67 塑膠模具的認識

67 塑膠模具的認識 /工業理工/ TK Design & Company

模具的構造基礎

塑膠的射出成形模具要能被鎖定於指定的機台，接受加溫溶化

的塑膠，讓它很容易被擠壓入模內而成形。既要飽模，又不發

生毛邊。等待冷卻定形之後，開模，使成品能退出模具。而能

長期的重覆使用，是塑膠射出成形模具的構造基礎。

模具要能被鎖定於指定的機台

通常射出機台的『噸數』被編寫成『機種名』。例如 機種名

『Vs30』就是 30 噸、『Ve180』就是 180 噸。幾噸就是『最

大合模壓力』有幾噸，也是『最大射出量』約有幾公克的依據。

30 噸的機台最大射出量約是 20 公克、50 噸約 40 公克、100

噸約 100 公克、150 噸約 200 公克、200 噸約 300 公克、300

噸約 600 公克、400 噸約 1000 公克。成品的大小，最好是在

該機台最大射出量的 30~70%，飽模才會安定。

圖 不同牌子 120 噸和 180 噸的機台

機台的合模動作機構有 屈肘式、油壓式、以及 電動式 3 種。

屈肘式是利用 兩相對手臂，相互的屈折和伸直 來達成合模的

鎖模能力，克苦耐勞，是通常的機種。油壓式是小噸數的機種。

電動式可以做精密的成形，例如 要做很薄的成品。所以也有

屈肘式加電動式的機種。

射出成形機一般是臥式的，可以自動退出成品。也有立式的，

以方便用手置入物件，讓射出的塑膠來包覆住該物件。例如 做

電源線上的插頭和插座的射出。

圖 立式機台

開始做模具之前，必須先決定此模具將適用於多大『噸數』的

機台，以此做為該模具外型尺寸的『長』、『寬』、『 高』，以及

『取出行程』的依據。若模具太大，成品太小，將會找不到適

用的機台。

模具之總寬，必須讓模具於置入機台時，能通過該機台『四支

閉模導桿』之間的空隙。而模具的用膠量，亦須符合該機台『料

管』的最大射出量。至於該模具的用膠量，很容易由圖面估算

出來。

定位環 吊環螺孔

模具的尺寸還包括有『定位環』的直徑大小。以及 模具的上

側的面，必須做出『吊環螺孔』，以能鎖入吊環，來吊掛模具

上下機台之用。

料管

並且，機台的料管要有適用於此模具所使用的塑膠材質之『噴

嘴(Nozzle)』和『螺桿(Screw)』、以及『熱絲(Heater)』。

接受加溫溶化的塑膠 讓它很容易被擠壓入模內而成形

模具上的『灌嘴』是讓模具銜接到機台料管的元件，形狀如一

小喇叭的吹嘴。料管射出膠料，經過灌嘴而進入『澆道』，經

澆道分流後，再通過各個『進料點』，而到達各個欲成形的模

型內。此『各個欲成形的模型』，被稱為『穴』。注射流程 如

下圖示。

澆道 進料點

澆道直徑不能做太小，是因為要讓溶膠容易流動，使其不要產

生太大的阻力，而有利於機台的射壓控制，能敏感的傳達到各

個穴內。但澆道做太大則浪費材料。至於澆道直徑須要多大，

多係來自經驗值。

通常進料點做成小小一點的用意，就是不要造成成品的外觀不

良，或是使其在脫模後，容易與成品分離。

進料點形狀及位置的選擇，是一門大學問，是成品良否的一大

技術關鍵。

進膠點儘量做在不影響外觀處、儘量做在肉厚處、儘量避開機

構上的受力處、儘量做在使成品容易飽模處、儘量做在使射出

過程中順利逃風處。

既要飽模 又不發生毛邊

依理論值，每一穴都應從澆道分到相同的射壓。再依理論值，

每一穴的每一個地方，亦應得到理想的射壓。這樣、這一套模

具極容易調整條件，極容易穩定生產，成品亦極容易得到良好

品質。若各穴所受的射壓極不平均，就會發生某些穴有『毛邊』

某些穴不飽模，或某些穴尺寸比較大，某些穴尺寸比較小的問

題。

母模 公模

通常，成品的外形被做在『母模』側，母模是一個沒有機構裝

置的『模仁』。成品的內形則被做在『公模』側，公模是一個

含有退模機構的模仁。再母模通常被做在澆道側，公模也就是

做在退模側，此為配合機台的設計。

母模座 公模座

母模一般是由母模仁置入於母模座構成，公模亦同。模座使用

低硬度的『碳鋼』做成，通常是『55C』。模仁則要使用 高硬

度、耐腐蝕、或 耐高溫 的『合金鋼』做成，因塑料的不同，

或鏡面的要求，而會選擇不同的模仁材質。例如 給一般的

HIPS、ABS 用的模仁，用 P20。給小零件或亮面的模仁，用

NAK80、SCM420。給加纖材料的模仁，用、SCM420。給

LCP 的模仁，用瑞典的 Viking。有時，公模仁亦可以和母模

仁使用不同的材質，以降低成品。

將模仁置入於模座做成的公母模，比沒有分成模仁模座的公母

模優點多太多。在射出閉模時，模座會形成一個軟墊，能消除

模仁精度的誤差，讓公母模仁閉合穩定。如下圖所示。

良好的閉模壓力，除了來自機台的壓力外，通常、公母模仁都

要做比模座做高一點點，約 0.03~0.1mm，以免閉模後，實

際上模仁是陷入在模座內。

逃風

要讓成品能順利飽模，就要讓模具裡受塑料射入所擠壓的空

氣，能快速的逃出模具，此稱為『逃風』。『逃風口』約略是做

在離進料點最遠處的合模面上。將該處合模面上磨出一個凹陷

的縫隙，約 0.01~0.03mm 深、2~10mm 寬，常要不只一個

地方。要確定能通風到模具外，這點很重要，然而這個縫隙也

不可以因此發生毛邊。如下圖所示。

或者是、在成品為框形的中間，或成品有圓孔的中間，在公模

仁打洞。或者是、在模具有圓柱或方柱的地方，包括螺柱的『打

管』，故意給它有一點點的間隙，讓被塑料包圍的空氣能由這

洞或間隙溢出。如下圖所示。

公模面和母模面的平面加工太過於鏡面，也會引起包風。

有些塑料很容易出毛邊，並不須要做逃風，也不能做逃風。例

如 『尼龍』不加纖的、PP。

支撐柱

公模的背後必留有退模機構的活動空間，稱為『頂出』的頂出

行程，故公模的中心必為懸空的狀態，接受射壓時，會稍微凹

陷下去，會使成品肉厚變大。故於公模背後要加做『支撐柱』，

其作用尤如蓋房子時，水泥灌漿的模板，須靠支撐柱來頂住一

樣。如下圖所示。

等待冷卻定形

當塑膠射出完成後，模具並不能立即開模，須等待膠料完全凝

固而已經定形之後，才能開模取出成品。此期間稱為『冷卻』。

冷卻的方法通常係在公模和母模上做『水孔』，在模具的模仁

左右兩側面鑽孔相通，各二孔以上。位置及孔數皆須要對應成

品的所在，使各穴平均受溫。如下圖所示。

模溫 結晶

所謂的冷卻，對塑膠射出而言，並非就是低溫就好了，而是視

條件的須要，常須要有保溫的效果。故『模溫』可能被控制在

10℃、90℃、130℃、150℃ 等，以便來控制塑料於模具內

冷凝的時間，為長或為短，各有其效果。如射 Nylon 加纖這

類的結晶性塑料，若沒有 90℃至 130℃左右的模溫，使其緩

緩凝固，讓它在『橡膠態』時漸漸結晶，結晶後完全定形，成

為『玻璃態』，就會沒有結晶而停留在橡膠態，變形溫度只可

能剩下規格的一半，日後還會繼續變形。

模溫係由水孔來控制，水孔內流動的可以是水或油，低溫模具

使用水、高溫模具使用油。由『冷凍水』或『冷水』或『油溫

機』來提供模溫。模具連續的射出後，也會有一定的模溫。原

則上每一個水孔內的水或油，都可以被分別控制其流量，以調

節模溫。

當使用模溫機時要小心，不要給模具、油管、成品、料頭 燙

到。

開模 使成品能退出模具

開模時，成品必須穩固的被抓住在公模上，絕不能被母模拖出

去任何的一點點，若被母模拖到，外形就會『拖傷』。開模後，

藉由『頂出針』將成品頂離出公模面。在頂出過程中，亦不可

以頂不出來，而損壞到成品，發生『白痕』。頂出如下圖所示。

退模角

為了使成品容易脫模，一般的塑膠產品的退模側面，都會被設

計成斜面，而不可以是和正面成為直角的，以避免開模時成品

被『拖傷』。此成品側面做成幫助退模用的斜度，稱為『退模

角』。一般以幾度稱呼，如 0.5˚、1˚、2˚、3˚。

滑塊

當產品須要有倒勾的結構，或側肉須要有孔時，依模具開模的

動作方向來想，是一定會將此倒勾或孔拉壞的。這時，須要再

做一個由側面退模的機構，稱為『滑塊』。當模具開模時，滑

塊要先退出，然後才能將成品頂出。

一般都是將滑塊做在公模上，滑塊於閉模時被母模的機構推入

定位，於開模時由彈簧彈出離位。如下圖所示。

為了滑塊的耐用性，滑塊下方應墊一片『耐磨板』的高硬度鋼，

使滑塊在長久滑動後，也不會因磨損而發生卡住或鬆動。如下

圖所示。

斜頂出

有倒勾的退模，亦可利用『斜頂出』的方法，將該倒勾做於頂

出針上。開模時，因斜頂出針會漸漸移位，而使該導勾脫離該

斜頂出針。如下圖所示。

退模後，有澆道和成品兩件產品。原則上澆道可以回收，加入

於新料內再利用，不要超過 15%。次料不能被汙染。

能長期的重覆使用

閉模時，公母模要能互相精準的定位。閉模係先由公模座上的

四支『導桿』導入母模座上的四個『導管』。之後公母兩模仁

接觸時，再由公母兩模仁上的兩組『定位柱』互相嵌入。如此

才能確保公母模互相對應的尺寸的準確，以及公母模仁不致於

互相咬到而損壞。如下圖所示。

封板

公母模座外會各加一個『封板』，這兩個封板的左右寬度會做

得比模座大，左右各凸出約 40mm，使模具藉由這個抓面，

被機台的『靜板』和『動板』抓住而固定在機台上。母模鎖固

在機台的『靜板』上，公模鎖固在機台的和『動板』上，各左

右側各鎖 2 支『抓具』。機台的靜板側係膠料的射出側，動板

側係提供模具的動作側，動作例如 開閉模具、退出成品等。

如下圖所示。

模仁 滑塊 各個穴 頂針 都要編號

模具的各個零件，如 模座、模仁、滑塊、各個穴、頂針 等等，

都須要做基準面記號和編座號，於模具拆開保養或維修後再組

裝時，各個零件必須歸於原來的位置，並不得將相同尺寸的零

件任意置入別的座位，或改變方向。同時，各個零件都須要有

圖面存檔，以為修理，重製該零件之用。

熱處理

過高硬度的鋼材因為太硬，不可能被加工，故須於加工前鋼材

是軟的，加工後再拿去熱處理。

兩片模 三片模

模具須要夠厚夠大

菜刀嘴 補模

模仁要有銳角，包括合模面

圖

表面硬化處理 冷處理

模具的加工

現成的模座

研磨

CNC

線割

放電加工 鈹銅電極

推光

咬花

精密加工

內製與外包

模具的尺寸公差

圖面上所標之公差 實為成品尺寸之用 模具製作時 並不適用

要更精準 因為塑膠成形仍有誤差發生

量具

卡尺

投影機

高度計

顯微鏡

1 條=0.01mm、10 條=0.1mm、100 條=1mm。1 條=10μ。

現代的加工機具，已經可以達到 3μ的精度。

雙色射出

TK Cheng