■龍成塑膠 / 林義閔 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「成型參數」做進一步的探討。「產品設計、原料種類、模具結構、機械設備」這四個面向，大多是可以具體且量化比較的，對於品質的好壞也佔了八成以上的影響程度。而「成型參數」則是與上述四個面向息息相關，藉由各項參數的調整才能轉化為最終的成品。但由於交互作用後的變數太多，因此不容易單就「成型參數」的好壞做評論，但「成型參數」若調整的好，除了能控制品質的精度與重現性，更重要的是可以延長模具與機臺的使用壽命。
塑膠射出成型的作動順序可概分為以下七個作動，持續循環的過程：❶關模（公母模合模）、❷射出（充填塑料）、❸保壓（壓縮原料與保持）、❹料管儲料（塑化下一模的原料量）、❺冷卻（產品固化及定
型）、❻開模（公模與母模分開）、❼頂出（讓產品脫離模具）。如圖1 所示。而這七個作動所延伸出來的參數調整，可以分為「溫度、壓力、速度、行程、時間」五大區塊，而每個區塊都有其不同的設定重點。
溫度設定
與溫度有關的設定可分為：「乾燥溫度」、「料管溫度」、「模具溫度」、「環境溫度」。當塑膠粒子中有殘留水氣，在生產時將會影響產品的外觀，甚至影響結構強度與尺寸穩定性，因此根據不同的原料種類會有不同的「乾燥溫度」設定。在原料烘乾後，料管會對原料進行加熱熔融，不同的原料種類也會有不同的「料管溫度」範圍，熱敏感度越高的原料，其可加工溫度範圍就越狹窄。原料熔融後，充填進入模具時，由於模具表面的溫度相對於料管溫度低很多，因此「模具溫度」對於皮膚層建立的快慢（如圖2 所示），以及模具表面的轉寫性，會有直接的影響。普遍來說，熱模比冷模所呈現出的品質會較好，但生產成本也會增加。而「環境溫度」則會間接影響原料的「乾燥速度」、「常溫冷卻水溫」、以及「成品離模後的冷卻速度」。
壓力設定
與壓力有關的設定可分為：「射出壓力」、「保壓壓力」、「儲料壓力」、「鎖模壓力」。
塑料在充填模腔時，會有「模腔內壓」作為抵抗，其「射出壓力」必須足夠，才能確保充填速度不會失速（如圖3 所示）。「保壓壓力」的作用則是壓縮模腔內的原料密度以控制尺寸，並讓塑料盡可能貼緊模面。此外，「保壓壓力」與「保壓時間」若設定的好，品質的穩定度會大幅提高，可說是非常重要的設定環節之一。「儲料壓力」的角色則是確保螺桿塑化原料時，能保持一定的熔融密度，而不至於過度鬆散。「鎖模壓力」則是控制公模和母模的閉合壓力，確保閉合壓力大於模腔內壓，而不至於從分模面上產生毛邊。
速度設定
與速度有關的設定可分為：「射出速度」、「保壓速度」、「儲料速度」、「關模速度」。「射出速度」是控制產品外觀的關鍵，需要根據「澆口形式、產品結構、成品肉厚差異」等進行不同的調整與配合，大多採取「慢、快、中」的三段射速做為基礎調機方向（如圖4 所示）。保壓階段中的「保壓速度」雖然大多會失速，但隨著原料的流動性與流長比的不同，可以做適當的調整以配合保壓時間。「儲料速度」主要是讓螺桿在熔融塑料時能產生剪切熱，藉以提高塑化與混煉時也可以配合冷卻時間來設定，但過快的轉速將可能導致塑料產生輕微的熱裂解現
象。「關模速度」主要是控制模具低壓保護的時間，提供合適的警報反應時間，讓模具可以在相對安全的條件下生產。
行程設定
與行程有關的設定可分為：「射出行程」、「射出終點」、「儲料行程」、「低壓保護位置」。每一段的「射出行程」應配合流道、澆口、產品結構、肉厚等，進行適度的調整與分段，調機者必須清楚掌握每一段的射出目的是什麼，接著再進行微調。但實際上如果只用2 段射出就能控制品質，也不見得一定要拆成3 段或4 段來完成。此外，射出段和保壓段的作用不同，因此這兩段的位置分界稱為「VP 切換點」，該位置通常很接近充填時的模腔內壓高點。
VP 位置的設定過早或過晚都不好，過早切換容易造成射壓無法充分的傳遞，過晚切換則容易造成成品毛邊或模具損傷。而「射出終點」是指射出與保壓的過程中，螺桿最前進的位置。因為保壓的作用在於控制產品尺寸與模面轉寫性，所以射出終點的位置穩定度要好，假使位置起伏不定，通常生產的品質也會不穩定。如果可以，同時針對「保壓終點」一起監控（如圖5-1 和圖5-2 所示），則會有更好的穩定性表現。「儲料行程」則是控制整模重量在料管裡的距離。「低壓保護位置」主要是設定在公母模的機械零件接觸之前，以極低壓的狀態進行合模前的緩衝，可避免因成品黏模或滑塊復位不良而造成嚴重的模具夾傷。
時間設定
與時間有關的設定可分為：「射出時間」、「保壓時間」、「儲料時間」、「冷卻時間」。一般來說，射出充填主要看的是位置行程與速度，但如果單純以位置來決定VP 點的時機，當遇到多模穴充填時，假使某一模塞穴，也可能導致其他模穴在高壓下充填過久，進而導致模具損傷或出現嚴重毛邊，因此，如果能同時限制「射出時間」，就可以作為安全機制。一旦發生塞穴情形，射出時間一結束，就會降壓到保壓階段。「保壓時間」的最大設定值，取決於澆口凝固冷卻的時間。在澆口未凝固前就結束保壓，則產品區的模腔內壓可能會讓塑料回流到流道或射嘴中，導致成品的穩定度下降。「儲料時間」則與料管的溫度、儲料時的壓力、原料的分子鏈分布情況、原料的乾燥程度有直接關係，因為當每一次儲料的熔融密度有變化時，通常儲料時間也會有變化，因此儲料時間越穩定，則代表該次料管儲料的劑量是穩定的。而「冷卻時間」則取決於原料的熱變形溫度與模具溫度的高低，在不導致成品變形的情況下，則可開模取出成品。
結語
一個好的成型參數，首要條件是要能避免容易造成模具或機臺損傷，接著再求穩定度與重現性，最後才是提升產品品質。產品的品質，不該只仰賴調機技巧來完成，而是需要透過「產品設計、模具結構、機臺設備」所共同建構而成的，「成型參數」則是配合原料種類的特性，試著將產品應有的品質給呈現出來。在初期試模的過程中，也必須要盡可能將成型的加工可調視窗加大（如圖6 示），透過各個參數的調整，來檢測產品設計與模具結構的好壞，並藉此檢討與改善。當成型可調視窗增大後，生產品質受到成型參數的影響性就會降低，也不容易受到其他因素影響。簡單來說，如果成型參數調整的過程越輕鬆容易，則每次生產時的重現度就會高，量產時的穩定度也會提高。■
