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注塑薄壁制件注射翹曲變形詳細(xì)分析
????????翹曲變形是指注塑制品的形狀發(fā)生畸變而翹曲不平，偏離了制件的形狀精度要求，它是注射模設(shè)計(jì)和注射生產(chǎn)中常見的較難解決的制品缺陷之一。
????????隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，特別是電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對塑料制品的外觀和使用性能要求越來越高。如筆記本及掌上電腦，扁薄手機(jī)等塑殼制件，翹曲變形程度已作為評定產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，越來越受到模具設(shè)計(jì)者的關(guān)注與重視。希望在設(shè)計(jì)階段預(yù)測出塑料件可能產(chǎn)生的翹曲原因，以便優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小產(chǎn)品的翹曲變形，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度要求。
????????1、翹曲變形產(chǎn)生的原因
????????翹曲變形是制品在注射工藝過程中，應(yīng)力和收縮不均勻而產(chǎn)生的。脫模不良，冷卻不足，制件形狀和強(qiáng)度不宜，模具設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)不佳等也使塑件發(fā)生曲變。
????????模溫不勻，塑件內(nèi)部溫度不均勻。
????????塑件壁厚差異和冷卻不均勻，導(dǎo)致收縮的差異。
????????塑件厚向冷凝壓差和冷卻速差。
????????塑件頂出時(shí)溫度偏高或頂出受力不勻。
????????塑件形狀不當(dāng)，具有彎曲或不對稱的形狀。
????????模具精度不良，定位不可靠，致使塑件易翹曲變形。
????????進(jìn)料口位置不當(dāng)，注射工藝參數(shù)不佳，使收縮方向性明顯，收縮不均勻。
????????流動(dòng)方向和垂直于流動(dòng)方向的分子鏈取向性差異，致使收縮率不同。
????????凸凹模壁厚向不對稱冷卻，冷卻時(shí)間不足，脫模后冷卻不當(dāng)。
????????2、模具結(jié)構(gòu)對注塑件翹曲變形的影響
????????在模具設(shè)計(jì)方面，影響塑件翹曲變形的因素主要有三大系統(tǒng)，分別是澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)與頂出系統(tǒng)等。
????????澆口的設(shè)計(jì)
????????注塑模澆口是整個(gè)澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的位置、形式和澆口的數(shù)量直接影響熔料在模具型腔內(nèi)的填流狀態(tài)，導(dǎo)致塑料固化、收縮和內(nèi)應(yīng)力的異變。常用的澆口類型有側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口、直澆口、扇形澆口以及薄膜型澆口等。
????????澆口位置的選擇應(yīng)使塑料的流動(dòng)距離最短。流動(dòng)距離越長，內(nèi)部流動(dòng)層與外部凍結(jié)層之間的流動(dòng)差增加，這樣凍結(jié)層與中心流動(dòng)層之間流動(dòng)和補(bǔ)縮引起的內(nèi)應(yīng)力愈大，塑件變形也隨之增大;
????????反之，流動(dòng)距離越短，從澆口到制件流動(dòng)末端的流動(dòng)時(shí)間越短，充模時(shí)凍結(jié)層厚度減薄，內(nèi)應(yīng)力降低，翹曲變形也會(huì)因此減小。
????????如精密薄壁較大塑件，使用一個(gè)中心澆口或一個(gè)側(cè)澆口，因徑向收縮率大于周向收縮率，成型后的塑件會(huì)產(chǎn)生較大的扭曲變形;若改用多個(gè)點(diǎn)澆口或薄膜型澆口，則可有效地防止翹曲變形，因此設(shè)計(jì)時(shí)須進(jìn)行流動(dòng)比計(jì)算校核。
????????當(dāng)采用點(diǎn)澆口成型時(shí)，同樣由于塑料收縮的異向性，澆口的位置、數(shù)量都對塑件的變形程度有很大的影響。
????????對扁平箱形塑件在不同澆口數(shù)目的分布試驗(yàn):采用15%玻璃纖維增強(qiáng)PA66，重量為1450g的塑件，沿四周壁流動(dòng)方向上設(shè)有許多加強(qiáng)肋。采用基本相同的工藝參數(shù)。澆口方式：(a)直澆口，(b)5~4個(gè)點(diǎn)澆口，(c)9~8個(gè)點(diǎn)澆口。試驗(yàn)結(jié)果，按b設(shè)置澆口具有最好的效果，滿足設(shè)計(jì)要求。按c設(shè)計(jì)的澆口比直澆口還差,翹曲變形量超出設(shè)計(jì)要求3.6~5.2mm。
????????多澆口能使塑料的流動(dòng)比(L/t)縮短，從而使模內(nèi)熔料密度和收縮更趨均勻。同時(shí)，塑件能在較小的注射壓力下充滿模腔，減少塑料的分子取向傾向，降低內(nèi)應(yīng)力，減少塑件的變形。
????????冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
????????在注射過程中，塑件冷卻速度的不均勻也將形成塑件收縮的不均勻，這種收縮差別導(dǎo)致彎曲力矩的產(chǎn)生而使塑件發(fā)生翹曲。
????????如精密扁平狀較大塑殼件模具型腔、型芯的溫度相差過大，冷模腔面的熔體很快冷卻下來，而貼近熱模腔面的料層則會(huì)繼續(xù)收縮，收縮的不均勻?qū)⑹顾芗N曲。因此，注塑模的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格控制型芯、型腔的溫度平衡。
????????對精密扁平狀塑殼件，成型收縮率較大而易變形的材料，生產(chǎn)試驗(yàn)表明，溫差不宜超過 5°~8°。
????????其次，還應(yīng)考慮塑件各側(cè)溫度的一致，即保持型芯、型腔各處溫度均勻一致，使塑件各處的冷卻速度均衡，收縮均勻，有效防止變形的產(chǎn)生。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，應(yīng)經(jīng)嚴(yán)格的工藝試模確定。因此，模具上冷卻水孔的設(shè)置至關(guān)重要。
????????管壁至型腔表面距離確定后，應(yīng)盡可能使冷卻水孔之間的距離小，必要時(shí)采用疏密不均的排列形式，即料溫高處冷卻水孔排密一些，料溫低處冷卻水孔排稀疏一些，以維持冷卻速度基本相同。同時(shí)，由于冷卻介質(zhì)的溫度隨冷卻水道長度的增加而上升，冷卻回路的水道長度不宜過長。
????????頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
????????頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也直接影響塑件的變形。如果頂出機(jī)構(gòu)布置不平衡，造成頂出力的不均衡而使塑件變形。因此，在設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)力求與脫模阻力相平衡。頂桿的截面積不宜太小，以防塑件單位面積受力過大而產(chǎn)生變形。
????????頂桿的布置應(yīng)盡量靠近脫模阻力大的部位。對于精密扁平狀塑殼件，應(yīng)盡可能多設(shè)頂桿以減少塑件的變形，并采用頂桿脫模與推件板脫模相結(jié)合的復(fù)合脫模機(jī)構(gòu)。
????????用軟質(zhì)塑料來生產(chǎn)大型深腔薄壁的塑件時(shí)，由于脫模阻力較大，而材料又較軟，如果完全采用機(jī)械式頂出方式，將使塑件產(chǎn)生變形，若改用多元件聯(lián)合或氣(液)壓與機(jī)械式頂出相結(jié)合的方式效果會(huì)更好。
????????3、充模冷卻與翹曲變形
????????熔融的塑料在注射壓力的作用下，充入模具型腔并在型腔內(nèi)冷卻、凝固。在這個(gè)過程中，溫度、壓力、速度三者相互耦合作用，對塑件的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。
????????較高的壓力和流速會(huì)產(chǎn)生高剪切應(yīng)力，引起平行于流動(dòng)方向和垂直于流動(dòng)方向的分子取向的差異，形成塑件較大的內(nèi)應(yīng)力。溫度對翹曲變形的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
????????塑件內(nèi)外表面溫差會(huì)引起熱應(yīng)力和熱變形;
????????塑件不同區(qū)域之間的溫度差引起不均勻收縮;
????????不同的溫度狀態(tài)會(huì)影響塑料件的收縮率。
????????因此，嚴(yán)格控制適宜的注射工藝參數(shù)是減少翹曲變形的重要手段。
????????4、制件收縮與翹曲變形
????????注塑件翹曲變形的直接原因在于塑件的不均勻收縮。對翹曲變形分析而言，收縮本身并不重要，重要的是收縮的差異。在注塑成型過程中，熔料在注射充模階段由于聚合物分子沿流動(dòng)方向的排列使塑料在流動(dòng)方向上的收縮率比垂直方向的收縮率大，而使注塑件產(chǎn)生翹曲變形。
????????一般均勻收縮只引起塑料件體積上的變化，只有不均勻收縮才會(huì)引起翹曲變形。結(jié)晶型塑料在流動(dòng)方向與垂直方向上的收縮率之差較非結(jié)晶型塑料大，而且其收縮率也較非結(jié)晶型塑料大。因此，結(jié)晶型塑料件翹曲變形的傾向較非結(jié)晶型塑料大得多。
????????5、殘余熱應(yīng)力與翹曲變形
????????在注射成型過程中，殘余熱應(yīng)力是引起翹曲變形的一個(gè)重要因素，由于殘余熱應(yīng)力對制件翹曲變形的影響非常復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)通常借助注塑CAE軟件進(jìn)行分析和預(yù)測。
????????6、總結(jié)
????????影響精密扁薄形塑料制件翹曲變形的因素有很多，模具的結(jié)構(gòu)、塑料材料的熱物理性能以及注射成型過程的工藝參數(shù)均對制件的翹曲變形有不同程度的影響。因此，對制件翹曲變形機(jī)理的試驗(yàn)研究必須突出重點(diǎn)綜合考慮諸多的因素。
