注塑製品翹曲（qǔ）變形原因分析

注塑製品翹曲變形是（shì）指注塑製（zhì）品的（de）形狀偏離（lí）了模具型腔的形狀，它是塑料製（zhì）品常見的缺陷之一。隨著塑料工業的發展，人們對塑料製品的外觀和使用性能要求越來越高，翹曲變形程度作為評定產品質量的重要指標（biāo）之一也（yě）越來越多地受到（dào）模具設計者的關注與重視。模具設計（jì）者（zhě）希望在（zài）設計（jì）階段（duàn）預測出塑料（liào）件可能產生翹曲（qǔ）的原因，以便加以（yǐ）優化設計，從而（ér）提高（gāo）注（zhù）塑生產（chǎn）的效率和質量（liàng），縮短模具設計周期，降低成本。

本文主要對在注塑模具設計過程中影響注塑製品翹曲變形的因素加以分析。

●模具的結構對注塑製品翹曲變形的影響

在模具設計方麵，影響（xiǎng）塑件變形的因素主要有（yǒu）澆注係統、冷卻係統與頂出係統等。

1．澆注係統的設計（jì）

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（xíng）腔內的填充狀態，從而（ér）導致塑件（jiàn）產生變形。

流動距離越長，由凍結層與（yǔ）中間流動（dòng）層之間流動和補縮引起的內應力越大；反（fǎn）之，流動（dòng）距離越短，從（cóng）澆口到製件流動末端的流動時間越短，充模時（shí）凍結層厚度減薄（báo），內應力降低，翹曲變（biàn）形也會因此大為（wéi）減少。圖1為大型平板形塑件，如果隻使用（yòng）一個中間澆（jiāo）口（如（rú）圖1a所示）或一個側澆（jiāo）口（如圖（tú）1b所示），因直徑方向上的收縮率大（dà）於（yú）圓周方向上的收縮率，成型（xíng）後的（de）塑件會產生扭曲變形；若改用（yòng）多個點澆口（如（rú）圖1c所示）或薄膜型澆口（如圖1d所示），則（zé）可有（yǒu）效地防止翹曲變形。

a)中間澆口b)側澆口c)多點澆口d)薄膜（mó）型澆口

當采用點澆進行成型時，同樣由（yóu）於塑料收縮的異向性（xìng），澆口的位置、數量（liàng）都對塑件的變形程度有（yǒu）很大的影響（xiǎng）。圖2為一箱形製件在不同澆口數目與分布下的試驗圖。

a)直澆口b)10個點澆口c)8個點澆口

d)4個點（diǎn）澆口e)6個點澆口f)4個點澆口

由於采用（yòng）的（de）是30％玻璃纖維增強PA6，而得到（dào）的是重量為4.95kg的大型注塑件，因此（cǐ）沿（yán）四周壁（bì）流動方向上設有許多加強（qiáng）肋，這樣，對各個澆口都能獲得充分的平衡。實驗結（jié）果表明，按圖f設（shè）置澆口具有較好的效果（guǒ）。但並非澆口數（shù）目越多越好。實驗（yàn）證明，按圖c設計的澆口比圖a的直澆口還差。

另外，多澆口的使用還能使塑料的流動比（L／t）縮（suō）短，從（cóng）而（ér）使模腔內物料（liào）密度更趨均勻，收縮更均勻。同時，整（zhěng）個塑件（jiàn）能在較小的注塑壓力下充滿。而較小的注射壓力可（kě）減少塑料的分子取向傾向，降低其內應（yīng）力，因而可減少塑件的（de）變形。

2．冷卻係統的設（shè）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（zhè）種收縮差別導致彎（wān）曲力矩的產生（shēng）而使塑件發生翹曲（qǔ）。

如果在（zài）注射（shè）成型平（píng）板形塑件時所（suǒ）用的模（mó）具型腔、型芯的溫度相差過大，如圖3所示，由於貼近（jìn）冷模腔麵的熔體很快（kuài）冷卻下（xià）來（lái），而貼近熱模腔麵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（lěng）卻應當注意型腔、型芯的溫度趨於平衡，兩（liǎng）者的溫差不（bú）能太大。

除了考慮（lǜ）塑件內外表麵的溫度趨於平衡外（wài），還應考慮塑件各側的溫度一致，即模具冷卻時（shí）要盡量保（bǎo）持型（xíng）腔、型芯各處（chù）溫度均勻一致，使塑件各處的冷（lěng）卻速度均衡，從（cóng）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（lěng）卻水孔的布（bù）置至關重要。在管壁至型腔表麵距離確定後，應盡可（kě）能使冷（lěng）卻水孔之間的距離小，才能保證型（xíng）腔壁的溫度均勻一致。同時，由於冷卻介質（zhì）的溫度隨（suí）冷（lěng）卻水道長（zhǎng）度的增加而上升，使模（mó）具的（de）型腔、型芯（xīn）沿水道（dào）產生溫差。因此，要求每個冷卻回路的水道長度小於2m。在大型模具中應設置數條冷卻回路，一條回路的進口位於另一條回路的（de）出口附近。對於長條形塑（sù）件，應采用如圖4所示的冷卻回路，減少冷卻回路的長度，即減（jiǎn）少模具的溫差，從而保（bǎo）證塑件均勻冷卻（què），圖5為回路設計（jì）方案（àn）。

3．頂出係統的設計

頂出係統的設計也直接（jiē）影響塑件（jiàn）的變形。如果頂（dǐng）出係統布（bù）置（zhì）不平衡，將造成頂出力的不平衡而使塑件變形。因此，在設計頂出係統（tǒng）時應力求與脫模阻力相平衡。另外，頂出（chū）杆（gǎn）的截麵積不能太小，以防塑件單（dān）位麵積受力過大（尤其在脫模溫度太高時）而使塑件（jiàn）產生變形（xíng）。頂杆的布置應盡量靠（kào）近（jìn）脫模阻力大的部位。在不影響塑（sù）件質（zhì）量（包括使用要求、尺寸精度與外觀等）的前（qián）提下，應盡可能（néng）多設頂杆以減少（shǎo）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（yóu）於脫（tuō）模阻力較大，而材料又較軟，如果完（wán）全采用單一的（de）機（jī）械式頂（dǐng）出方式，將使塑件產（chǎn）生變形（xíng），甚至頂穿（chuān）或產生折疊而造成塑件報（bào）廢（fèi），如改用多元件聯合或氣（液）壓與（yǔ）機械式頂出（chū）相結合的（de）方式效果會更好。

●塑化階段對製（zhì）品翹曲變形的影響

塑化階段即玻璃態的料粒轉化為粘流態，提供（gòng）充模所需的熔體（tǐ）。在這個過程中，聚合物的溫度（dù）在軸向、徑向(相對螺杆而言（yán）)的溫差會使塑料產生應力；另外，注射機的注射壓力、速率等參數會較大地影響（xiǎng）充填（tián）時分子的取向程度，進而（ér）引起翹曲變形。

●充模及冷卻階段對製品（pǐn）翹曲變形的影響

熔融態的塑（sù）料在注射（shè）壓力的作用下，充入模具型腔並在型腔內（nèi）冷卻、凝固的（de）過程是注射成型（xíng）的（de）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（chǎn）效率（lǜ）均有較大的影響。較高的（de）壓力和流速會產生高剪切速率，從而引起平行於流動方向和垂直於流動方向的分子取向的差異，同時產生"凍結效應（yīng）"。"凍（dòng）結效應"將產生凍結應力，形（xíng）成塑件的內應（yīng）力。溫度對翹曲變形的影響體現在以下幾個方麵。

(1)塑件上、下表麵溫差會引起熱應力和熱變形（xíng）；

(2)塑件不同區域（yù）之間的溫度差將引起不同（tóng）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。

●脫模階段對製（zhì）品翹（qiào）曲（qǔ）變形的影響

塑件在脫離（lí）型腔並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（huò）脫模頂出麵積不當很（hěn）容易使製品變形。同時，在充模和（hé）冷卻階段凍結在塑件內（nèi）的應力由於失去外界的約束（shù），將會以變形的形式釋放出來，從而導致翹曲（qǔ）變形。

●注塑製品的（de）收縮（suō）對翹曲變（biàn）形的影響

注塑製（zhì）品翹曲變形的直接原因在於塑件的不均勻收縮。如果（guǒ）在模具設計階段不考慮填充過（guò）程中收縮的影響，則製（zhì）品的幾何形狀會與設計（jì）要（yào）求相差很大，嚴重的變形會致使製品報廢。除（chú）填（tián）充階段會引起變形外，模具上下壁麵的溫度差也將引（yǐn）起塑件上下（xià）表麵收縮的差異，從而產（chǎn）生翹曲變形（xíng）。

對翹（qiào）曲分析而（ér）言，收縮本身並不重（chóng）要，重要的是（shì）收縮上的差（chà）異。在注塑成型過程中，熔融塑料在注射充模階段由（yóu）於聚合物分子（zǐ）沿流動方向的排（pái）列使塑料在流動方（fāng）向上的收縮率比垂直方向的收縮率（lǜ）大，而使注塑件（jiàn）產（chǎn）生翹曲（qǔ）變形。一般（bān）均勻收縮隻引起塑料件體積上的變化，隻有不均勻收（shōu）縮（suō）才會引（yǐn）起翹曲變形。結晶型塑料在流動方向與垂直方向（xiàng）上的收縮率之差較（jiào）非結晶型塑料大，而且其（qí）收縮率也（yě）較非結晶型塑料大，結晶型塑料（liào）大的（de）收縮率（lǜ）與其收縮的（de）異向性疊加後導致結（jié）晶（jīng）型塑料件翹曲變形（xíng）的傾向（xiàng）較（jiào）非結晶型塑料大得多。

●殘餘熱應力對（duì）製品翹曲變形的影響

在注射成型過程中，殘餘熱應力是引起翹曲變形的一個（gè）重要因素，而且對注塑製品的質量有較大的影響。由於殘餘熱應力對製品（pǐn）翹曲變形的影響非常複雜，模具設（shè）計（jì）者可以借助於注塑CAE軟件進行分析和預測（cè）。

●結論

影響注塑製品翹曲變形的因素有（yǒu）很多，模具的結構、塑料材料的（de）熱物理性能（néng）以及注射成型過程的條件和參（cān）數均對製（zhì）品的翹曲變形有不同程度的影響。因此，對注塑製品翹曲變形機（jī）理的（de）研究須綜合考（kǎo）慮（lǜ）整個（gè）成型過程和材料性能等（děng）多方麵的因素。