翹曲變形是薄殼塑料件注塑成型中的常見缺陷之一,，因?yàn)樯婕暗綄?duì)翹曲變形量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè),，而不同材料、不同形狀的注塑件的翹曲變形規(guī)律差別很大,。當(dāng)翹曲變形量超過允許誤差后,，就成為成形缺陷，進(jìn)而影響產(chǎn)品裝配,。對(duì)各類大量日益增加的薄壁件(壁厚小于2mm)翹曲變形做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是有效控制翹曲缺陷的前提,。翹曲變形分析大都采用定性分析，從制品設(shè)計(jì),、模具設(shè)計(jì)及注塑工藝條件等方面采取措施,，盡量避免發(fā)生大的翹曲變形。

模具
  注塑模具澆口的位置,、形式和澆口的數(shù)量將影響塑料在模具型腔內(nèi)的填充狀態(tài)，從而導(dǎo)致塑件產(chǎn)生變形,。

  流動(dòng)距離越長(zhǎng),，由凍結(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)力越大；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)因此大為減少。如果只使用一個(gè)中心澆口或一個(gè)側(cè)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(huì)產(chǎn)生扭曲變形；若改用多個(gè)點(diǎn)澆口則可有效地防止翹曲變形,。

   當(dāng)采用點(diǎn)澆進(jìn)行成型時(shí),，同樣由于塑料收縮的異向性，澆口的位置,、數(shù)量都對(duì)塑件的變形程度有很大的影響 由于采用的是30％玻璃纖維增強(qiáng)PA6,，而得到的是重量為4.95kg的大型注塑件，因此沿四周壁流動(dòng)方向上設(shè)有許多加強(qiáng)肋,，這樣,，對(duì)各個(gè)澆口都能獲得充分的平衡。

另外，多澆口的使用還能使塑料的流動(dòng)比（L／t）縮短,，從而使模腔內(nèi)物料密度更趨均勻,，收縮更均勻。同時(shí),，整個(gè)塑件能在較小的注塑壓力下充滿,。而較小的注射壓力可減少塑料的分子取向傾向，降低其內(nèi)應(yīng)力,，因而可減少塑件的變形,。

模具溫度：模具溫度對(duì)制品的內(nèi)在性能和表觀質(zhì)量影響很大。模具溫度的高低決定于塑料結(jié)晶性的有無,、制品的尺寸與結(jié)構(gòu),、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(zhì)量

用實(shí)驗(yàn)方法研究塑料制品的翹曲變形主要體現(xiàn)在研究材料性質(zhì),、產(chǎn)品的幾何形狀和大小,、注塑成型工藝條件等對(duì)制品翹曲變形的影響。早通過設(shè)計(jì)大量的實(shí)驗(yàn),，獲取澆口幾何形狀,、保壓參數(shù)(保壓壓力和保壓時(shí)間)和模具的彈性對(duì)制品較終尺寸的影響。PET作為聚合物基,，研究了不同材料和不同壁厚平板的翹曲特性,。實(shí)驗(yàn)研究了33%玻璃增強(qiáng)纖維PA66注塑磁盤的增強(qiáng)比率、線性熱膨脹系數(shù)的各向異性,、制品厚度和翹曲之間的關(guān)系,，首次提出了翹曲指數(shù)概念，采用翹曲指數(shù)研究PA66塑料制品的翹曲特性,，并研究了翹曲指數(shù),、翹曲和纖維定向狀態(tài)之間的關(guān)系和屈服與翹曲指數(shù)的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)方法研究翹曲變形,，往往局限于某一特定的幾何形狀,、特定的材料和工藝條件，并不能全面考慮諸多因素對(duì)翹曲變形的影響,，而且也不能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)可能發(fā)生的翹曲變形的大小,。在實(shí)際使用中，經(jīng)驗(yàn)公式的局限性也顯而易見,，不僅受實(shí)驗(yàn)條件的影響,，還與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法,、經(jīng)驗(yàn)公式的應(yīng)用條件等許多因素有關(guān)，并且一種經(jīng)驗(yàn)公式只適用于與實(shí)驗(yàn)狀況相當(dāng)接近的生產(chǎn)過程,。

收縮/翹曲

由于翹曲變形與不均勻收縮有關(guān),，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(guān)系,。在注塑流動(dòng),、保壓、冷卻模擬的基礎(chǔ)上,，通過實(shí)驗(yàn)和線性回歸方法,，提出了預(yù)測(cè)注塑制品收縮的模型，在收縮預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,，通過結(jié)構(gòu)分析模擬程序計(jì)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(yīng)盡量應(yīng)用非晶態(tài)樹脂和各方向收縮一致的樹脂,。很多材料在改變流動(dòng)速度、保壓壓力,、保壓時(shí)間,、模具溫度、充模時(shí)間,、制品厚度等參數(shù)的條件下,，測(cè)出制品的收縮。根據(jù)測(cè)試結(jié)果,，將制品的收縮分為三個(gè)部分:體積收縮、分子取向引起的不均勻收縮,、不平衡冷卻引起的不均勻收縮,。體積收縮、結(jié)晶含量,、模具限制,、塑料取向等的收縮預(yù)測(cè)方法，利用流動(dòng)和冷卻分析結(jié)果來預(yù)測(cè)收縮應(yīng)變,。

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,。

    如果在注射成型平板形塑件時(shí)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(huì)繼續(xù)收縮,，收縮的不均勻?qū)⑹顾芗N曲,。因此，注塑模的冷卻應(yīng)當(dāng)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(nèi)外表面的溫度趨于平衡外,，還應(yīng)考慮塑件各側(cè)的溫度一致,，即模具冷卻時(shí)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(chǎn)生,。因此,，模具上冷卻水孔的布置至關(guān)重要。在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,，才能保證型腔壁的溫度均勻一致。同時(shí),，由于冷卻介質(zhì)的溫度隨冷卻水道長(zhǎng)度的增加而上升,，使模具的型腔、型芯沿水道產(chǎn)生溫差,。因此,，要求每個(gè)冷卻回路的水道長(zhǎng)度小于2m。在大型模具中應(yīng)設(shè)置數(shù)條冷卻回路,，一條回路的進(jìn)口位于另一條回路的出口附近,。對(duì)于長(zhǎng)條形塑件，應(yīng)采用如圖4所示的冷卻回路,，減少冷卻回路的長(zhǎng)度,，即減少模具的溫差，從而保證塑件均勻冷卻.

    頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也直接影響塑件的變形,。如果頂出系統(tǒng)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(shè)計(jì)頂出系統(tǒng)時(shí)應(yīng)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(shí)）而使塑件產(chǎn)生變形,。頂桿的布置應(yīng)盡量靠近脫模阻力大的部位。在不影響塑件質(zhì)量（包括使用要求,、尺寸精度與外觀等）的前提下,，應(yīng)盡可能多設(shè)頂桿以減少塑件的總體變形,。
     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,，如果完全采用單一的機(jī)械式頂出方式，將使塑件產(chǎn)生變形,，甚至頂穿或產(chǎn)生折疊而造成塑件報(bào)廢,，如改用多元件聯(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。

殘余熱應(yīng)力對(duì)制品翹曲變形的影響
    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,，而且對(duì)注塑制品的質(zhì)量有較大的影響。由于殘余熱應(yīng)力對(duì)制品翹曲變形的影響非常復(fù)雜,，模具設(shè)計(jì)者可以借助于注塑CAE軟件進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),。
塑料熔體在成型過程中，由于取向,、收縮的不均勻,，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的不均勻，所以制品出模后,，在不均勻內(nèi)應(yīng)力的作用下,，發(fā)生翹曲變形。因此,，許多學(xué)者從力學(xué)角度分析,、計(jì)算制品的內(nèi)應(yīng)力和翹曲。在國(guó)外一些文獻(xiàn)中,，翹曲被看成是不均勻收縮產(chǎn)生的殘余應(yīng)力造成的,。

在注塑成型冷卻階段，當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí),，塑料是粘彈性流體,，并伴有應(yīng)力松弛現(xiàn)象：當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，塑料變成固態(tài),。塑料在冷卻過程中的這種液一固相轉(zhuǎn)變和應(yīng)力松弛，對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)制品殘余應(yīng)力和殘余變形很有影響,。冷卻階段塑料由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的相轉(zhuǎn)換和應(yīng)力松弛行為,。對(duì)未固化的區(qū)域，塑料呈現(xiàn)粘性行為,，用粘性流體模型描述,，對(duì)己固化的區(qū)域，塑料呈粘彈行為,，用標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型來描述,，采用粘-彈相轉(zhuǎn)換模型和二維有限單元法來預(yù)測(cè)熱殘余應(yīng)力和相應(yīng)的翹曲變形,。

塑化階段對(duì)制品翹曲變形的影響
    塑化階段即玻璃態(tài)的料粒轉(zhuǎn)化為粘流態(tài)，提供充模所需的熔體,。在這個(gè)過程中,，聚合物的溫度在軸向、徑向(相對(duì)螺桿而言)的溫差會(huì)使塑料產(chǎn)生應(yīng)力,；另外,，注射機(jī)的注射壓力、速率等參數(shù)會(huì)極大地影響充填時(shí)分子的取向程度,，進(jìn)而引起翹曲變形,。

注射的初期使用低速，模腔充填時(shí)使用高速,，充填接近終了時(shí)再使用低速注射的方法,。通過注射速度的控制和調(diào)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(xiàn)象。
       多級(jí)注射控制程序可以根據(jù)流道的結(jié)構(gòu),、澆口的形式及注塑件結(jié)構(gòu)的不同,，來合理設(shè)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(chǎn)品質(zhì)量,、降低不良率及延長(zhǎng)模具/機(jī)器壽命,。
通過多級(jí)程序控制注塑成型機(jī)的油壓、螺桿位置,、螺桿轉(zhuǎn)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(duì)應(yīng)措施,，減少各模每次注射成型件的尺寸不均一

通過多級(jí)程序控制注塑成型機(jī)的油壓、螺桿位置,、螺桿轉(zhuǎn)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(duì)應(yīng)措施,，減少各模每次注射成型件的尺寸不均一。
多級(jí)控制的效果
成  型 條 件    效 果
注 塑 速 度    防止?jié)部诓课坏臍饧y/流紋,，防止銳角的流動(dòng)痕跡,，防止模芯的倒塌,，防止毛邊。
二 次 壓 力     減輕內(nèi)應(yīng)力變,，防止縮水,。
螺 桿 轉(zhuǎn) 數(shù)    計(jì)量的穩(wěn)定性
背 壓    計(jì)量的穩(wěn)定性

充模及冷卻階段對(duì)制品翹曲變形的影響

    熔融態(tài)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,、凝固的過程是注射成型的關(guān)鍵環(huán)節(jié),。在這個(gè)過程中，溫度,、壓力,、速度三者相互耦合作用，對(duì)塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率均有極大的影響,。較高的壓力和流速會(huì)產(chǎn)生高剪切速率,，從而引起平行于流動(dòng)方向和垂直于流動(dòng)方向的分子取向的差異，同時(shí)產(chǎn)生“凍結(jié)效應(yīng)”,。“凍結(jié)效應(yīng)”將產(chǎn)生凍結(jié)應(yīng)力,，形成塑件的內(nèi)應(yīng)力。溫度對(duì)翹曲變形的影響體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面,。
 塑件上,、下表面溫差會(huì)引起熱應(yīng)力和熱變形；
 塑件不同區(qū)域之間的溫度差將引起不同區(qū)域間的不均勻收縮,；
 不同的溫度狀態(tài)會(huì)影響塑料件的收縮率,。
脫模階段對(duì)制品翹曲變形的影響
    塑件在脫離型腔并冷卻至室溫的過程中多為玻璃態(tài)聚合物。脫模力不平衡,、推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)或脫模頂出面積不當(dāng)很容易使制品變形,。同時(shí)，在充模和冷卻階段凍結(jié)在塑件內(nèi)的應(yīng)力由于失去外界的約束,，將會(huì)以變形的形式釋放出來,，從而導(dǎo)致翹曲變形。

真三維方法來計(jì)算殘余應(yīng)力和較終形狀(收縮和翹曲),。他們考慮了保壓階段的影響,，將制品分成三層，由三維網(wǎng)格來分析殘余應(yīng)力和變形,。,，提出了在保壓階段以后所引起的殘余應(yīng)力和變形的數(shù)值模擬模型。計(jì)算殘余應(yīng)力時(shí),，采用了熱粘彈模型(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(fù)雜的薄壁注塑制品,。

注塑制品收縮對(duì)翹曲變形的影響解決辦法

    注塑制品翹曲變形的直接原因在于塑件的不均勻收縮,。如果在模具設(shè)計(jì)階段不考慮填充過程中收縮的影響，則制品的幾何形狀會(huì)與設(shè)計(jì)要求相差很大,，嚴(yán)重的變形會(huì)致使制品報(bào)廢,。除填充階段會(huì)引起變形外，模具上下壁面的溫度差也將引起塑件上下表面收縮的差異,，從而產(chǎn)生翹曲變形,。
對(duì)翹曲分析而言，收縮本身并不重要,，重要的是收縮上的差異,。在注塑成型過程中，熔融塑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，結(jié)晶型塑料大的收縮率與其收縮的異向性疊加后導(dǎo)致結(jié)晶型塑料件翹曲變形的傾向較非結(jié)晶型塑料大得多,。

對(duì)制品幾何形狀分析的基礎(chǔ)上選擇的多級(jí)注塑工藝：由于制品的型腔較深而壁又較薄,，使模具型腔形成長(zhǎng)而窄的流道，熔體流經(jīng)這個(gè)部位時(shí)必須很快地通過,，否則易冷卻凝固,，會(huì)導(dǎo)致充不滿模腔的危險(xiǎn)，在此應(yīng)設(shè)定高速注射,。但是高速注射會(huì)給熔體帶來很大的動(dòng)能,，熔體流到底時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的慣性沖擊，導(dǎo)致能量損失和溢邊現(xiàn)象,，這時(shí)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(xù)壓力）使熔體在澆口凝固之前向模腔內(nèi)補(bǔ)充熔體的收縮,，這就對(duì)注塑過程提出多級(jí)注射速度與壓力的要求,。

殘余熱應(yīng)力使制品翹曲變形的解決方法
流體表面的速度應(yīng)該是常數(shù)。應(yīng)采用快速射膠防止射膠過程中熔體凍結(jié),。射膠速度設(shè)置應(yīng)考慮到在臨界區(qū)域（如流道）快速充填的同時(shí)在入水口位減慢速度,。射膠速度應(yīng)該保證模腔填滿后立即停止以防止出現(xiàn)過填充、飛邊及殘余應(yīng)力,。

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