TWI842512B

TWI842512B - 射出成型設備及射出成型方法

Info

Publication number: TWI842512B
Application number: TW112116543A
Authority: TW
Inventors: 陳夏宗; 張詠翔; 丁郁宏; 鄭年添
Original assignee: 中原大學
Priority date: 2023-05-04
Filing date: 2023-05-04
Publication date: 2024-05-11
Also published as: TW202444545A

Abstract

一種射出成型設備，包括一模具單元、一射出裝置、一計算單元及一控制單元。模具單元包括兩模具。射出裝置適於射出一材料至相互靠合的兩模具之間的一模穴內。計算單元適於依據模穴內的一壓力計算出材料形成的一成品的一重量。控制單元適於依據成品的重量而調整射出成型設備的射出成型參數。

Description

射出成型設備及射出成型方法

本發明是有關於一種成型設備及成型方法，且特別是有關於一種射出成型設備及射出成型方法。

射出成型(injection molding)是一種生產由熱塑性塑膠或熱固性塑膠所構成的部件的過程。塑料在射出成型機的料筒內被加熱而熔化呈流動狀態，接著在柱塞或螺杆的加壓下，塑料被壓縮並向前移動，進而通過料筒前端的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模具內。經過一段時間冷卻定型後，開啟模具即得射出成型製品。

在射出成型的過程中，常需仰賴技術人員的經驗手動調整機台參數，以得到較佳的成品品質。然而，這樣的調整方式不僅耗費人力，且無一定標準可循，可能在更換技術人員之後無法再現相同的結果。此外，一般機台調整僅考量到機台是否達到可運作生產的水準，常導致參數調整上可能高於實際需求，造成能源浪費。

本發明提供一種射出成型設備及射出成型方法，其可提升成品的良率，並能節省人力及生產能源。

本發明的一種射出成型設備包括一模具單元、一射出裝置、一計算單元及一控制單元。模具單元包括兩模具。射出裝置適於射出一材料至相互靠合的兩模具之間的一模穴內。計算單元適於依據模穴內的一壓力計算出材料形成的一成品的一重量。控制單元適於依據成品的重量而調整射出成型設備的射出成型參數。

在本發明的一實施例中，當成品的重量大於一重量上限值或小於一重量下限值時，控制單元調整射出成型設備的射出成型參數

在本發明的一實施例中，上述的射出成型設備更包括一鎖模單元及一應變感測元件。鎖模單元包括一驅動元件及至少一導柱。兩模具適於被驅動元件驅動而藉由至少一導柱的導引而相互靠合。應變感測元件配置於至少一導柱且適於感測至少一導柱的一應變。計算單元適於依據至少一導柱的應變計算出模穴內的壓力。

在本發明的一實施例中，上述的至少一導柱的應變與模穴內的壓力的關係式為，其中ε是至少一導柱平行於鎖模方向的應變，P _cav是模穴內的壓力，E是至少一導柱的彈性模數，n是至少一導柱的數量，A是模穴在鎖模方向上的投影面積，K ₁是模穴內的壓力的轉換係數。

在本發明的一實施例中，上述的模穴內的壓力與成品的重量的關係式為，其中W是成品的重量，P _cav(t)是模穴內的壓力，t ₁是模具單元閉合時的時間點，t ₂是模具單元開啟時的時間點，K ₂是模穴內的壓力的積分值轉換係數。

本發明的一種射出成型方法包括：藉由一驅動單元驅動兩模具藉由至少一導柱的導引而相互靠合。藉由一射出裝置射出一材料至相互靠合的兩模具之間的一模穴內。藉由一計算單元依據模穴內的一壓力計算出材料形成的一成品的一重量。藉由一控制單元依據成品的重量而調整射出成型設備的射出成型參數。

在本發明的一實施例中，上述的藉由控制單元依據成品的重量而調整射出成型設備的射出成型參數的步驟包括：當成品的重量大於一重量上限值或小於一重量下限值時，控制單元調整射出成型設備的射出成型參數。

在本發明的一實施例中，上述的射出成型方法，包括：藉由一驅動單元驅動兩模具藉由至少一導柱的導引而相互靠合。藉由一應變感測元件感測至少一導柱的一應變。藉由計算單元依據至少一導柱的應變計算出模穴內的壓力。

基於上述，在本發明的射出成型設備中，計算單元可依據模穴內的壓力計算出成品的重量，再藉由控制單元依據成品的重量即時調整射出成型設備的射出成型參數，使成品的品質不受技術人員之間的經驗差異所影響，確保成品的品質一致且良好，從而提升成品的良率。同時，射出成型參數的調整由控制單元自動控制與優化，不僅有效降低生產能源的耗損，更能節省人力校調的成本。

圖1是本發明一實施例的射出成型設備的示意圖。請參考圖1，本實施例的射出成型設備100包括一模具單元110、一鎖模單元120、一射出裝置130、一應變感測元件160及一計算單元140。模具單元110包括兩模具112a、112b。鎖模單元120包括一驅動元件122(例如為汽缸)及至少一導柱124(繪示為三個)。兩模具112a、112b適於被驅動元件122驅動而藉由至少一導柱124的導引而相互靠合，而射出裝置130適於射出一材料至相互靠合的兩模具112a、112b之間的一模穴114內。驅動元件122驅動模具112a、112b相互靠合的詳細方式及材料射出至模穴114的詳細方式為本領域已知技術，於此不加以贅述。

應變感測元件160例如為應變規(strain guage，繪示為一個)，配置於至少一導柱124且適於感測至少一導柱124的一應變。計算單元140例如為電腦，適於依據至少一導柱124的應變計算出模穴114內的一壓力，以作為射出成型參數調整的參考。換言之，本實施例的射出成型設備100可依據導柱124的應變計算出模穴114內的壓力，而不需在模具112a或112b內或射出裝置130的噴嘴設置感測器以感測模穴114內的壓力，有助於降低生產成本，並能避免射出成型成品的表面因感測器的設置而產生缺陷或不平整。

具體而言，本實施例的導柱124連接於驅動元件122與模具112a之間，而能導引兩模具112a、112b相互靠合或遠離。當兩模具112a、112b相互靠合時，被驅動元件122驅動的導柱124施加一鎖模力於模具單元110，以防止模具單元110在材料射出至模穴114的過程中被撐開，而應變感測元件160適於在射出裝置130射出材料至模穴114內之後感測導柱124受力所產生的應變，並可將感測訊號傳輸至計算單元140。

計算單元140在收到訊號之後可依據導柱124的應變計算出鎖模單元120施加於模具單元110的鎖模力。詳細而言，導柱124的應變與鎖模力的關係式為σ _c= E/((1+υ)(1−2υ))[(1−υ) ε _x+υ(ε _y+ε _z)]，其中σ _c是鎖模力，E是模具單元110的彈性模數，υ是模具單元110的蒲松比(Poisson's ratio)，ε _x是模具單元110平行於鎖模方向(即導柱124的移動方向)的應變量，ε _y是模具單元110垂直於鎖模方向的一方向的應變量，ε _z是模具單元110垂直於鎖模方向的另一方向的應變量。

進一步地，計算單元140可依據導柱124的應變計算出模穴114內的壓力，其中導柱124的應變與模穴114內的壓力的關係式為，其中ε是導柱124平行於鎖模方向的應變量，P _cav是實際的模穴內壓力，E是導柱124的彈性模數，n是導柱124的數量，A是模穴114在鎖模方向上的投影面積，K ₁是模穴114內壓力的轉換係數。詳細而言，若σ _c小於或等於(A*P _cav)，。若σ _c大於(A*P _cav)，則。簡言之，本實施例的射出成型設備100可依據導柱124的應變計算出模穴114內的壓力，以做為射出成型參數調整的依據，而不需額外設置感測器以感測模穴114內的壓力。

在如前述般計算出模穴114內的壓力之後，計算單元140適於依據模穴114內的壓力計算出材料形成的一成品的一重量，其中模穴114內的壓力與成品的重量的關係式為，其中W是成品的重量，P _cav(t)是成型過程中各時間點對應的模穴內壓力，t ₁是模具單元110閉合的時間點，t ₂是模具單元110開啟的時間點，K ₂是模穴114內的壓力的積分值轉換係數。

進一步而言，射出成型設備100更包括一控制單元150，而控制單元150適於依據成品的重量而調整射出成型設備100的射出成型參數。更進一步地，在計算出成品的重量之後，便可訂定出成品的重量的合格範圍，而此合格範圍具有一重量上限值及一重量下限值。當成品的重量大於重量上限值或小於重量下限值時，控制單元150調整射出成型設備100的射出成型參數，以將成品的重量控制於合格範圍內，確保成品的品質一致且良好，從而提升成品的良率。射出成型參數的調整為已知技術，於此不再贅述其調整細節。

由於本實施例的射出成型設備100依據成品的重量而對射出成型參數進行調整，不需倚重技術人員的經驗，故成品的品質不受技術人員之間的經驗差異所影響。同時，射出成型參數的調整由控制單元150自動控制與優化，不僅有效地降低生產能源的耗損，更能節省人力校調的成本。

此外，本實施例的射出成型設備100可選配一溫度感測元件170。溫度感測元件170可配置於兩模具112a、112b的至少其中之一而適於感測模穴114內的一溫度。計算單元140適於依據由導柱124的應變計算出的模穴114內的壓力及溫度感測元件170感測到的模穴114內的溫度而計算出模穴114內的一比容，以進一步瞭解成品的特性。

以下說明本發明一實施例的射出成型方法。圖2是本發明一實施例的射出成型方法的流程圖，其對應於上述實施例的射出成型設備100。請參考圖2，首先，藉由一驅動單元驅動兩模具112a、112b藉由至少一導柱124的導引而相互靠合(步驟S10)。接著，藉由一射出裝置130射出一材料至相互靠合的兩模具112a、112b之間的一模穴114內(步驟S20)。接下來，藉由一應變感測元件160感測至少一導柱124的一應變(步驟S30)。最後，藉由一計算單元140依據至少一導柱124的應變計算出模穴114內的一壓力(步驟S40)。

以下說明本發明一實施例的另一射出成型方法。圖3是本發明一實施例的另一射出成型方法的流程圖，其對應於上述實施例的射出成型設備100。請參考圖3，首先，藉由一驅動單元驅動兩模具112a、112b藉由至少一導柱124的導引而相互靠合(步驟S100)。接著，藉由一射出裝置130射出一材料至相互靠合的兩模具112a、112b之間的一模穴114內(步驟S200)。接下來，藉由一計算單元140依據模穴114內的一壓力計算出材料形成的一成品的一重量(步驟S300)。最後，藉由一控制單元150依據成品的重量而調整射出成型設備100的射出成形參數(步驟S400)。

圖2所示實施例中的步驟S40之後可接續圖3所示實施例中的步驟S300及步驟S400，但射出成型方法的流程不以此為限。另一方面，圖3所示實施例中的步驟S200與S300之間可以是圖2所示實施例中的步驟S30及步驟S40，但射出成型方法的流程不以此為限。

綜上所述，在本發明的射出成型設備中，兩模具適於被驅動元件驅動而藉由至少一導柱的導引而相互靠合。由於應變感測元件配置於至少一導柱且適於感測至少一導柱的應變，計算單元便能依據此應變計算出模穴內的壓力，而不需安裝額外的感測器，從而有助於降低生產成本，並避免射出成型成品的表面因感測器的設置而產生缺陷或不平整。

此外，計算單元還可依據模穴內的壓力計算出成品的重量，再藉由控制單元依據成品的重量即時調整射出成型設備的射出成型參數，使成品的品質不受技術人員之間的經驗差異所影響，確保成品的品質一致且良好，從而提升成品的良率。同時，射出成型參數的調整由控制單元自動控制與優化，不僅有效降低生產能源的耗損，更能節省人力校調的成本。

100:射出成型設備 110:模具單元 112a、112b:模具 114:模穴 120:鎖模單元 122:驅動元件 124:導柱 130:射出裝置 140:計算單元 150:控制單元 160:應變感測元件 170:溫度感測元件

圖1是本發明一實施例的射出成型設備的示意圖。圖2是本發明一實施例的射出成型方法的流程圖。圖3是本發明一實施例的另一射出成型方法的流程圖。

100:射出成型設備

110:模具單元

112a、112b:模具

114:模穴

120:鎖模單元

122:驅動元件

124:導柱

130:射出裝置

140:計算單元

150:控制單元

160:應變感測元件

170:溫度感測元件

Claims

一種射出成型設備，包括：一模具單元，包括兩模具；一射出裝置，適於射出一材料至相互靠合的該兩模具之間的一模穴內；一計算單元，適於依據該模穴內的一壓力計算出該材料形成的一成品的一重量；以及一控制單元，適於依據該成品的該重量而調整該射出成型設備的射出成型參數。
如請求項1所述的射出成型設備，其中當該成品的該重量大於一重量上限值或小於一重量下限值時，該控制單元調整該射出成型設備的射出成型參數。
如請求項1所述的射出成型設備，包括一鎖模單元及一應變感測元件，該鎖模單元包括一驅動元件及至少一導柱，該兩模具適於被該驅動元件驅動而藉由該至少一導柱的導引而相互靠合，該應變感測元件配置於該至少一導柱且適於感測該至少一導柱的一應變，該計算單元適於依據該至少一導柱的該應變計算出該模穴內的該壓力。
如請求項3所述的射出成型設備，其中該至少一導柱的該應變與該模穴內的該壓力的關係式為
，其中ε是該至少一導柱平行於鎖模方向的該應變，P_cav是該模穴內的該壓力， E是該至少一導柱的彈性模數，n是該至少一導柱的數量，A是該模穴在鎖模方向上的投影面積，K₁是該模穴內的該壓力的轉換係數。
如請求項1所述的射出成型設備，其中該模穴內的該壓力與該成品的該重量的關係式為
，其中W是該成品的重量，P_cav(t)是該模穴內的該壓力，t₁是該模具單元閉合時的時間點，t₂是該模具單元開啟時的時間點，K₂是該模穴內的該壓力的積分值轉換係數。
一種射出成型方法，包括：藉由一驅動單元驅動一模具單元的兩模具藉由至少一導柱的導引而相互靠合；藉由一射出裝置射出一材料至相互靠合的該兩模具之間的一模穴內；藉由一計算單元依據該模穴內的一壓力計算出該材料形成的一成品的一重量；以及藉由一控制單元依據該成品的該重量而調整一射出成型設備的射出成型參數。
如請求項6所述的射出成型方法，其中藉由該控制單元依據該成品的該重量而調整該射出成型設備的射出成型參數的步驟包括：當該成品的該重量大於一重量上限值或小於一重量下限值時，該控制單元調整該射出成型設備的射出成型參數。
如請求項6所述的射出成型方法，包括：藉由一驅動單元驅動該兩模具藉由至少一導柱的導引而相互靠合；藉由一應變感測元件感測該至少一導柱的一應變；以及藉由該計算單元依據該至少一導柱的該應變計算出該模穴內的該壓力。
如請求項8所述的射出成型方法，其中該至少一導柱的該應變與該模穴內的該壓力的關係式為
，其中ε是該至少一導柱平行於鎖模方向的該應變，P_cav是該模穴內的該壓力，E是該至少一導柱的彈性模數，n是該至少一導柱的數量，A是該模穴在鎖模方向上的投影面積，K₁是該模穴內的該壓力的轉換係數。
如請求項6所述的射出成型方法，其中該模穴內的該壓力與該成品的該重量的關係式為
，其中W是該成品的重量，P_cav(t)是該模穴內的該壓力，t₁是該模具單元閉合時的時間點，t₂是該模具單元開啟時的時間點，K₂是該模穴內的該壓力的積分值轉換係數。