引起注塑件翹曲、彎曲和扭曲的原因及防止辦法
注塑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，它是注射模設計和注射生產(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)量的重要指標之一，越來越受到模具設計者的關注與重視。希望在設計階段預測出塑料件可能產(chǎn)生的翹曲原因，以便優(yōu)化設計，減小產(chǎn)品的翹曲變形，達到產(chǎn)品設計的精度要求。
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，制件形狀和強度不宜，模具設計和工藝參數(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，導致收縮的差異。
塑件厚向冷凝壓差和冷卻速差。
塑件頂出時溫度偏高或頂出受力不勻。
塑件形狀不當，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。
進料口位置不當，注射工藝參數(shù)不佳，使收縮方向性明顯，收縮不均勻。
流動方向和垂直于流動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，冷卻時間不足，脫模后冷卻不當。
2、模具結(jié)構(gòu)對注塑件翹曲變形的影響
在模具設計方面，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。
1）.澆口的設計
注塑模澆口是整個澆注系統(tǒng)的關鍵部分，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)，導致塑料固化、收縮和內(nèi)應力的異變。常用的澆口類型有側(cè)澆口、點澆口、潛伏式澆口、直澆口、扇形澆口以及薄膜型澆口等。
澆口位置的選擇應使塑料的流動距離最短。流動距離越長，內(nèi)部流動層與外部凍結(jié)層之間的流動差增加，這樣凍結(jié)層與中心流動層之間流動和補縮引起的內(nèi)應力愈大，塑件變形也隨之增大;
反之，流動距離越短，從澆口到制件流動末端的流動時間越短，充模時凍結(jié)層厚度減薄，內(nèi)應力降低，翹曲變形也會因此減小。
如精密薄壁較大塑件，使用一個中心澆口或一個側(cè)澆口，因徑向收縮率大于周向收縮率，成型后的塑件會產(chǎn)生較大的扭曲變形;若改用多個點澆口或薄膜型澆口，則可有效地防止翹曲變形，因此設計時須進行流動比計算校核。
當采用點澆口成型時，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:采用15%玻璃纖維增強PA66，重量為1450g的塑件，沿四周壁流動方向上設有許多加強肋。采用基本相同的工藝參數(shù)。澆口方式：(a)直澆口，(b)5~4個點澆口，(c)9~8個點澆口。試驗結(jié)果，按b設置澆口具有最好的效果，滿足設計要求。按c設計的澆口比直澆口還差,翹曲變形量超出設計要求3.6~5.2mm。
多澆口能使塑料的流動比(L/t)縮短，從而使模內(nèi)熔料密度和收縮更趨均勻。同時，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)應力，減少塑件的變形。
2）.冷卻系統(tǒng)的設計
1.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)設計應嚴格控制型芯、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)試驗表明，溫差不宜超過 5°~8°。
其次，還應考慮塑件各側(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。在未完全冷卻時頂出，頂桿的頂推力往往使成型制件變形，所以未充分冷卻就勉強脫模會產(chǎn)生變形。對策是在模腔內(nèi)充分冷卻，等完全硬化后方可頂出。也可以降低模具溫度、延長冷卻時間。然而，有的模具的局部冷卻不充分，在通常成型條件下還有時不能防止變形。這種情況應考慮變更冷卻水的路徑、冷卻水道的位置或追加冷卻梢孔，尤其應考慮不用水冷，采用空氣冷卻等方式。
冷卻系統(tǒng)的設計在理論計算的基礎上，應經(jīng)嚴格的工藝試模確定。因此，模具上冷卻水孔的設置至關重要。
管壁至型腔表面距離確定后，應盡可能使冷卻水孔之間的距離小，必要時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，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。
3）.頂出機構(gòu)的設計
如果頂出機構(gòu)布置不平衡，造成頂出力的不均衡而使塑件變形。頂出機構(gòu)的設計直接影響塑件的變形。有的制件的脫模性不良，采用頂桿強行脫模而造成變形。對不易變形的塑料制件，這時不是產(chǎn)生變形而是產(chǎn)生裂紋。因此，在設計頂出機構(gòu)時應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。
對于ABS和聚苯乙烯制件，這種變形是以被推項部位的發(fā)白表現(xiàn)出來(參照開裂、裂紋、微裂和發(fā)白)。其消除方法是改善模具的拋光、使其易于脫模，有時使用脫模劑也可改善脫模。最根本的改進方法是研磨型芯、減小脫模阻力，或增大拔模斜度，在不易頂出部位增設頂桿等，而變更頂出方式則更重要。
頂桿的布置應盡量靠近脫模阻力大的部位。對于精密扁平狀塑殼件，應盡可能多設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)合的復合脫模機構(gòu)。
用軟質(zhì)塑料來生產(chǎn)大型深腔薄壁的塑件時，由于脫模阻力較大，而材料又較軟，如果完全采用機械式頂出方式，將使塑件產(chǎn)生變形，若改用多元件聯(lián)合或氣(液)壓與機械式頂出相結(jié)合的方式效果會更好。
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產(chǎn)生高剪切應力，引起平行于流動方向和垂直于流動方向的分子取向的差異，形成塑件較大的內(nèi)應力。溫度對翹曲變形的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
塑件內(nèi)外表面溫差會引起熱應力和熱變形;
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)會影響塑料件的收縮率。
因此，嚴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方向的排列使塑料在流動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。
成型應變造成的變形主要是由成型收縮在方向上的差異、壁厚的變化所產(chǎn)生的。因此，提高模具溫度、提高熔料溫度、降低注射壓力、改善澆注系統(tǒng)的流動條件等均可減小收縮率在方向上的差值?？墒?，只變更成型條件大多難以矯正過來，這時就需改變澆口的位置和數(shù)目例如成型長桿件時要從一端注入等。
有時必需改變冷卻水道的配置;較長薄片類制件更容易變形，有時需變更制件的局部設計在其上翹一側(cè)的背面設置加強筋等.利用輔助工具冷卻來矯正這種變形大多是有效的。不能矯正時，就必須修正模具的設計了。其中，最重要的是應注意使制品壁厚一致。在不得已的情況下，只好通過測量制品的變形，按相反的方向修正模具，加以校正。
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引起翹曲變形。結(jié)晶型塑料在流動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、殘余熱應力與翹曲變形
在注射成型過程中，殘余熱應力是引起翹曲變形的一個重要因素，由于殘余熱應力對制件翹曲變形的影響非常復雜，模具設計通常借助注塑CAE軟件進行分析和預測。
6、結(jié)晶性塑料
縮率較大的樹脂，一般是結(jié)晶性樹脂(如聚甲醛、尼龍、聚丙烯、聚乙烯及PET樹脂等)比非結(jié)晶性樹脂(如PMMA樹脂、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂及AS樹脂等)的變形大，另外，由于玻璃纖維增強樹脂具有纖維配向性，變形也大。
由于融點溫度范圍狹窄多數(shù)產(chǎn)生變形，并且往往是難以修正的。結(jié)晶性塑料的結(jié)晶度隨冷卻速度的不同而變化，即急劇冷卻結(jié)晶度降低、成型收縮率減小，而緩慢冷卻結(jié)晶度升高、成型收縮率增大。結(jié)晶性塑料變形的特殊矯正法就是利用這—性質(zhì)。
實際上使用的矯正法是使動、靜模有一定的溫差。就是采取使翹曲的另一面產(chǎn)生應變的溫度，即可矯正變形。有時這個溫差高達20℃以上，但必須十分均勻地分布。必須指出，在設計結(jié)晶性塑料成型制件及模具時，如不預先采取特別的防止變形的手段，制件會因變形而無法使用，僅使成型條件達到上述各項要求，大多數(shù)情況仍然不能矯正變形。
7、嬌正制品翹曲的方法
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，對制件翹曲變形機理的試驗研究必須突出重點綜合考慮諸多的因素。
從模具中取出的制品如果要矯正，簡單的辦法就把要矯正的制品放在矯正的工具上，在翹曲的地方加上重物，但必須明確決定重物的重量同所放的位置。
或把翹曲的制品放在矯直器上，一同放入制品熱變形溫度附近的熱水中，簡單地用手矯直。但要注意熱水的溫度不能太高，否則會使制品的變形更加歷害。
翹曲矯正后不可在制品上留有斑痕。
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