■台中精機 / 張家棟 銷售工程師
前言
影響塑膠產品品質穩定的五大因素，分別為「產品設計、原料種類、模具結構、機械設備以及成型參數」，本文將在此針對「機械設備」做進一步的探討。在塑膠生產的狀態中，可分別歸類為操作人員、塑膠原料、成型模具、機械設備等四個主要項目，其中在機械設備是連結操作人員、塑膠原料、成型模具的一個很重要的要因，簡易而精確的操控性能，可以讓操作人員容易上手，在理論跟實務上能搭配得宜，讓調機變成是一種樂趣！（如圖1 所示）良好的控溫模式，可以讓塑膠原料在最適合的溫度下進行加工成型作業，讓產出的成品良率維持高檔。穩定且耐用的鎖模結構，搭配精密的成型模具，讓成品可產出精品般的表面及完好的平整度，一臺好的射出成型設備，會帶給塑膠射出從業者諸多便利也可讓生產更為穩定，成品更為優異。
圖1：機械設備是連結操作人員、塑膠原料、成型模具的中介點
既然射出成型設備如此重要，那要如何去選擇適合生產塑膠產品的設備呢？在射出生產設備架構組成方面，可以分為動力系統、鎖模結構、射座形式、操控模式等四大項目，以下分別為各位介紹其特點。
動力系統
依油壓動力單元來區分，可分為感應式馬達及伺服節能馬達等兩類，感應式馬達即俗稱的一般馬達，特點是馬達泵浦隨時都保持全流量輸出，經由壓力/ 流量控制閥去進行線性控制，擁有良好的響應速度，但是，由於時時都是全載輸出，耗費的電力也相對驚人。另一種即是現今的主流動力單元，伺服節能馬達系統，因應塑膠射出成型機若使用一般馬達當動力單元，在生產時是一種高耗能的設備，於是在減少耗能，提高獲利方面，所使用的即為伺服馬達，一樣是由馬達帶動泵浦所產生動力，但是，在油壓控制回饋方面，取決於泵浦端的壓力感測器回饋的壓力值，去變更伺服馬達的驅動轉速，在響應上可以根據各廠家的馬達去調整，由於不是全時保持全流量輸出，再加上生產塑膠成品的其一特性，產品冷卻時間，在整個生產耗能方面，會比感應式馬達相對節省許多。
以上兩類動力單元，在生產塑膠製品時，都是推動各部位去作動的油壓缸，讓溶解的塑膠顆粒能以液態進入到膜腔內成型，但是要如何穩定控制動力輸出，讓射出成品穩定，則是要取決於油壓迴路的控制，伺服節能馬達是使用伺服系統，伺服機採用驅動器控制馬達輸出，閉迴路控制，比傳統半閉使用比壓/ 比流油壓閥控制，有著更穩定、更精準的效能，在產品的穩定度跟重現性上有更佳的表現。（如圖2 所示）
圖2：閉迴路控制，監控生產中的壓力/ 流量回饋數值，有著更穩定、更精準的效能
鎖模結構
塑膠射出過程裡，鎖模結構是一個非常重要的關鍵，經由油壓或伺服馬達動力驅動，讓公模板能壓住母模板，產生鎖模力量，承受每一次射出時，由射出缸輸出的射出壓力，並保持住模具公母模的緊密閉合度，讓充填進去膜腔內的熔膠能夠穩定冷卻成型，沒有多餘的洩漏，造成毛邊或翹曲不良。
目前市場上的鎖模結構，多數都是用曲手式，該設計採用雙曲肘上下平衡五點式設計，曲肘結構本身具有在遠端時採高速比運動，在模具接觸時高力比之特性，是最合乎夾模運動特性之機構，也是最省能源的方式。一個良好的曲手鎖模機構需包含以下要點，在頭板、二板及尾板方面，主要訴求是厚實堅固，或是由CAE 模擬的幾何設計，來確保整體的耐用度，在不斷重複的射出成型動作中，頭板跟二板會承受最多的力量，一個堅固的頭、二板、尾板能讓整個射出成品減少許多翹曲變形的機率，也能讓設備使用壽命增加。（如圖3 所示）在曲手結構設計方面，目的為傳導力量集中，減少力量發散。
圖3：運用電腦模擬，選擇最合適的結構設計，讓其在頭板、二板及尾板的變形量減少
射座形式
在射座方面有關影響成品的關鍵在射出油缸的設計，不同的射出油缸設計，會提供給使用者不一樣的射出速度跟射出最大壓力，因為目前塑膠件變化很多，有所謂的薄件、厚件、PC 透明件、PMMA 厚件……等等，因各塑膠特性不一樣，所要求的射出壓力跟射出速度也不一樣。
在射出缸方面，市面上的設備主要有雙缸、四缸、子母缸等形式設計，各有各的優點，但是！主要的訴求就是增加射出速度跟射出壓力！要維持射出壓力的穩定跟射出速度的提速，在射出機構的鑄件需有必要的強度，因為在射出成型動作，射出（線性、往復），若沒有一個高強度的鑄件支撐，會導致射壓下降，射速不足，讓成品產生缺料、短射等情況。
另外在射出成型的另一個要點，就是加料，穩定的加料，會讓塑膠成品的成品穩定度提高，減少成品氣泡的產生，通常在各零件設計搭配，加料（旋轉）運動跟射膠油缸是分離的，會有磨耗少、耐用性佳，並強化耐模環設計、中心定位支撐佳、洩漏少、壽命長等等優點。（如圖4 所示）
操控模式
一臺塑膠射出成型機，擁有了有力的動力單元，擁有了堅固耐用的鎖模結構，擁有了提供高射壓及高射速的射膠油缸設計，那當然要有一個匹配且適合的控制單元，讓整體能夠發揮出1+1 大於二的戰力！為何職會說是要有匹配且合適的控制單元，而不是貴的、進口的控制器呢? 其實控制器種類繁多，臺灣有盟立、台達、三和、寶元……等廠牌，其他國家也有FANUC、KEBA、SYSCOM2000……等控制器，但是，控制器的開發，往往伴隨著相關伺服動力回饋控制、料管溫度PID 控制、機台各部動作及電磁閥切換速度搭配及目前的工業4.0 擴充性預留，等諸多要因，在各廠家的設備裡，控制器的選擇及開發，目標都是朝著能夠將自身設備各硬體單元整合，發揮出各動作的精密控制，而且穩定生產。而在機能畫面分布及動作操作方面則是一個習慣的養成，各家都有不一樣的設定，所以在控制器的挑選方面，還是要由原廠搭配出的控制器為優先考量，畢竟在設備性能提升及生產穩定度上，各設備廠家針對控制匹配上已經有長期的測試及經驗，也能避免因安裝不匹配的控制器，影響本身設備的操控精度及生產穩定度。（如圖5 所示）
圖4：射出系統跟加料結構分開，可提高加料穩定度、磨耗少、維修容易等優點
圖5：控制器為射出成型機的整合輸出單元，合適的控制器應該具有高精度控制性、反應速度快、監控功能齊全、操作簡單方便且擴充性佳等特點，讓射出設備擁有良好的生產穩定度
結語
在塑膠射出成型的過程中，包含了「產品設計、模具結構、機臺設備、成型參數」等幾個面向，其中在產品設計及模具結構是在前端的接單、開發，而後確認，再經由機臺設備及成型參數的調整，來產出優良的成品，一個良好的機械設備，能夠讓成型參數的調整更得心應手，讓可調視窗變大，也能更符合當時設計出的產品，更能經由良好的模具結構設計，在射出成型過程中，提高生產成品的穩定度及重現性。■
