TWI597150B - 多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統 - Google Patents

Description

多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統

本發明是有關於一種熱澆道系統，特別是關於一種多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統。

射出成型技術為目前業界常使用之塑膠成形技術之一，射出成型的原理是利用射出成型機將塑膠顆粒加熱熔化為熔膠，再透過柱塞或螺桿將熔膠加壓後經由噴嘴注入射出成型模之模穴中，經一段時間的冷卻即可開模取得成品。而由於現今射出成型之成品朝向短、小、輕、薄及量產的方向發展，因此，可在一道射出製程中形成多個成品的一模多穴之模具成為射出成型模的主流，以因應大量且低成本的射出成型需求。

在一模多穴之射出成型過程中，熔膠在各個流道中可平衡流動使熔膠能在相同的時間中填滿每個模穴是相當重要的，若熔膠在各流道中不平衡的流動，可能會導致局部模穴中熔膠填充不足而產生「短射」的情形，反之，若使用者為解決短射問題而提高填充時間，則會造成局部模穴之成品過度填充而產生裂紋、破裂、翹曲或變形。

射出成型模根據其澆道的性質可大致區分為冷澆道及熱澆道，其中熱澆道是在熔膠於澆道流動的過程中持續加熱，使溶膠在澆道中保持熔融的狀態而不凝固，因此，相對於冷澆道，熱澆道可減少澆道中廢料的產生，且能減少澆道廢料取出的時間，且由於澆道中熔膠在兩道的射出成型製程中不會凝固，可大幅減少射出成型機的射出壓力及整體的成型週期。但熱澆道的缺點是熔膠在熱澆道的流動過程中，常因「剪切熱效應」導致接近熱澆道側壁的熔膠溫度大於熱膠道中心的熔膠溫度，請參閱第1圖，為一模八穴之射出成型模10，由於剪切熱效應的影響使得位於左側的4個內側模穴11會較位於右側的4個外側模穴12早完成塑料的填充，使得外側模穴12發生短射的問題，此外，該4個內側模穴11亦可能因剪切力的些微差異導致填充時間不同，而衍生成品的成型問題。

為解決上述之剪切熱效應造成之填充時間不均的問題，美國BTI((Beaumont. Technologies, Inc)在澆道中加入了熔膠翻轉的設計(US 6,077,470、US 6,503,438)使得熔膠於澆道的流動中產生翻轉，重新分佈熔膠因剪切熱效應產生的溫度不均，而平衡各熔穴的填充時間。或在其他習知技術中可透過改變澆口位置的溫度，使得熔膠在各澆口位置的流速改變，而藉此達到平衡填充的目的，但由於目前澆口位置之溫度的控制極為複雜，需要反覆進行數據擷取及邏輯運算後才可最佳化澆口位置之溫度的控制，以目前之電腦的運算能力，最多僅能在線控制約8個澆口位置的溫度，導致超過8個模穴之射出成型模目前僅能藉由BTI熔膠翻轉技術進行填充平衡，而增加了熱澆道設計/製造成本。

本發明的主要目在於藉由分群的方式將有相似填充性質的模穴區分在同一群組中，並以相同的溫度訊號控制同一群組的模穴所對應之熱灌嘴，而可在不受限於模穴的數量下控制熱灌嘴的溫度，以平衡多模穴之射出成型模的填充時間。

本發明之一種多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統包含一射出成型模、複數個感測器及一溫度控制模組，該射出成型模具有複數個模穴及一熱澆道裝置，該熱澆道裝置具有複數個熱灌嘴，各該熱灌嘴連通對應之各該模穴，該些熱灌嘴用以注入熔膠至該些模穴中，其中該些模穴及對應之該些熱灌嘴區分為複數個群組，各該感測器設置於各該群組中的一個模穴內，且該些感測器的數量小於該些模穴的數量，該些感測器用以偵測各該模穴的一實際填充時間，該溫度控制模組電性連接該些感測器，且該溫度控制模組根據該些模穴的該實際填充時間輸出複數個溫度訊號控制各該熱灌嘴的溫度，其中位於相同群組中的該熱灌嘴受相同的該溫度訊號控制，使位於相同群組中的該些熱灌嘴的溫度實質上相同。

本發明將該些模穴及該些熱灌嘴區分為該複數個群組，而由於位於相同群組中的該些模穴的填充性質相近，因此能以相同的該溫度訊號控制位於同一群組中的該些熱灌嘴的溫度大小，使同一群組中的該些熱灌嘴的溫度大致相同。而藉由該些熱灌嘴的溫度調整，以改變熔膠於該些熱灌嘴及該些模穴中的流速，使原本填充較慢的該些模穴的填充速度加快，或使原本填充較快的該些模穴的填充速度減慢，進而達到所有之該些模穴填充平衡之功效，且藉由將該些模穴及該些熱灌嘴分群控制的方式，使得本發明不會受到電腦運算能力的限制，而能延伸至控制更多的該些熱灌嘴及該些模穴。

請參閱第2圖，為本發明之一實施例，一種多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統100之功能方塊圖，該多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統100包含一射出成型模110、複數個感測器120、一溫度控制模組130及一演算控制模組140，該射出成型模110具有複數個模穴111及一連通該些模穴111的熱澆道裝置112，其中該些模穴111由一前模(圖未繪出)及一後模(圖未繪出)構成，用以容置熔膠以成型為一射出成品，該熱澆道裝置112供熔膠流動及分流，並將熔膠注入該些模穴111中，該些感測器120設置於該射出成型模110之各該模穴111中以感測熔膠經過該些感測器120的時間點，該溫度控制模組130經由該演算控制模組140電性連接該些感測器120，且該溫度控制模組130用以控制該熱澆道裝置112的溫度，該演算控制模組140用以接收該些感測器120的感測訊號並進行數據的運算。

請參閱第2、3及4圖，該熱澆道裝置112包含一機器噴嘴112a、一分流板112b及複數個熱灌嘴112d，該分流板112b連接該機器噴嘴112a及該些熱灌嘴112d，該機器噴嘴112a用以注射熔膠至該分流板112b之複數個流道112c中，熔膠並經由該些流道112c注入各該熱灌嘴112d中，請參閱第3及4圖，各該熱灌嘴112d連通對應之各該模穴111，該些熱灌嘴112d用以注入熔膠至該些模穴111中，且該些熱灌嘴112d可受溫度訊號控制而改變其溫度大小，進而影響熔膠的溫度及流動速度，藉此平衡各該模穴111的填充速度，但如先前技術所述，當今一般電腦僅能在線運算8個溫度訊號，使8個模穴能達到填充平衡。因此，請參閱第4圖，本發明之特徵在於將該些模穴111及對應之該些熱灌嘴112d區分為複數個群組G1~G8，由於位於相同群組G1~G8中的該些模穴111的填充性質大致相同，因此可同時以一個溫度訊號控制同一個群組中的該些熱灌嘴112d，而能以8個溫度訊號延伸控制至具有8個以上模穴111之該射出成型模110。其中於第4圖中，是以32模穴之該射出成型模110為例，該些模穴111依據其性質被區分為8個群組，但依該演算控制模組140的運算能力亦能區分為8個以上或8個以下個群組，本發明並不在此限，且第4圖中之該些群組G1~G8的分群方式僅為示意，實際群組的分群方式於下文第

至

段詳述。

請參閱第3及4圖，各該感測器120設置於各該群組中的一個模穴111內，因此，該些感測器120的數量小於該些模穴111的數量，且該些感測器120的數量與該些群組的數量相同，以設置有該感測器120之該模穴111的填充性質代表為整個群組之該些模穴111的填充性質，其中，該些感測器120可為溫度感測器或壓力感測器，用以感測熔膠填充於各該模穴111中的一實際填充時間，在本實施例中是使用溫度感測器，藉由溫度的變化感測熔膠是否經過該感測器120，請參閱第3圖，較佳的，各該感測器120設置於各該模穴111的底部，使得熔膠經過各該感測器120的時間點可表示為熔膠填滿各該模穴111的時間點，因此，當一設置於該射出成型模110上的近接開關(圖未繪出)感測到前模及後模完成閉模時，可判定為射出成型的週期開始，而當各該感測器120感測到溫度升高時，則判定為各該模穴111完成填充，該演算控制模組140分別接收該近接開關及該些感測器120的感測訊號後進行數據的運算，求得兩個時間點的時間差即可表示為各該模穴111中的該實際填充時間。

該演算控制模組140求得各該模穴111的該實際填充時間後，該溫度控制模組130根據該些模穴111的該實際填充時間輸出複數個溫度訊號控制各該熱灌嘴112d的溫度，由於位於相同群組中的該些模穴111的該實際填充時間相近，可將設置有該感測器120之該模穴111的該實際填充時間代表為群組中所有的該些模穴111的該填充時間，因此，位於相同群組中的該熱灌嘴112d能以相同的該溫度訊號控制，使位於相同群組中的該些熱灌嘴112d的溫度實質上相同。

溫度訊號的運算可將該些模穴111中最短之該實際填充時間為基準，提高其他具有較長之該實際填充時間的模穴111所對應之該熱灌嘴112d的溫度，進而增加熔膠的流速並減短其填充時間，以達到填充之平衡。或者，溫度訊號的運算可將該些模穴111中最長之該實際填充時間為基準，降低其他具有較短之該實際填充時間的模穴111所對應之該熱灌嘴112d的溫度，進而降低熔膠的流速並增加其填充時間，以達到填充之平衡。又或者，溫度訊號的運算能以一特定之填充時間為基準，降低或提高該模穴111所對應之該熱灌嘴112d的溫度，使得所有之該模穴111的該實際填充時間能夠接近且與該特定之填充時間相同，其中，該特定之填充時間可為該些模穴111之該實際填充時間的平均值或為使用者自訂之數值，而該些溫度訊號的運算可選自於模糊理論、基因演算法或其他最佳化之演算法，以求得最佳化之溫度訊號。

請參閱第3及4圖，在本發明的一實施例中，該些模穴111及對應之該些熱灌嘴112d是依據各該模穴111的一模擬填充時間區分為該複數個群組，直接針對各該模穴111因填充不平衡所造成之填充時間差異作為分群的依據，其中，可將該些模擬填充時間之間的差值在0秒~0.01秒之間內的該些模穴111區分為同一群組，或者，可直接依各該模穴111之該模擬填充時間由大至小排序，再等比例地區分為複數個群組。由於位於相同群組中的該些模穴111的填充時間相近，而可在後續實際的射出成型週期中以同一個溫度訊號控制位於同一群組中的該些熱灌嘴112d。其中，各該模穴111的該模擬填充時間是藉由一CAE軟體進行模擬後得知，本發明所使用之CAE軟體為Autodesk Moldflow 2016，而CAE軟體的模擬流程包含：模型建立，模型建立包含繪製圖檔、圖檔網格化、材料選擇及澆口設計；射出成型機的選擇；成型條件設定；執行分析；以及模擬結果取得。在其他實施例中，亦可使用他種CAE軟體進行模擬分析。

在本發明的一實施例中，該些模穴111及對應之該些熱灌嘴112d是依據各該模穴111於填充完成時的一模擬模穴壓力差區分為該複數個群組，該模擬模穴壓力差是在填充完成時各該模穴111中的最大壓力及最小壓力之間的差值，其中，可將該些模擬模穴壓力差之間的差值在0Bar~8.79Bar之間內的該些模穴111區分為同一群組，或者，可直接依各該模穴111之該模擬模穴壓力差由大至小排序，再等比例地區分為複數個群組。由於位於相同群組中的該些模穴111的模穴壓力差相近，而可在後續實際的射出成型週期中以同一個溫度訊號控制位於同一群組中的該些熱灌嘴112d。其中，各該模穴111的該模擬模穴壓力差是藉由該CAE軟體進行模擬後得知。

在本發明的一實施例中，該些模穴111及對應之該些熱灌嘴112d是依據各該熱灌嘴112d之一澆口112e的一模擬凝固層分率差(Difference of frozen layer fraction)區分為複數個群組，該模擬凝固層分率差為該熱灌嘴112d之該澆口112e於模擬過程中之最大凝固層分率與最小凝固層分率之間的差值，其中，可將該些模擬凝固層分率差之間的差值在0~0.001之間內的該些模穴111區分為同一群組，或者，可直接依各該模穴111之該模擬凝固層分率差由大至小排序，再等比例地區分為複數個群組。由於位於相同群組中的該些模穴111的凝固層分率差相近，而可在後續實際的射出成型週期中以同一個溫度訊號控制位於同一群組中的該些熱灌嘴112d。其中，各該模穴111的該凝固層分率差是藉由該CAE軟體進行模擬後得知。

在本發明的一實施例中，該些模穴111及對應之該些熱灌嘴112d是依據各該模穴111中之一射出成品P於填充完成時的一模擬整體溫度差(Difference of bulk temperature)區分為該複數個群組，該模擬整體溫度差是在填充完成時各該模穴111中的最大整體溫度及最小整體溫度之間的差值，其中，可將該些模擬整體溫度差之間的差值在0℃~0.66℃之間內的該些模穴111區分為同一群組，或者，可直接依各該模穴111之該模擬整體溫度差由大至小排序，再等比例地區分為複數個群組。由於位於相同群組中的該些模穴111的整體溫度差相近，而可在後續實際的射出成型週期中以同一個溫度訊號控制位於同一群組中的該些熱灌嘴112d。其中，各該模穴111的該模擬整體溫度差是藉由該CAE軟體進行模擬後得知。

在本發明的一實施例中，該些模穴111及對應之該些熱灌嘴112d是依據各該熱灌嘴112d之該澆口112e的一模擬最大剪切率(Maximum shear rate)區分為該複數個群組，該模擬最大剪切率為各該熱灌嘴112d之該澆口112e於模擬過程中之最大剪切率，其中，可將該些最大剪切率之間的差值在11s^-1 ~7460s^-1 間內的該些模穴111區分為同一群組，或者，可直接依各該模穴111之該最大剪切率由大至小排序，再等比例地區分為複數個群組。由於位於相同群組中的該些模穴111的最大剪切率相近，而可在後續實際的射出成型週期中以同一個溫度訊號控制位於同一群組中的該些熱灌嘴112d。其中，各該模穴111的該最大剪切率是藉由該CAE軟體進行模擬後得知。

在本發明的一實施例中，該些模穴111及對應之該些熱灌嘴112d依據一平衡參數區分為該複數個群組，該些平衡參數的計算式為：其中，為第i 個模穴及對應之該熱灌嘴的該平衡參數，為第i 個模穴的該模擬填充時間(s)，為該些模穴111之該模擬填充時間中的最大值，為第i 個模穴於填充完成時的該模擬模穴壓力差(Bar)，為該些模穴111之該模擬模穴壓力差中的最大值，為第i 個熱灌嘴之該澆口的該模擬凝固層分率差(Difference of frozen layer fraction)，為該些模穴111之該模擬凝固層分率差中的最大值，、及為加權值，其中、及均介於0至1之間，且，在本實施例中，、及分別為0.24、0.43及0.33，而該模擬填充時間、該模擬模穴壓力差及該模擬凝固層分率差是藉由該CAE軟體進行模擬後得知，求得各該模穴111對應之該熱灌嘴112d的該平衡參數後，可將該些平衡參數之間的值在0.01~0.25 間內的該些模穴111區分為同一群組，或者，可直接將該些平衡參數由大至小排序，再等比例地區分為複數個群組。由於位於相同群組中的該些模穴111的該平衡參數相近，而可在後續實際的射出成型週期中以同一個溫度訊號控制位於同一群組中的該些熱灌嘴112d。

在本發明的一實施例中，該些模穴111及對應之該些熱灌嘴112d依據一平衡參數區分為該複數個群組，該些平衡參數的計算式為：其中，為第i 個模穴及對應之該熱灌嘴的該平衡參數，為第i 個模穴的該模擬填充時間(s)，為該些模穴111之該模擬填充時間中的最大值，為第i 個模穴於填充完成時的該模擬模穴壓力差(Bar)，為該些模穴111之該模擬模穴壓力差中的最大值，為第i 個熱灌嘴之該澆口的該模擬凝固層分率差(Difference of frozen layer fraction)，為該些模穴111之該模擬凝固層分率差中的最大值，為第i 個模穴之該射出成品於填充完成時的該模擬整體溫度差(Difference of bulk temperature)(℃)，為該些模穴111之該模擬整體溫度差中的最大值，為第i 個模穴之該射出成品的表面溫度差(℃)，為該些模穴111之該表面溫度差中的最大值，為第i 個熱澆道之該澆口的一模擬最大剪切率區(Maximum shear rate)(s^-1 )，為該些模穴111之該模擬最大剪切率區中的最大值，其中、、、、均介於0至1之間，且，在本實施例中，、、、、分別為0.15、0.16、0.13、0.08、0.09及0.39，而該模擬填充時間、該模擬模穴壓力差、該模擬凝固層分率差、該模擬整體溫度差、該射出成品的表面溫度差及該模擬最大剪切率區是藉由該CAE軟體進行模擬後得知，求得各該模穴111對應之該熱灌嘴112d的該平衡參數後，可將該些平衡參數之間的值在0.01~0.083間內的該些模穴111區分為同一群組，或者，可直接將該些平衡參數由大至小排序，再等比例地區分為複數個群組。由於位於相同群組中的該些模穴111的該平衡參數相近，而可在後續實際的射出成型週期中以同一個溫度訊號控制位於同一群組中的該些熱灌嘴112d。

本發明將該些模穴111及該些熱灌嘴112d區分為該複數個群組，而由於位於相同群組中的該些模穴111的填充性質相近，因此能以相同的該溫度訊號控制位於同一群組中的該些熱灌嘴112d的溫度大小，使同一群組中的該些熱灌嘴112d的溫度大致相同。而藉由該些熱灌嘴112d的溫度調整，以改變熔膠於該些熱灌嘴112d及該些模穴111中的流速，使原本填充較慢的該些模穴111的填充速度加快，或使原本填充較快的該些模穴111的填充速度減慢，進而達到所有之該些模穴111填充平衡之功效，且藉由將該些模穴111及該些熱灌嘴112d分群控制的方式，使得本發明不會受到電腦運算能力的限制，而能延伸控制更多的該些熱灌嘴112d及該些模穴111。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100‧‧‧多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統
110‧‧‧射出成型模
111‧‧‧模穴
112‧‧‧熱澆道裝置
112a‧‧‧機器噴嘴
112b‧‧‧分流板
112c‧‧‧流道
112d‧‧‧熱灌嘴
112e‧‧‧澆口
120‧‧‧感測器
130‧‧‧溫度控制模組
G1~G8‧‧‧群組
P‧‧‧射出成品
10‧‧‧射出成型模
11‧‧‧內側模穴
12‧‧‧外側模穴

第1圖：先前技術之一射出成型模的示意圖。 第2圖：依據本發明之一實施例，一種多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統的功能方塊圖。 第3圖：依據本發明之一實施例，一熱灌嘴、一模穴及一感測器的示意圖。 第4圖：依據本發明之一實施例，一射出成型模的示意圖。

110‧‧‧射出成型模

111‧‧‧模穴

112a‧‧‧機器噴嘴

112c‧‧‧流道

112d‧‧‧熱灌嘴

112e‧‧‧澆口

120‧‧‧感測器

G1~G8‧‧‧群組

Claims (4)

1. 一種多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統，其包含：一射出成型模，具有複數個模穴及一熱澆道裝置，該熱澆道裝置具有複數個熱灌嘴，各該熱灌嘴連通對應之各該模穴，該些熱灌嘴用以注入熔膠至該些模穴中，其中該些模穴及對應之該些熱灌嘴區分為複數個群組；複數個感測器，各該感測器設置於各該群組中的一個模穴內，且該些感測器的數量小於該些模穴的數量，該些感測器用以偵測各該模穴的一實際填充時間；以及一溫度控制模組，電性連接該些感測器，且該溫度控制模組根據該些模穴的該實際填充時間輸出複數個溫度訊號控制各該熱灌嘴的溫度，其中位於相同群組中的該熱灌嘴受相同的該溫度訊號控制，使位於相同群組中的該些熱灌嘴的溫度實質上相同；其中，該些模穴及對應之該些熱灌嘴依據一平衡參數區分為該複數個群組，該些平衡參數的計算式為： B(i)為第i個模穴及對應之該熱灌嘴的該平衡參數，FT _i 為第i個模穴的一模擬填充時間(s)，FT _max 為該些模穴之該模擬填充時間中的最大值，PD _i 為第i個模穴於填充完成時的一模擬模穴壓力差(Bar)，PD _max 為該些模穴之該模擬模穴壓力差中的最大值，FF _i 為第i個熱灌嘴之該澆口的一模擬凝固層分率差(Difference of frozen layer fraction)，FF _max 為該些模穴之該模擬凝固層分率差中的最大值，W ₁、W ₂及W ₃為加權值，其中W ₁、W ₂及W ₃均介於0至1之間，且W ₁+W ₂+W ₃=1。
2. 一種多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統，其包含：一射出成型模，具有複數個模穴及一熱澆道裝置，該熱澆道裝置具有複數個熱灌嘴，各該熱灌嘴連通對應之各該模穴，該些熱灌嘴用以注入熔膠至該些模穴中，其中該些模穴及對應之該些熱灌嘴區分為複數個群組；複數個感測器，各該感測器設置於各該群組中的一個模穴內，且該些感測器的數量小於該些模穴的數量，該些感測器用以偵測各該模穴的一實際填充時間；以及一溫度控制模組，電性連接該些感測器，且該溫度控制模組根據該些模穴的該實際填充時間輸出複數個溫度訊號控制各該熱灌嘴的溫度，其中位於相同群組中的該熱灌嘴受相同的該溫度訊號控制，使位於相同群組中的該些熱灌嘴的溫度實質上相同；其中，該些模穴及對應之該些熱灌嘴依據一平衡參數區分為該複數個群組，該些平衡參數的計算式為： B(i)為第i個模穴及對應之該熱灌嘴的該平衡參數，FT _i 為第i個模穴的一模擬填充時間(s)，FT _max 為該些模穴之該模擬填充時間中的最大值，PD _i 為第i個模穴於填充完成時的一模擬模穴壓力差(Bar)，PD _max 為該些模穴之該模擬模穴壓力差中的最大值，FF _i 為第i個熱灌嘴之一澆口的一模擬凝固層分率差(Difference of frozen layer fraction)，FF _max 為該些模穴之該模擬凝固層分率差中的最大值，BT _i 為第i個模穴之一射出成品於填充完成時的一模擬整體溫度差(Difference of bulk temperature)(℃)，BT _max 為該些模穴之該模擬整體溫度差中的最大值，PT _i 為第i 個模穴之該射出成品的一表面溫度差(℃)，PT _max 為該些模穴之該表面溫度差中的最大值，SR _i 為第i個熱澆道之該澆口的一模擬最大剪切率區(Maximum shear rate)(s^-1)，SR _max 為該些模穴之該模擬最大剪切率區中的最大值，其中W ₁、W ₂、W ₃、W ₄、W ₅及W ₆及均介於0至1之間，且W ₁+W ₂+W ₃+W ₄+W ₅+W ₆=1。
3. 如申請專利範圍第1至2中任一項所述之多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統，其中各該熱澆道裝置具有一機器噴嘴及一分流板，該分流板連接該機器噴嘴及該些熱灌嘴，該機器噴嘴用以注射熔膠至該分流板之複數個流道中，熔膠並經由該些流道注入各該熱灌嘴中，各該熱灌嘴受各該溫度訊號控制而改變溫度，進而改變熔膠於各該熱灌嘴中的流速。
4. 如申請專利範圍第1至2中任一項所述之多模穴之群組式平衡填充熱澆道系統，其中該些感測器的數量與該些群組的數量相同。