注塑製品翹曲變形原因分析（xī）

注塑（sù）製品翹曲變形是指注塑製品的形狀偏（piān）離了模具型腔的形狀，它（tā）是（shì）塑料製品（pǐn）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（qǔ）變形（xíng）程度作為評定產品質量的重要指標之一也越來越多地受到模具設計（jì）者的關注與重視。模具設計者希望在（zài）設計階段預測出塑料件可能產生翹（qiào）曲（qǔ）的（de）原因，以便加以優化（huà）設計，從而提高注塑生產的效率和質量，縮短模具設計周期，降低成本。

本（běn）文（wén）主要對在注塑模具設計過程中影響注塑製品翹曲（qǔ）變形的（de）因素（sù）加以分析。

●模具的結構對注塑製品翹曲變形的（de）影響

在模具設計方麵，影響塑件變（biàn）形的因素主要有澆注係（xì）統、冷卻係統與（yǔ）頂出（chū）係統等。

1．澆（jiāo）注係統的（de）設計

注塑模具澆口的位置、形式和澆口（kǒu）的數量將影響塑料在模具型腔內的填充（chōng）狀態，從（cóng）而（ér）導致塑件產生變形。

流動距離越長，由凍結層（céng）與中間流（liú）動層之間流動和補縮引起的內（nèi）應力越大；反之，流動距離越（yuè）短（duǎn），從澆口到製件流（liú）動末（mò）端的流動時間越短，充模時凍結層厚度減薄，內（nèi）應力降低，翹曲（qǔ）變形也會因此大為減少。圖1為大型平板形塑件（jiàn），如果隻使用一個（gè）中間澆口（如圖1a所示）或（huò）一（yī）個側澆口（如圖1b所示（shì）），因直徑方向（xiàng）上的收縮率大於圓周方向上的收縮率，成型後（hòu）的塑（sù）件（jiàn）會產生扭曲變形；若改用多個點澆口（如圖1c所示）或薄膜型（xíng）澆口（如圖1d所示），則可有效地防止翹曲變（biàn）形。

a)中間澆口b)側澆（jiāo）口c)多點澆口d)薄膜型澆口

當采用點澆進行成型時，同（tóng）樣由於塑料收縮的（de）異向性，澆（jiāo）口（kǒu）的位置、數量都對塑件的變形程度有很大的影響。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（zhí）澆口b)10個點（diǎn）澆口c)8個點澆口

d)4個點澆口e)6個點澆口f)4個點澆口（kǒu）

由於采用的（de）是30％玻璃纖維（wéi）增強PA6，而（ér）得（dé）到的是重量為4.95kg的（de）大型注塑件，因此沿四周（zhōu）壁流動方向（xiàng）上（shàng）設有許多（duō）加強肋，這樣，對各個澆口都能獲（huò）得充分（fèn）的平（píng）衡。實驗結果表明，按圖f設置澆口具有較好的效果。但並非（fēi）澆口數目越多越好（hǎo）。實驗證明，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）縮短，從而使模腔內物料密度更趨均勻，收縮更均勻。同時，整個塑件能在較（jiào）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（jiàng）低其內應力，因而可減少塑（sù）件的變形。

2．冷卻（què）係統的設計

在注（zhù）射過程中，塑件冷卻速度的不均勻也將形成（chéng）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（shēng）翹曲。

如果在注射成型（xíng）平板形（xíng）塑件（jiàn）時所用的模具型腔、型（xíng）芯的溫度相差過大，如圖3所示，由於貼近冷模腔麵的熔體很快冷卻下來（lái），而貼近熱模腔麵（miàn）的料層（céng）則（zé）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（xīn）的溫度趨於平衡（héng），兩者的溫差不能太大。

除了考慮塑件內外表麵的溫度趨（qū）於平衡外，還應考慮塑件各側（cè）的溫（wēn）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（chǎn）生。因此，模具上冷卻水孔的布置至關（guān）重要。在（zài）管壁至型腔表麵距（jù）離（lí）確定後，應盡可能使冷卻水孔之間的距離小，才能保（bǎo）證型腔壁（bì）的（de）溫度均勻一致。同時，由於冷卻介質的溫度隨冷卻水（shuǐ）道長（zhǎng）度的增加（jiā）而上升，使模（mó）具的型腔、型芯沿水道產（chǎn）生溫差。因此，要求每個冷卻回路的水道（dào）長度小於2m。在大型模具中應設置數條（tiáo）冷卻回路（lù），一條回路的進口位於另一條回（huí）路的出口附（fù）近。對於長條形塑件，應采用如圖4所（suǒ）示的冷卻回路，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，圖5為回路設計方（fāng）案。

3．頂出係統的設計

頂出係統的設計也直接影響塑件的（de）變形。如果頂出係統布置不平衡，將（jiāng）造成頂出力的不平衡而使（shǐ）塑件變形。因此，在（zài）設計頂出係統時應力求與脫模阻力相（xiàng）平衡（héng）。另外，頂出杆的截麵積不能太小，以防塑件單位麵積受力過大（尤其在脫（tuō）模溫度太高時）而使塑件產生變形。頂杆的布置應盡量靠近脫模阻力大的部位。在不（bú）影響塑件質量（包括使用要求、尺寸（cùn）精度與外觀等）的前提下，應盡可能多設頂杆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（de）塑件時，由於脫模阻力較（jiào）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（jiāng）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（qì）（液）壓與機（jī）械式（shì）頂出相結合的方式效果會更好。

●塑化階段對製品翹曲變（biàn）形（xíng）的影響

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

●充模及冷卻階段對（duì）製品翹曲（qǔ）變形的影響

熔融態的塑料在注射壓力的作用下，充入模具型腔並在型腔（qiāng）內冷卻、凝固的過程是注射成型的關鍵環節。在這個（gè）過程中，溫度、壓力、速度三（sān）者相互耦合作用，對（duì）塑件的質量和生產效率（lǜ）均有較大的影（yǐng）響。較高（gāo）的壓力（lì）和流速會（huì）產生高剪切速率，從而引起平行於流動方向和（hé）垂直於流動方向的分子（zǐ）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（xiǎng）體現在以下幾個（gè）方麵。

(1)塑件上、下表麵溫差會引（yǐn）起熱應力（lì）和熱變形；

(2)塑（sù）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（yǐng）響塑料件的收縮率。

●脫模階段對製品翹曲變形的影響

塑件在脫離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脫模頂出麵積不當很容易使製（zhì）品變形。同時，在充模和冷卻階段（duàn）凍結在塑件（jiàn）內的應力由於（yú）失去外（wài）界的約束，將會以變形的形式釋放出來（lái），從而導（dǎo）致翹曲（qǔ）變形。

●注（zhù）塑製品的收縮（suō）對翹曲變形的影響

注塑製品翹曲變形的直接原因（yīn）在於塑件的（de）不均勻（yún）收縮（suō）。如果在模具（jù）設計（jì）階（jiē）段不考慮填充（chōng）過程中收縮的（de）影響，則（zé）製品的幾何形狀會與設（shè）計要求（qiú）相差很大，嚴重的變形會（huì）致使製品報（bào）廢。除填充（chōng）階段會引起（qǐ）變形外，模具上下壁麵的溫度（dù）差也將引起塑件上下表麵收縮的差異，從而產生翹曲變形。

對翹曲分析而（ér）言，收縮本身並不重要，重要的是（shì）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（duàn）由於（yú）聚合物分（fèn）子（zǐ）沿流動方向的排列使塑料在流動方向（xiàng）上的收縮率（lǜ）比垂直方（fāng）向的收縮（suō）率大，而使注塑件產生（shēng）翹曲變形。一般均勻收縮隻引起塑（sù）料件體積上的（de）變化，隻有不均勻收縮才（cái）會引起翹曲變形。結晶型塑料在流動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（fēi）結晶型（xíng）塑料大，結晶型塑料大的（de）收縮率與其收縮的異向（xiàng）性疊（dié）加後導致結晶型塑料件翹曲變形的傾向較非結晶型塑料大得多。

●殘餘熱應力對製品翹曲變形的影響

在（zài）注射（shè）成（chéng）型過程（chéng）中，殘餘熱應力是引起翹曲變形的一（yī）個重要因素，而且對注塑製品的質量有（yǒu）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（mó）具設計者可以借助於注（zhù）塑CAE軟件進（jìn）行分析和預測。

●結論

影響注塑製品（pǐn）翹曲變形的因素有很多，模具的結構、塑（sù）料材料的熱物理（lǐ）性能以及（jí）注射成型過程的條件和參數均對製品的（de）翹曲（qǔ）變（biàn）形有不同程度的影響（xiǎng）。因此，對注塑製品翹曲變形機理的研究須綜（zōng）合考慮整個成型（xíng）過程和材料性能等多方麵的因素。