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注塑知識
2024/10/21 16:46:36
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注塑知識
薄壁產品翹曲變形缺陷解決方法
翹曲變形是薄殼塑料件注塑成型中的常見缺陷之一，因為涉及到對翹曲變形量的準確預測，而不同材料、不同形狀的注塑件的翹曲變形規律差別很大。當翹曲變形量超過允許誤差后，就成為成形缺陷，進而影響產品裝配。
◆模具澆口
注塑模具澆口的位置、形式和澆口的數量將影響塑料在模具型腔內的填充狀態，從而導致塑件產生變形。
流動距離越長，由凍結層與中心流動層之間流動和補縮引起的內應力越大；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，充模時凍結層厚度減薄，內應力降低，翹曲變形也會因此大為減少。
如果只使用一個中心澆口或一個側澆口，因直徑方向上的收縮率大于圓周方向上的收縮率，成型后的塑件會產生扭曲變形；若改用多個點澆口則可有效地防止翹曲變形。
◆模具溫度
模具溫度對制品的內在性能和表觀質量影響很大。模具溫度的高低決定于塑料結晶性的有無、制品的尺寸與結構、性能要求，以及其它工藝條件（熔料溫度、注射速度及注射壓力、模塑周期等）
◆壓力控制
注塑過程中壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種，并直接影響塑料的塑化和制品質量 用實驗方法研究塑料制品的翹曲變形主要體現在研究材料性質、產品的幾何形狀和大小、注塑成型工藝條件等對制品翹曲變形的影響。早通過設計大量的實驗，獲取澆口幾何形狀、保壓參數（保壓壓力和保壓時間）和模具的彈性對制品最終尺寸的影響。
◆射膠速度
流體表面的速度應該是常數。應采用快速射膠防止射膠過程中熔體凍結。射膠速度設置應考慮到在臨界區域（如流道）快速充填的同時在入水口位減慢速度。射膠速度應該保證模腔填滿后立即停止以防止出現過填充、飛邊及殘余應力。
◆多級注塑
由于制品的型腔較深而壁又較薄，使模具型腔形成長而窄的流道，熔體流經這個部位時必須很快地通過，否則易冷卻凝固，會導致充不滿模腔的危險，在此應設定高速注射。但是高速注射會給熔體帶來很大的動能，熔體流到底時會產生很大的慣性沖擊，導致能量損失和溢邊現象，這時須使熔體減緩流速，降低充模壓力而要維持通常所說的保壓壓力（二次壓力，后續壓力）使熔體在澆口凝固之前向模腔內補充熔體的收縮，這就對注塑過程提出多級注射速度與壓力的要求。
◆收縮率
由于翹曲變形與不均勻收縮有關，從研究不同塑料在不同工藝條件下的收縮行為入手，來分析收縮與制品翹曲的關系。在注塑流動、保壓、冷卻模擬的基礎上，通過實驗和線性回歸方法，提出了預測注塑制品收縮的模型，在收縮預測的基礎上，通過結構分析模擬程序計算出制品的變形。
用高收縮率的材料很難獲得尺寸精度高的制品，力求高精度，應盡量應用非晶態樹脂和各方向收縮一致的樹脂。很多材料在改變流動速度、保壓壓力、保壓時間、模具溫度、充模時間、制品厚度等參數的條件下，測出制品的收縮。
◆冷卻系統的設計
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生而使塑件發生翹曲。
如果在注射成型平板形塑件時所用的模具型腔、型芯的溫度相差過大，由于貼近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收縮，收縮的不均勻將使塑件翹曲。因此，注塑模的冷卻應當注意型腔、型芯的溫度趨于平衡，兩者的溫差不能太大。
除了考慮塑件內外表面的溫度趨于平衡外，還應考慮塑件各側的溫度一致，即模具冷卻時要盡量保持型腔、型芯各處溫度均勻一致，使塑件各處的冷卻速度均衡，從而使各處的收縮更趨均勻，有效地防止變形的產生。因此，模具上冷卻水孔的布置至關重要。在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，才能保證型腔壁的溫度均勻一致。
同時，由于冷卻介質的溫度隨冷卻水道長度的增加而上升，使模具的型腔、型芯沿水道產生溫差。因此，要求每個冷卻回路的水道長度小于2m。在大型模具中應設置數條冷卻回路，一條回路的進口位于另一條回路的出口附近。對于長條形塑件，應采用冷卻回路，減少冷卻回路的長度，即減少模具的溫差，從而保證塑件均勻冷卻.
◆頂出系統的設計
頂出系統的設計也直接影響塑件的變形，如果頂出系統布置不平衡，將造成頂出力的不平衡而使塑件變形。因此，在設計頂出系統時應力求與脫模阻力相平衡。
另外，頂出桿的截面積不能太小，以防塑件單位面積受力過大（尤其在脫模溫度太高時）而使塑件產生變形。頂桿的布置應盡量靠近脫模阻力大的部位。在不影響塑件質量（包括使用要求、尺寸精度與外觀等）的前提下，應盡可能多設頂桿以減少塑件的總體變形。
用軟質塑料來生產大型深腔薄壁的塑件時，由于脫模阻力較大，而材料又較軟，如果完全采用單一的機械式頂出方式，將使塑件產生變形，甚至頂穿或產生折疊而造成塑件報廢，如改用多元件聯合或氣（液）壓與機械式頂出相結合的方式效果會更好。
◆殘余熱應力
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，而且對注塑制品的質量有較大的影響。由于殘余熱應力對制品翹曲變形的影響非常復雜，模具設計者可以借助于注塑CAE軟件進行分析和預測。
塑料熔體在成型過程中，由于取向、收縮的不均勻，導致內應力的不均勻，所以制品出模后，在不均勻內應力的作用下，發生翹曲變形。因此，許多學者從力學角度分析、計算制品的內應力和翹曲。在國外一些文獻中，翹曲被看成是不均勻收縮產生的殘余應力造成的。
◆注塑成型冷卻階段
在注塑成型冷卻階段，當溫度高于玻璃化轉變溫度時，塑料是粘彈性流體，并伴有應力松弛現象：當溫度低于玻璃化轉變溫度時，塑料變成固態。塑料在冷卻過程中的這種液一固相轉變和應力松弛，對準確預測制品殘余應力和殘余變形很有影響。冷卻階段塑料由液態變為固態的相轉換和應力松弛行為。對未固化的區域，塑料呈現粘性行為，用粘性流體模型描述，對己固化的區域，塑料呈粘彈行為，用標準線性固體模型來描述，采用粘-彈相轉換模型和二維有限單元法來預測熱殘余應力和相應的翹曲變形。
◆塑化階段
塑化階段即玻璃態的料粒轉化為粘流態，提供充模所需的熔體。在這個過程中，聚合物的溫度在軸向、徑向（相對螺桿而言）的溫差會使塑料產生應力；另外，注射機的注射壓力、速率等參數會極大地影響充填時分子的取向程度，進而引起翹曲變形。
注射的初期使用低速，模腔充填時使用高速，充填接近終了時再使用低速注射的方法。通過注射速度的控制和調整，可以防止和改善制品外觀如毛邊、噴射痕、銀條或焦痕等各種不良現象。
多級注射控制程序可以根據流道的結構、澆口的形式及注塑件結構的不同，來合理設定多段注射壓力、注射速度、保壓壓力和熔膠方式，有利于提高塑化效果、提高產品質量、降低不良率及延長模具/機器壽命。通過多級程序控制注塑成型機的油壓、螺桿位置、螺桿轉速，能謀求改善成型件的外觀不良，改善縮水、翹曲和毛邊的對應措施，減少各模每次注射成型件的尺寸不均。
◆充模及冷卻階段
熔融態的塑料在注射壓力的作用下，充入模具型腔并在型腔內冷卻、凝固的過程是注射成型的關鍵環節。在這個過程中，溫度、壓力、速度三者相互耦合作用，對塑件的質量和生產效率均有極大的影響。
較高的壓力和流速會產生高剪切速率，從而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，同時產生“凍結效應”。“凍結效應”將產生凍結應力，形成塑件的內應力。溫度對翹曲變形的影響體現在以下幾個方面。
1.塑件上、下表面溫差會引起熱應力和熱變形；
2.塑件不同區域之間的溫度差將引起不同區域間的不均勻收縮；
3.不同的溫度狀態會影響塑料件的收縮率。
◆脫模階段
注塑件在脫離型腔并冷卻至室溫的過程中多為玻璃態聚合物。脫模力不平衡、推出機構運動不平穩或脫模頂出面積不當很容易使制品變形。同時，在充模和冷卻階段凍結在塑件內的應力由于失去外界的約束，將會以變形的形式釋放出來，從而導致翹曲變形。
真三維方法來計算殘余應力和最終形狀（收縮和翹曲），考慮保壓階段的影響，將制品分成三層，由三維網格來分析殘余應力和變形，提出了在保壓階段以后所引起的殘余應力和變形的數值模擬模型。
熱粘彈模型（包含體積松弛）其采用的有限單元法是基于由平面單元集合而成的殼層理論，該理論正適用于形狀復雜的薄壁注塑制品。
翹曲變形分析大都采用定性分析，從制品設計、模具設計及注塑工藝條件等方面采取措施，盡量避免發生大的翹曲變形。
