机，因油压机有较高的塑化能力，射速高达mm/sec以上，若使用辅助系统可高达mm/sec。为因应洁静式环境与省电，厂商致力朝全电式系列发展，已有良好明显效果，也为产品多元性开发油电混合式系统。图3.塑胶粘度与剪切速率及温度的关系图(以GELexan塑胶为例)(2).需具备的特性与应用:1.特性:超高速射出机所牵涉的机台制造技术具高难度，包括油压阀的应答性、稳定性、重覆性、控制方法及锁模力、塑化单元均具有独特之要求与考虑。超高速射出成形机需具备以下基本特性----a.高马力的作动元件。b.高反应的油压系统。c.高精度的稳定控制系统。d.高钢性的锁模能力。e.高塑化力的供料能力。2.应用:广泛使用于精密与非精密微薄射出制品上，最薄尺寸大概介于＞0.15mm左右。薄件或小型化的产品：如连结器、手机外壳、光纤接头、读取头承座、IC插槽、IC托盘。(3).与传统射出机比较:(4).厂商与价格:以目前射出速度＞mm/sec以上的超高速射出成形机市场中，均以日本厂占大部份，或许是亚洲地缘关系国内代理商以日本品牌居多。而国内代理欧美品牌均称其射出速度在mm/sec左右，号称其塑化能力比日本机型强，＞mm/sec比较少生产，且多为油压加氮气机，售价也比日本机型贵。依机械作动原理电动机比油压机精准，因电动机采电动伺服马达控制注料，切换时间精准。油压机采油压缸作动，因残留动力影响切换时间较不准确，因此模具受压伤害也比较大。超高速射出成形机依对应产品不同有不同搭配方式，甚至有些可依客制化所以售价也不同。1.型号规格:2.代理商与连络:(5).优点:1.高速度射出可以克服薄件迅速冷却的问题，达到充填效果。2.对微薄射出制品运用广泛。如较不精准之太空杯、喇叭网、、等，或较精密微薄制品如窄间隙连接器、碟片、、等。3.较低的能源消耗。因薄件成形缩短周期时间，提供节省成本的机会。4.与传统射出成型比较，在高速率的射出状态下塑料具有较低的黏度，因此成型时的射出压力较低，可改善射出制品残留应力问题。5.与传统射出成型比较，在高速率的射出状态下，模穴内的压力与温度分布较均匀，因此翘曲变形可获得改善。6.能彻底解决充填短射问题。配合模内真空设备加速充填能有效解决此一问题。7.塑料高速射出，故成形周期可稍缩短。(6).缺点:1.机台售价高昂，在产品低价策略微利时代，延长摊提成本时间。2.增加外围设备投资成本。超薄成品射出欲求更良好效果，可能需增加辅助设备如模内抽真空设备、脉冲冷却、、等。3.机械设备保养维护费用高，间接增加投资成本。在高射速成形持续作动之下，其机件使用寿命是重要的考量，机器保养维护相当重要。4.需配合产品需求导向。此种机器已属专用机(薄壁产品)，应有此类产品持续性生产，才能发挥经济效益。5.模具设计制造成本间接增加。在高射速成形下模具制造材料选择必须考虑耐磨性、抗压性、抗腐蚀性与透气性，以及在组立崁合技术上都必需加强。6.高速射出制品比传统射出制品容易脆化断裂。(超高速射出成形需采用较特殊塑料减少脆化程度)(7).业界状况:业界某家领头的G公司以高速射出成形机生产3C产品，使用状况简述于下，可以作为我们参考。据资料来源指出，高速成型机的成型效果没有像外界报导来得好；可以说是拿来作为争取订单的工具。而超高速成型在该公司尚未被采用。1.高速射出成形机射速均在mm/sec左右德制机台。1-1.优点:稳定性良好，塑化能力强。1-2.缺点:与台制外围设备系统较不稳定。2.厚度在0.8mm以下使用高速射出成形机，然而在厚度0.3mm以下尚未尝试过，因其目前产品厚度均在0.3ｍｍ以上居多。3.某些产品需使用气辅、水辅方式生产，以减少在生产过程中翘曲变形。4.产品利用冷风吹冷以改善脆化程度，产品送样至少放置24Ｈ以上确保产品质量。5.在辅助成形外围设备上投入相当成本，如较好的模温机、氮气机、抽真空机、、等。6.高速射出成形再模具制造排气非常重要，水孔设计尽量采延成品面方式行走。(类似3D水孔设计)7.一般手机成形周约14秒，而客户要求周期8.5秒。所以在客户要求之下使用高速射出成形机打样，最终成本考量部份采传统成形机生产。8.认为每一高速射出机台有其特性些微差异，因此建立机台特性资料档案。9.为确保成品生产稳定性，采成品搭配机台方式生产。(专用机台)10.一般模具寿命大于成品寿命，但对于高速射出成形模具反之，因此在模具制造上制程要求重要。11.在手机模具制造上特殊案例是在2周内完成，但在正常情况下需要3周上下。(8).厂内状况:1.高速射出成形机设备方面有TOYO2台射速在mm/sec，住友1台射速在mm/sec业界称之为超高速射出成形机。2.现阶段我们主要生产产品厚度均在1mm以上，如X-BOX、蓝牙耳机、、等。以及少量的能源产品如Batterycover厚度均在0.35mm~0.5mm左右。3.目前厂内机台射出速度均在mm/sec~mm/sec日制机台，应付厚度在0.5mm以上产品应足够。4.成形外围辅助设备较不足。如氮气机、抽真空机、、等。(9).结论与建议:高速与否之定义﹐是以塑胶原料射出速度来区分。由于在塑件成型的整个程序(射出﹐保压﹐冷却)中﹐射出所占的时间比例极低，冷却部分所占的时间最长，约为成型循环时间50%~75%﹐因此即使提高射出速度﹐对于整体工时的改善效果有限的。反而是从成型技术角度来看﹐某些特别的薄壁产品于射出时，熔胶于模穴表面冷却固化，造成熔胶流动困难，甚至堵住无法流动，因此造成高射压或无法饱模，需以高速或超高速射出来克服此不良成型性。目前国内外无论是3C电子业或光电产品都已朝短、小、轻、薄精致化方向发展，射出成形加工面临成形技术考验，而电子产业产品生命周期急促短暂，为提高产能与良率纷纷大量投资超高速射出成型机。然而机械设备售价高昂，在现今微利时代中，假如没有一定的规模大量生产，反而会为投资带来沉重的负担。以我们公司目前成型设备、产品结构及预投资超高速射出成形机做以下分析建议:1.机台设备费用投资高，我们是否有足够的薄壁产品与产量来分摊费用？2.以我们现在主要的产品，肉厚均在1mm以上，仅有少量薄壳产品厚度在0.3mm~0.5mm左右，我们现有成形机已足够克服。3.超高速射出成型机针对于肉厚0.3mm~0.15mm产品，如记忆卡、窄间隙连接器等，都有很好的表现。但目前相关类似的产品我们并不多。4.据国外成形业界使用超高速射出成形机，主要使用于薄壁的高利润3C产品上，未来我们是否有大量的薄壁产品。5.就模具设计而言我们是否准备好，如制造技术及维修准备与速度，因模具问题长时间停机造成负面影响很大。6.必需同时考虑增强外围辅助生产设备，来改善成形技术困难处，以增加生产效益。在作效益评估时也必需考虑此点。传统的射出成形加工市场竞争激烈，相互削价争夺、利润微薄，故而引进更精密的成形加工设备，以提升成型加工技术层次，创造高附加价值的产品及利润的是公司致胜策略。然在思考导入高速或超高速射出于生产时，虽是我们提升模具设计制造与成形技术的好利机，但是需有相对应的产品订单，才能支撑高速成型机及其相关外围设备的昂贵投资与生产成本。

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