剪切机械

科学注塑之MeltFlipper流道翻转

发布时间:2022/8/11 18:24:08   
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MeltFlipper流道翻转技术BranchingRunnerThermalandFlowBalancer为解决因多模穴模具各模穴充填不平衡,造成各模穴间质量不一致,导致生产良率受限问题的最佳利器。MeltFlipper流道翻转技术为美国Beaumont公司的专利技术,为全世界首创针对多模穴模具,提供融胶压力,温度,粘度等材料特性真平衡流动的技术。

一.概论

由于塑料剪切效应(sheareffect)的关系,即使在几何对称流道系统的多模穴模具(图1),也会产生因为较高温度塑料延着流道内侧先充填内侧模穴的流动不均问题(图2)。

图1.八穴模具几何平衡流道设计图2.八穴模具几何平衡流道设计下仍然

长久以来,人们将这种现象归咎于模具温度的变异或模具变形。然而,经过一系列的实验及模流分析已经证明,此不平衡现象是源自于充填阶段,融胶在流道系统内所受的剪切效应而产生的不对称现象。该现象导致多模穴模具各模穴彼此之间的性质产生差异,包含模穴压力,融胶温度,及产品的机械性能。这种融胶流动不对称现象所产生的影响可大可小,需要引起重视。

MeltFlipper流道翻转技术藉由将流道中流动的融胶翻转,重新形成对称的融胶特性配置,提供了多模穴模具因不对称剪切现象所导致质量不一致及模穴利用率受限问题的解决方案。因此,通过对这项技术的应用,可使多模穴模具的成形制程,可以达到各模穴的融胶压力、温度、粘度与机械性质均匀一致的状态。

二.不平衡流动的成因(CauseofImbalanceFlow)

塑料溶胶在流道中的流动特性是非常复杂的。其剪切率(shearrate)、温度及粘度会随着融胶在流动方向及径向位置的不同而改变。通常最大剪切率会发生在靠近固化层的区域,而在流道中心部分的融胶剪切率为零。此高剪切现象会影响靠近固化层区域的融胶粘度,即粘度会因:

1.非牛顿流体(Non-Newtonian)的剪切致稀(Shearthinning)效应

2.剪切所导致摩擦生热现象

而降低。同时此摩擦生热现象也会造成靠近固化层区域的高剪切融胶温度会高于流道中心的融胶温度(图3至图7)。

图6,7几何对称融胶流入第一次分流点

图6,7几何对称融胶流入第一次分流点(次流道)所产生之温度分布变化

三.解决对策-MeltFlipperTM平衡流道

将MeltFlipper流道翻转技术设计之零件装置于多模穴模具流道分流处(图8),可将原欲发展成不对称特性之融胶翻转成仍维持对称的状态,藉以达到各模穴均维持一致压力、温度粘度等物性之真平衡,使各模穴产品之质量更趋一致,良率提高,不但恢复原先之设计产能及生产效率,更可突破以往因流动不平衡问题所形成的模穴数设计瓶颈,而达成扩大产能、降低成本之目地。

图8MeltFlipper流道翻转机构

四.案例介绍

A.一模四穴嵌件成型(如图9)且采用多点进浇,使用材料为添加33%玻纤成分的Nylon

问题:不平衡充填造成嵌件偏心导致成品不良率高达50%(4穴中有2穴成品报废)

图9射出嵌件(ThrottleBodyAdjuster)

改善结果:经使用改良后的平衡流道(如图10)嵌件偏心现像大幅改善4穴成品均达允收标准

图10MeltFlipper平衡流道

B.一模四穴定时环(timingring)成型(如图11:短射成品及流道),以3点进浇,使用LNPDF添加30%玻纤成分的pc,外径尺寸12.7mm

问题:成型过程中,由于融胶不平衡流动造成接近竖浇道的模穴体积充填较远离模穴体积快,当充填结束时,先充填的模穴体积产生过度保压,导致轮辐圆环平面变形翘曲而无法与配合件形成紧密组合(报废率30%)

图11定时环(timingring)短射成品及流

改善结果:经使用改良后的平衡流道(如图12)轮辐圆环平面变形翘曲现象获得根本改善,同时成型范围(保压压力)扩大,生产稳定,良率达%。

C.一模四穴汽车用连接器(Automotiveconnector)(如图14),使用添加玻纤成分的PBT塑料成型

问题:已知自然平衡流道仍因剪切致稀效应造成模穴不均匀充填;因此高、低剪切率融胶对成型后成品塑料中所含玻纤长度的影响为何?

结论

如图15所示,分别使用人工改良平衡流道与MeltFlipperTM平衡流道进行成型测试,左侧为未使用MeltFlipperTM平衡流道之玻纤平均长度:低剪切率/高剪切率=0.38/0.68≒1/2;右侧为使用MeltFlipperTM平衡流道之玻纤平均长度:低剪切率/高剪切率=0.77/0.81≒1/1。玻纤长度分布均匀的模穴可达成均匀收缩及轻微翘曲的效果,当然亦可使成品各部位尺寸变异程度降低且符合规格要求。

图15成型后高,低剪切率融胶成型的成品于不同部位的材质中所含玻纤长度比较



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