塑料制品的翘曲变形.docx

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塑料制品的翘曲变形

塑料制品的翘曲变形

一. 翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它是塑料制品常见的缺陷之一。

出现翘曲变形的原因很多，单靠工艺参数解决往往力不从心。

结合相关资料和实际工作经验，下面对影响注塑制品翘曲变形的因素作简要分析。

二、模具的结构对注塑制品翘曲变形的影响。

在模具方面，影响塑件变形的因素主要有浇注系统、冷却系统与顶出系统等。

1．浇注系统

  注塑模具浇口的位置、形式和浇口的数量将影响塑料在模具型腔内的填充状态，从而导致塑件产生变形。

流动距离越长，由冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力越大；反之，流动距离越短，从浇口到制件流动末端的流动时间越短，充模时冻结层厚度减薄，内应力降低，翘曲变形也会因此大为减少。

一些平板形塑件，如果只使用一个中心浇口，因直径方向上的收缩率大于圆周方向上的收缩率，成型后的塑件会产生扭曲变形；若改用多个点浇口或薄膜型浇口，则可有效地防止翘曲变形。

当采用点浇口进行成型时，同样由于塑料收缩的异向性，浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有很大的影响。

另外，多浇口的使用还能使塑料的流动比（L/t）缩短，从而使模腔内熔体密度更趋均匀，收缩更均匀。

同时，整个塑件能在较小的注塑压力下充满。

而较小的注射压力可减少塑料的分子取向倾向，降低其 

2.冷却系统

    在注射过程中，塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。

如果在注射成型平板形塑件（如手机电池壳）时所用的模具型腔、型芯的温度相差过大，由于贴近冷模腔面的熔体很快冷却下来，而贴近热模腔面的料层则会继续收缩，收缩的不均匀将使塑件翘曲。

因此，注塑模的冷却应当注意型腔、型芯的温度趋于平衡，两者的温差不能太大（此时可考虑使用两个模温机）. 除了考虑塑件内外表的温度趋于平衡外，还应考虑塑件各侧的温度一致，即模具冷却时要尽量保持型腔、型芯各处温度均匀一致，使塑件各处的冷却速度均衡，从而使各处的收缩更趋均匀，有效地防止变形的产生。

因此，模具上冷却水孔的布置至关重要。

在管壁至型腔表面距离确定后，应尽可能使冷却水孔之间的距离小，才能保证型腔壁的温度均匀一致。

同时，由于冷却介质的温度随冷却水道长度的增加而上升，使模具的型腔、型芯沿水道产生温差。

因此，要求每个冷却回路的水道长度小于2米。

在大型模具中应设置数条冷却回路，一条回路的进口位于另一条回路的出口附近。

对于长条形塑件，应采用直通型水道。

（而我们的模具大多是采用S型回路----既不利于循环，又延长周期。

顶出系统的设计也直接影响塑件的变形。

如果顶出系统布置不平衡，将造成顶出力的不平衡而使塑件变形。

因此，在设计顶出系统时应力求与脱模阻力相平衡。

另外，顶出杆的截面积不能太小，以防塑件单位面积受力过大（尤其在脱模温度太高时）而使塑件产生变形。

顶杆的布置应尽量靠近脱模阻力大的部位。

在不影响塑件质量（包括使用要求、尺寸精度与外观等）的前提下，应尽可能多设顶杆以减少塑件的总体变形（换顶杆为顶块就是这个道理）。

用质塑料（如TPU）来生产深腔薄壁的塑件时，由于脱模阻力较大，而材料又较软，如果完全采用单一的机械顶出方式，将使塑件产生变形，甚至顶穿或产生折叠而造成塑件报废，如改用多元件联合或气（液）压与机械式顶出相结合的方式效果会更好（以后会用到）。

三、塑化阶段对制品翘曲变形的影响

   塑化阶段即由玻璃态料粒转化为粘流态熔体的过程（培训时讲过原料塑化的三态变化）。

在这个过程中，聚合物的温度在轴向、径向（相对螺杆而言）温差会使塑料产生应力；另外，注射机的注射压力、速率等参数会极大地影响充填时分子的取向程度，进而引起翘曲变形。

四、充填及冷却阶段对制品翘曲变形的影响

    熔融态的塑料在注射压力的作用下，充入模具型腔并在型腔内冷却、凝固。

此过程是注射成型的关键环节。

在这个过程中，温度、压力、速度三者相互耦合作用，对塑件的质量和生产效率均有极大的影响。

较高的压力和流速会产生高剪切速率，从而引起平行于流动方向和垂直于流动方向的分子取向的差异，同时产生“冻结效应”。

“冻结效应”将产生冻结应力，形成塑件的内应力。

温度对翘曲变形的影响体现在以下几个方面：

（1）  塑件上、下表面温差会引起热应力和热变形；

（2）  塑件不同区域之间的温度差将引起不同区域间的不均匀收缩；

（3）  不同的温度状态会影响塑料件的收缩率。

五、脱模阶段对制品翘曲变形的影响  

   塑件在脱离型腔并冷却至室温的过程中多为玻璃态聚合物。

脱模力不平衡、推出机构运动不平稳或脱模顶出面积不当很容易使制品变形（前面已经讲过）。

同时，在充模和冷却阶段“冻结”在塑件内的应力由于失去外界的约束，将会以“变形”的形式释放出来，从而导致翘曲变形。

六、注塑制品的收缩对翘曲变形的影响

注塑制品翘曲变形的直接原因在于塑件的不均匀收缩。

如果在模具设计阶段不考虑填充过程中收缩的影响，则制品的几何形状会与设计要求相差很大，严重的变形会致使制品报废（即收缩率的问题）。

除填充阶段会引起变形外，模具上下壁面的温度差也将引起塑件上下表面收缩的差异，从而产生翘曲变形。

对翘曲分析而言，收缩本身并不重要，重要的是收缩上的差异。

在注塑成型过程中，熔融塑料在注射充模阶段由于聚合物分子沿流动方向的排列使塑料在流动方向上的收缩率比垂直方向的收缩率大，而使注塑件产生翘曲变形（即各向异性）。

一般均匀收缩只引起塑料件体积上的变化，只有不均匀收缩会引起翘曲变形。

结晶型塑料在流动方向与垂直方向上的收缩率之差较非结晶型塑料大，而且其收缩率也较非结晶型塑料大，结晶型塑料大的收缩与其收缩的异向性叠加后导致影响结晶型塑料件翘曲变形的倾向较非结晶型塑料大得多。

七、残余热应力对制品翘曲变形的影响

   在注射成型过程中，残余热应力是引起翘曲变形的一个重要因素，而且对注塑制品的质量有较大的影响。

由于残余热应力对制品翘曲变形的影响非常复杂，这里就不赘述。

八、金属嵌件对制品翘曲变形的影响

    对放嵌件的注塑制品，由于塑料的收缩率远比金属的大，所以容易导致扭曲变形（有的甚至开裂）；为减少这种情况，可先将金属件预热（一般不低于100℃），再投入生产。

九、结论

  影响注塑制品翘曲变形的因素有很多，模具的结构、塑料材料的热物理性能以及成型过程的条件和参数均对制品的翘曲变形有不同程度的影响。

因此，对注塑制品翘曲变形的处理必须综合考虑上述因素。

模具设计步骤

一、接受任务书  

　　成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下：

　　⑴经过审签的正规制制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。

　　⑵塑料制件说明书或技术要求。

　　⑶生产产量。

　　⑷塑料制件样品。

　　通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。

二、收集、分析、消化原始资料  

　　收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。

　　⑴消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。

例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。

选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。

此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。

　　⑵消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。

　　成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。

根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。

三、确定成型方法  

　　采用直压法、铸压法还是注射法。

四、选择成型设备  

　　根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。

例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：

注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。

　　要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。

五、具体结构方案：

　　⑴确定模具类型  

　　如压制模（敞开式、半闭合式、闭合式）、铸压模、注射模等。

　　⑵确定模具类型的主要结构  

　　选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。

对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状，表面光洁度和尺寸精度。

生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。

　　影响模具结构及模具个别系统的因素很多，很复杂：

　　①型腔布置。

根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。

　　对于注射模来说，塑料制件精度为3级和3a级，重量为5克，采用硬化浇注系统，型腔数取4-6个；塑料制件为一般精度（4-5级），成型材料为局部结晶材料，型腔数可取16-20个；塑料制件重量为12-16克，型腔数取8-12个；而重量为50-100克的塑料制件，型腔数取4-8个。

对于无定型的塑料制件建议型腔数为24-48个，16-32个和6-10个。

当再继续增加塑料制件重量时，就很少采用多腔模具。

7-9级精度的塑料制件，最多型腔数较之指出的4-5级精度的塑料增多至50%。

　　②确定分型面。

分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。

　　③确定浇注系统（主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置、大小）。

　　④选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出），决定侧凹处理方法、抽芯方式。

　　⑤决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。

　　⑥根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度及外形尺寸，外形结构及所有连接、定位、导向件位置。

　　⑦确定主要成型零件，结构件的结构形式。

　　⑧考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸。

　　以上这些问题如果解决了，模具的结构形式自然就解决了。

这时，就应该着手绘制模具结构草图，为正式绘图作好准备。

　　⑨绘制模具图  

　　要求按照国家制图标准绘制，但是也要求结合本厂标准和国家未规定的工厂习惯画法。

　　在画模具总装图之前，应绘制工序图，并要符合制件图和工艺资料的要求。

由下道工序保证的尺寸，应在图上标写注明"工艺尺寸"字样。

如果成型后除了修理毛刺之外，再不进行其他机械加工，那么工序图就与制件图完全相同。

　　在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。

通常就把工序图画在模具总装图上。

　　Ａ、绘制总装结构图  

　　绘制总装图尽量采用1：

1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。

　　模具总装图应包括以下内容：

　　①模具成型部分结构  

　　②浇注系统、排气系统的结构形式。

　　③分型面及分模取件方式。

　　④外形结构及所有连接件，定位、导向件的位置。

　　⑤标注型腔高度尺寸（不强求，根据需要）及模具总体尺寸。

　　⑥辅助工具（取件卸模工具，校正工具等）。

　　⑦按顺序将全部零件序号编出，并且填写明细表。

　　⑧标注