身為一位模具工程師,當接到一個產品時,應當要有一些手法來做開模評估。
因此需要有能力計算使用多大的機台或決定要設計多大的模具,必須先確認生產設備才能正確評估開模形式。而這當中必須要計算到鎖模力、射出計量、成形週期等等。
在評估之前,你必須要先取得客戶的3D圖或2D圖,主要是為了獲取最大外型尺寸、原料材質、尺寸公差的程度、有沒有其他規範要求,如外觀、指定工法等。如果沒有詳細的資訊,至少要向客戶索求上列資訊。
1.鎖模力
塑膠於模腔內射出時,由於模腔內是近真空環境,故需要很大的射出壓力灌進模腔內,因此機台需要很大的合模力來避免模具備撐開。 而成形機一般規格是噸數,就是代表具有的鎖模力,如100噸的規格就是指有100噸的合模壓力,那合模力不夠的話,好一點就是產品的毛邊炸出來,慘一點就是產品直接溢料了。 所以必須考量足夠噸數的機台來進行射出,以下是鎖模力的計算:
A 產品投影面積× P模內平均壓力× a 安全係數
2.射出計量
每台射出機會依據料管的大小,決定最大的射出容積。 若你的產品加流道用的料,容積太大,會造成無法完整成型; 而太小也不行,會造成後段的原料浸在料管裡加熱太久,而導致原料黃化或裂解。因此你需要的射出量必須保持在合理的比例區間。
料管的射出容積 :
d : 螺桿直徑 S : 螺桿移動距離
產品重佔料管比例 :
合理的比例區間 :
浸料時間計算(滯料時間) :
除了每模射出要有合理比重,也需要確認後段的原料會浸料多久,若時間太長每模射出的廖性會不穩定,是無法做連續生產的。一般標準是原料不可滯留於料管超過5分鐘。
公式 :
3.週期預估
射出成形週期是由開關模時間、射出時間、保壓時間、冷卻時間、與脫模時間(頂針做動時間與自動化夾取)共5個階段組成。
一般開關模時間2-3秒、射出時間1-2秒、保壓分保持與釋放段個別約為2-3秒和1秒,冷卻都佔大部分時間,可參考下表。
脫模則包含頂針做動的時間,若不是特別大型的產品約1秒; 另外也含取出時間,一般是由機械手取出。而各廠的經驗時間不同,可以參考自己公司的經驗。
以上加總就可以預估周期(Cycle Time)了。
4.產品與流道重量
產品的進膠與流道設計有很多種,這部分牽涉到很多產品與模具設計的概念,不過本篇先不探討設計的部分。
由於前面在抓射出計量的時候,會需要粗抓整模射出的重量,故一般有經驗的工程師就會找過去有類似體積或結構的案子,參考當中的流道用量,就可以做粗估了。
5.原料模溫
依原料的物性不同,適合不同的模溫,絕大多數的原料模溫用100-130度即可,但還是有些高溫性原料需要用高模溫,像工程塑膠如PEEK等。 而模溫機分水溫機和油溫機,又有分高溫機型或超高溫機型。 一般水溫機溫度約30-120度,高水溫機可達180度; 一般油溫機則可到30-200度,高油溫機可達300度。 因此要依原料選擇正確的模溫機。
6.其他設備
除了射出機與模溫機這種基本設備,整個流程還會有一些設備需要考量。
取出設備:
諸如剛剛提到的,你可能用機械手臂取料,或是三軸式夾具等。
剪切設備:
有些成品會連同流道一起取出,如一般側進膠或大口進膠。這就必須考量於線外或線內安置剪切機,並需要設計剪切治具。
預熱設備:
若你的產品是屬於雙射或是包射件,可能會須樣將鐵件或一射產品於外部預熱到一定溫度再放進模具裡,才不至於溫差過大產生其他問題。
擺盤設備:
成品打出來時,很常需要放上Tray或其他載具等,如果量大的話當然也要有設備能夠自動整列或是更換Tray。
當然,以上這類設備都不是必須的,依工廠的自動化程度以及產品的生產量來評估需求。
今天分享的內容是做產品評估時,最先需要評估的部分。必須要先定案設備與量能,因為這些都會牽涉到後續的設計與生產模式。