塑料件翹曲變形分析(總結(jié))

1、塑料件翹曲變形分析塑料件的翹曲變形是塑料件常見的成型質(zhì)量缺陷。塑料件的翹曲變形主要是因?yàn)樗芰霞艿搅溯^大的應(yīng)力作用，主要分為外部應(yīng)力和內(nèi)部應(yīng)力，當(dāng)大分子間的作用力和相互纏結(jié)力承受不住這種應(yīng)力作用時(shí)，塑料件就會(huì)發(fā)生翹曲變形。1、外部應(yīng)力導(dǎo)致的翹曲變形此類翹曲變形主要為制件頂出變形，產(chǎn)生的原因?yàn)槟＞唔敵鰴C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或成型工藝條件不合理。1.1、模具頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，頂出設(shè)計(jì)不平衡，或頂桿截面積過小，都有可能使塑料件局部受力過大，承受不住應(yīng)力作用發(fā)生塑性形變而導(dǎo)致翹曲變形。防止頂出變形需改善脫模條件：如平衡頂出力；仔細(xì)磨光新型側(cè)面；增大脫模角度；頂桿布置在脫模阻力較大的地方，如

2、加強(qiáng)筋，Boss柱等處。1.2、成型工藝參數(shù)設(shè)置不合理冷卻時(shí)間不足，凝固層厚度不夠，塑料件強(qiáng)度不足，脫模時(shí)容易導(dǎo)致產(chǎn)品翹曲變形?？梢匝娱L冷卻時(shí)間，增加凝固層厚度來解決。2、內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致的翹曲變形2.1、塑料內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)理塑料內(nèi)應(yīng)力是指在塑料熔融加工過程中由于受到大分子鏈的取向和冷卻收縮等因素而產(chǎn)生的一種內(nèi)在應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的本質(zhì)為大分子鏈在熔融加工過程中形成的不平衡構(gòu)象，這種不平衡構(gòu)象在冷卻固化時(shí)不能立刻恢復(fù)到與環(huán)境條件相適應(yīng)的平衡構(gòu)象，這種不平衡構(gòu)象實(shí)質(zhì)為一種可逆的高彈形變，而凍結(jié)的高彈形變以位能情勢儲(chǔ)存在塑料制品中，在合適的條件下，這種被迫的不穩(wěn)定的構(gòu)象將向自在的穩(wěn)定的構(gòu)象轉(zhuǎn)化，位能改變?yōu)閯?dòng)

3、能而開釋。當(dāng)大分子間的作用力和相互纏結(jié)力承受不住這種動(dòng)能時(shí)，內(nèi)應(yīng)力平衡即受到破壞，塑料制品就會(huì)產(chǎn)生翹曲變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生應(yīng)力開裂。2.2、塑料內(nèi)應(yīng)力的種類2.2.1 取向內(nèi)應(yīng)力取向內(nèi)應(yīng)力是塑料熔體在充模流動(dòng)和保壓補(bǔ)料過程中，大分子鏈沿流動(dòng)方向定向排列，構(gòu)象被凍結(jié)而產(chǎn)生的一種內(nèi)應(yīng)力。取向應(yīng)力受塑膠流動(dòng)速率和粘度的影響。如圖一所示，A 層是固化層，B層是流動(dòng)高剪切層，C層是熔膠流動(dòng)層。A層為充填時(shí)緊貼兩側(cè)模壁，瞬間冷卻固化層。B層是充填時(shí)緊靠A層的高剪切區(qū)域所形成的，由于與A層具有最大速度差，所以形成最大剪切流動(dòng)應(yīng)力效果（如圖二所示），塑膠充填結(jié)束時(shí)本區(qū)尚未完全凝固，因外層A固化層有絕熱效果，使B

4、層散熱較慢，而C層所受剪切作用較小，若產(chǎn)品厚度有變化，則主要影響C層厚度，若是薄件成品則C層的厚度將會(huì)變小。1、在充填結(jié)束瞬間 - 由于填充體積變少，流量固定時(shí)射速增加，加上塑膠較冷，粘度較高，因此最后填充位置的剪切應(yīng)力較高。2、澆口位置 - 容易因射速快或保壓時(shí)間長而容易產(chǎn)生擠壓取向應(yīng)力。3、壁厚急劇變化處（特別是厚壁到薄壁處）- 會(huì)因壁薄位置剪切力強(qiáng)而產(chǎn)生擠壓取向應(yīng)力。4、料流充填不平衡處 - 會(huì)因?yàn)檫^度填充而造成局部擠壓而產(chǎn)生擠壓取向應(yīng)力。2.2.2 體積溫度應(yīng)力體積溫度應(yīng)力是制件冷卻時(shí)不均勻收縮引起的，制件厚度方向之冷卻是由與模壁接觸之成品表面開始向成品內(nèi)部延伸，所以中心層是最慢冷卻之

5、位置。所以當(dāng)塑膠成品成型后，開始進(jìn)行冷卻階段時(shí)，在某一特定位置上分子鏈會(huì)受到其外部已冷卻收縮之分子鏈牽引，所以會(huì)感受到早先冷卻收縮之分子鏈的拉伸應(yīng)力。所以嚴(yán)格來看在成品厚度方向靠近表面區(qū)域，分子鏈?zhǔn)翘幵趬嚎s應(yīng)力狀況，而內(nèi)部區(qū)域是處于拉伸應(yīng)力狀況。簡單的說，塑料件薄的地方先冷卻，厚的地方后冷卻，厚薄差異大時(shí)，體積收縮率差異大，殘留應(yīng)力大。當(dāng)殘留應(yīng)力克服了零件強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生翹曲，甚至開裂。1、前后模溫度差異大時(shí) 冷卻效率所影響，冷面先收縮，但很快固化，收縮量固定，但熱面緩慢收縮，分子有較長時(shí)間重排，收縮量會(huì)更大，所以產(chǎn)品會(huì)向熱的一面彎曲?！舅苣z殘留應(yīng)力分析】案例二案例一內(nèi)側(cè)冷卻不良內(nèi)側(cè)冷卻過度案例

6、三案例四7580上圖2XP尾門下飾件，成型后產(chǎn)品朝外側(cè)方向變形（綠色箭頭），需定型夾具矯形（黃色箭頭）。出模后，實(shí)測產(chǎn)品溫度，定模側(cè)80，動(dòng)模側(cè)75，定模溫度比動(dòng)模溫度高很多。案例五上圖為皮卡汽車前輪蓋，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品如圖所示方向變形。【基于Moldflow的汽車塑料件翹曲變形完美解決方案】2、區(qū)域性收縮塑料件不同區(qū)域之間的溫度差異導(dǎo)致塑料件不同區(qū)域的收縮率不一致也會(huì)導(dǎo)致翹曲變形的產(chǎn)生。案例六2.3、影響塑料內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的因素2.3.1、塑料件制品的設(shè)計(jì)2.3.1.1、塑料制品的形狀和尺寸在具體設(shè)計(jì)塑料件制品時(shí)，為了有效的分散內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則：制品形狀應(yīng)盡可能的堅(jiān)持持續(xù)性，防止銳角、直角、缺口等

7、（容易導(dǎo)致在該位置應(yīng)力集中，并容易形成沖擊波紋，困氣）。對于壁厚相差較大的部位，因冷卻速度不同，易產(chǎn)生冷卻內(nèi)應(yīng)力及取向內(nèi)應(yīng)力。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)成壁厚盡可能勻稱的制件，如必須壁厚不均，則要進(jìn)行壁厚差別的漸變過渡。好不好2.3.1.2、合理設(shè)計(jì)金屬嵌件a盡可能選取與塑料熱膨脹系數(shù)相差小的金屬材料做嵌件b金屬嵌件進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚韈金屬嵌件周圍塑料的厚度要充分。2.3.2、塑料模具的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)塑料模具時(shí)，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)對塑料制品的內(nèi)應(yīng)力影響較大，在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：2.3.2.1、澆口尺寸過大的澆口將須要較長的保壓補(bǔ)料時(shí)間，在降溫過程中的補(bǔ)料流動(dòng)一定會(huì)凍結(jié)更多的取向應(yīng)力，將給澆口附件造成很大的

8、內(nèi)應(yīng)力【塑膠內(nèi)應(yīng)力分析】。恰當(dāng)縮小澆口尺寸，可縮短保壓補(bǔ)料時(shí)間，下降澆口凝封時(shí)模內(nèi)壓力，從而降低取向應(yīng)力。但過小的澆口將導(dǎo)致充模時(shí)間延伸，造成制品缺料。2.3.2.2、澆口的位置a澆口應(yīng)設(shè)計(jì)在制品壁厚最大時(shí)，可適當(dāng)降低注塑壓力、保壓壓力及保壓時(shí)間，有利于降低取向應(yīng)力。當(dāng)澆口設(shè)計(jì)在薄壁部位時(shí)，宜適當(dāng)增加澆口處的壁厚，以降低澆口附近的取向應(yīng)力。不好好b熔體在模腔內(nèi)流動(dòng)距離越長，產(chǎn)生取向應(yīng)力的幾率越大。為此，對應(yīng)壁厚、流程長且面積較大的塑料件，應(yīng)適當(dāng)多分布幾個(gè)澆口，能有效降低取向應(yīng)力，防止翹曲變形【專業(yè)塑件成型翹曲分析】。但澆口多容易產(chǎn)生熔接痕。案例六2.3.2.3、流道的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)短而粗的流道，可減

9、小熔體的壓力喪失和溫度降，相應(yīng)降低注射壓力和冷卻速度，從而降低取向應(yīng)力和冷卻壓力。另流道設(shè)計(jì)應(yīng)平衡，保證各澆口平衡進(jìn)膠。不合理的流道設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致料流填充不平衡，局部位置可能過度充填，產(chǎn)生較大的擠壓剪切應(yīng)力，造成類似保壓過大所造成的應(yīng)力。會(huì)發(fā)生過度充填處2.3.2.4、冷卻體系設(shè)計(jì)冷卻水道的散布要均勻，使?jié)部诟浇?、闊別澆口區(qū)、壁厚處、壁薄處都要得到平均且遲緩的冷卻，從而降低內(nèi)應(yīng)力。案例七2.3.3注塑成型工藝條件在塑料制品的成型過程中，凡能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都可能降低取向應(yīng)力；但凡能使制品中聚合物均勻冷卻的工藝條件都能降低冷卻應(yīng)力；凡有助于塑料制品脫模的加工方法都有利于降低脫模內(nèi)應(yīng)

10、力。對內(nèi)應(yīng)力影響較大的加工條件主要有如下幾種：2.3.3.1、料筒溫度（料筒溫度需適中，太高增加內(nèi)應(yīng)力，太低增加取向內(nèi)應(yīng)力）較高的料筒溫度有利于取向應(yīng)力的降低，這是因?yàn)樵谳^高的料筒溫度，熔體融化均勻，粘度較低，流動(dòng)性增加，在熔體充斥型腔過程中，分子取向作用小，因而取向應(yīng)力較小。而在較低的料筒溫度下，熔體粘度較高，充模過程中分子取向較多，冷卻定型后殘余內(nèi)應(yīng)力則較大。但是料筒溫度太高也不好，太高容易造成冷卻不充足，脫模時(shí)易造成變形，固然取向內(nèi)應(yīng)力減小，但冷卻應(yīng)力和脫模應(yīng)力反而增加。2.3.3.2、模具溫度（提高模具溫度有利于減小內(nèi)應(yīng)力）模具溫度的高低對取向內(nèi)應(yīng)力和冷卻內(nèi)應(yīng)力的影響都很大。一方面，模

11、具溫度過低，會(huì)造成冷卻加快，易使冷卻不均勻而引起收縮上的較大差異，從而增大冷卻內(nèi)應(yīng)力；另一方面，模具溫度過低，熔體進(jìn)入模具后，溫度降低加快，熔體粘度增加迅速，造成在高粘度下充模，形成取向應(yīng)力的程度明顯增加。模溫對塑料結(jié)晶影響很大，模溫越高，越有利于晶粒堆砌嚴(yán)密，晶體內(nèi)部的缺點(diǎn)減小或消除，從而減少內(nèi)應(yīng)力。但模溫也不能過高，模溫升高，冷卻時(shí)間延長，降低了生產(chǎn)效率。2.3.3.3、注塑壓力（減小注塑壓力利于減小內(nèi)應(yīng)力）注塑壓力高，熔體充模過程中所受剪切作用大，產(chǎn)生取向應(yīng)力的概率大。因而，為了降低取向應(yīng)力和脫模應(yīng)力，應(yīng)適當(dāng)降低注塑壓力。2.3.3.4、注塑速度（注塑速度適中）注塑速度越快，越容易造成分

12、子鏈的取向程度增加，從而引起更大的取向應(yīng)力。但注塑速度過低，塑料熔體進(jìn)入模腔后，可能先后分層而形成融化痕，產(chǎn)生應(yīng)力集中線，易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。所以注塑速度以適中為宜。所以注塑速度以適中為宜。最好采用變速注塑，在速度逐步減小下停止沖模。2.3.3.5、保壓壓力（減小保壓壓力有利于減小內(nèi)應(yīng)力）保壓壓力對塑料制品的內(nèi)應(yīng)力的影響大于注塑壓力的影響。在保壓階段，跟著熔體溫度的降低，熔體粘度增加，此時(shí)若施以高壓，必定導(dǎo)致分子鏈的逼迫取向，從而形成更大的取向應(yīng)力。2.3.3.6、保壓時(shí)間（減小保壓時(shí)間有利于減小內(nèi)應(yīng)力）保壓時(shí)間越長，會(huì)增加塑料熔體的剪切作用，從而產(chǎn)生更大的彈性形變，凍結(jié)更多的取向應(yīng)力。所以取向內(nèi)應(yīng)力隨保壓時(shí)間延長和補(bǔ)料量增加而明顯增大。冷卻中的熔體在外壓作用下產(chǎn)生的總形變中，有相當(dāng)大一部分是彈性的，故使熔體在高壓下冷凝會(huì)在制件中產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和高分子取向。壓實(shí)后立即降壓或補(bǔ)料過程中分步降壓有利于高分子解取向，所以降低保壓壓力和縮短保壓時(shí)間有利于取向應(yīng)力的降低；延長保壓時(shí)間僅在一定范圍內(nèi)取向度增大，澆口封閉之后再延長保壓時(shí)間對取向度的變化就不再影響。當(dāng)注射