引起注塑件翹曲、彎曲和扭曲的原因及防止辦法
注塑翹曲變形是指注塑制品的形狀發(fā)生畸變而翹曲不平，偏離了制件的形狀精度要求，它是注射模設(shè)計(jì)和注射生產(chǎn)中常見(jiàn)的較難解決的制品缺陷之一。
隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，特別是電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)塑料制品的外觀和使用性能要求越來(lái)越高。如筆記本及掌上電腦，扁薄手機(jī)等塑殼制件，翹曲變形程度已作為評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，越來(lái)越受到模具設(shè)計(jì)者的關(guān)注與重視。希望在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)出塑料件可能產(chǎn)生的翹曲原因，以便優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小產(chǎn)品的翹曲變形，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度要求。
1、翹曲變形產(chǎn)生的原因
翹曲變形是制品在注射工藝過(guò)程中，應(yīng)力和收縮不均勻而產(chǎn)生的。脫模不良，冷卻不足，制件形狀和強(qiáng)度不宜，模具設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)不佳等也使塑件發(fā)生曲變。
模溫不勻，塑件內(nèi)部溫度不均勻。
塑件壁厚差異和冷卻不均勻，導(dǎo)致收縮的差異。
塑件厚向冷凝壓差和冷卻速差。
塑件頂出時(shí)溫度偏高或頂出受力不勻。
塑件形狀不當(dāng)，具有彎曲或不對(duì)稱(chēng)的形狀。
模具精度不良，定位不可靠，致使塑件易翹曲變形。
進(jìn)料口位置不當(dāng)，注射工藝參數(shù)不佳，使收縮方向性明顯，收縮不均勻。
流動(dòng)方向和垂直于流動(dòng)方向的分子鏈取向性差異，致使收縮率不同。
凸凹模壁厚向不對(duì)稱(chēng)冷卻，冷卻時(shí)間不足，脫模后冷卻不當(dāng)。
2、模具結(jié)構(gòu)對(duì)注塑件翹曲變形的影響
在模具設(shè)計(jì)方面，影響塑件翹曲變形的因素主要有三大系統(tǒng)，分別是澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)與頂出系統(tǒng)等。
1）.澆口的設(shè)計(jì)
注塑模澆口是整個(gè)澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的位置、形式和澆口的數(shù)量直接影響熔料在模具型腔內(nèi)的填流狀態(tài)，導(dǎo)致塑料固化、收縮和內(nèi)應(yīng)力的異變。常用的澆口類(lèi)型有側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口、直澆口、扇形澆口以及薄膜型澆口等。
澆口位置的選擇應(yīng)使塑料的流動(dòng)距離最短。流動(dòng)距離越長(zhǎng)，內(nèi)部流動(dòng)層與外部?jī)鼋Y(jié)層之間的流動(dòng)差增加，這樣凍結(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)力愈大，塑件變形也隨之增大;
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)因此減小。
如精密薄壁較大塑件，使用一個(gè)中心澆口或一個(gè)側(cè)澆口，因徑向收縮率大于周向收縮率，成型后的塑件會(huì)產(chǎn)生較大的扭曲變形;若改用多個(gè)點(diǎn)澆口或薄膜型澆口，則可有效地防止翹曲變形，因此設(shè)計(jì)時(shí)須進(jìn)行流動(dòng)比計(jì)算校核。
當(dāng)采用點(diǎn)澆口成型時(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。
對(duì)扁平箱形塑件在不同澆口數(shù)目的分布試驗(yàn):采用15%玻璃纖維增強(qiáng)PA66，重量為1450g的塑件，沿四周壁流動(dòng)方向上設(shè)有許多加強(qiáng)肋。采用基本相同的工藝參數(shù)。澆口方式：(a)直澆口，(b)5~4個(gè)點(diǎn)澆口，(c)9~8個(gè)點(diǎn)澆口。試驗(yàn)結(jié)果，按b設(shè)置澆口具有最好的效果，滿足設(shè)計(jì)要求。按c設(shè)計(jì)的澆口比直澆口還差,翹曲變形量超出設(shè)計(jì)要求3.6~5.2mm。
多澆口能使塑料的流動(dòng)比(L/t)縮短，從而使模內(nèi)熔料密度和收縮更趨均勻。同時(shí)，塑件能在較小的注射壓力下充滿模腔，減少塑料的分子取向傾向，降低內(nèi)應(yīng)力，減少塑件的變形。
2）.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.在注射過(guò)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。
如精密扁平狀較大塑殼件模具型腔、型芯的溫度相差過(guò)大，冷模腔面的熔體很快冷卻下來(lái)，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，注塑模的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格控制型芯、型腔的溫度平衡。
對(duì)精密扁平狀塑殼件，成型收縮率較大而易變形的材料，生產(chǎn)試驗(yàn)表明，溫差不宜超過(guò) 5°~8°。
其次，還應(yīng)考慮塑件各側(cè)溫度的一致，即保持型芯、型腔各處溫度均勻一致，使塑件各處的冷卻速度均衡，收縮均勻，有效防止變形的產(chǎn)生。在未完全冷卻時(shí)頂出，頂桿的頂推力往往使成型制件變形，所以未充分冷卻就勉強(qiáng)脫模會(huì)產(chǎn)生變形。對(duì)策是在模腔內(nèi)充分冷卻，等完全硬化后方可頂出。也可以降低模具溫度、延長(zhǎng)冷卻時(shí)間。然而，有的模具的局部冷卻不充分，在通常成型條件下還有時(shí)不能防止變形。這種情況應(yīng)考慮變更冷卻水的路徑、冷卻水道的位置或追加冷卻梢孔，尤其應(yīng)考慮不用水冷，采用空氣冷卻等方式。
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，應(yīng)經(jīng)嚴(yán)格的工藝試模確定。因此，模具上冷卻水孔的設(shè)置至關(guān)重要。
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，必要時(shí)采用疏密不均的排列形式，即料溫高處冷卻水孔排密一些，料溫低處冷卻水孔排稀疏一些，以維持冷卻速度基本相同。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，冷卻回路的水道長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。
3）.頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
如果頂出機(jī)構(gòu)布置不平衡，造成頂出力的不均衡而使塑件變形。頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接影響塑件的變形。有的制件的脫模性不良，采用頂桿強(qiáng)行脫模而造成變形。對(duì)不易變形的塑料制件，這時(shí)不是產(chǎn)生變形而是產(chǎn)生裂紋。因此，在設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)力求與脫模阻力相平衡。頂桿的截面積不宜太小，以防塑件單位面積受力過(guò)大而產(chǎn)生變形。
對(duì)于ABS和聚苯乙烯制件，這種變形是以被推項(xiàng)部位的發(fā)白表現(xiàn)出來(lái)(參照開(kāi)裂、裂紋、微裂和發(fā)白)。其消除方法是改善模具的拋光、使其易于脫模，有時(shí)使用脫模劑也可改善脫模。最根本的改進(jìn)方法是研磨型芯、減小脫模阻力，或增大拔模斜度，在不易頂出部位增設(shè)頂桿等，而變更頂出方式則更重要。
頂桿的布置應(yīng)盡量靠近脫模阻力大的部位。對(duì)于精密扁平狀塑殼件，應(yīng)盡可能多設(shè)頂桿以減少塑件的變形，并采用頂桿脫模與推件板脫模相結(jié)合的復(fù)合脫模機(jī)構(gòu)。
用軟質(zhì)塑料來(lái)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，如果完全采用機(jī)械式頂出方式，將使塑件產(chǎn)生變形，若改用多元件聯(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。
3、充模冷卻與翹曲變形
熔融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。在這個(gè)過(guò)程中，溫度、壓力、速度三者相互耦合作用，對(duì)塑件的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。
較高的壓力和流速會(huì)產(chǎn)生高剪切應(yīng)力，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，形成塑件較大的內(nèi)應(yīng)力。溫度對(duì)翹曲變形的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
塑件內(nèi)外表面溫差會(huì)引起熱應(yīng)力和熱變形;
塑件不同區(qū)域之間的溫度差引起不均勻收縮;
不同的溫度狀態(tài)會(huì)影響塑料件的收縮率。
因此，嚴(yán)格控制適宜的注射工藝參數(shù)是減少翹曲變形的重要手段。
4、制件收縮與翹曲變形
注塑件翹曲變形的直接原因在于塑件的不均勻收縮。對(duì)翹曲變形分析而言，收縮本身并不重要，重要的是收縮的差異。在注塑成型過(guò)程中，熔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。
成型應(yīng)變?cè)斐傻淖冃沃饕怯沙尚褪湛s在方向上的差異、壁厚的變化所產(chǎn)生的。因此，提高模具溫度、提高熔料溫度、降低注射壓力、改善澆注系統(tǒng)的流動(dòng)條件等均可減小收縮率在方向上的差值。可是，只變更成型條件大多難以矯正過(guò)來(lái)，這時(shí)就需改變澆口的位置和數(shù)目例如成型長(zhǎng)桿件時(shí)要從一端注入等。
有時(shí)必需改變冷卻水道的配置;較長(zhǎng)薄片類(lèi)制件更容易變形，有時(shí)需變更制件的局部設(shè)計(jì)在其上翹一側(cè)的背面設(shè)置加強(qiáng)筋等.利用輔助工具冷卻來(lái)矯正這種變形大多是有效的。不能矯正時(shí)，就必須修正模具的設(shè)計(jì)了。其中，最重要的是應(yīng)注意使制品壁厚一致。在不得已的情況下，只好通過(guò)測(cè)量制品的變形，按相反的方向修正模具，加以校正。
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。因此，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。
5、殘余熱應(yīng)力與翹曲變形
在注射成型過(guò)程中，殘余熱應(yīng)力是引起翹曲變形的一個(gè)重要因素，由于殘余熱應(yīng)力對(duì)制件翹曲變形的影響非常復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)通常借助注塑CAE軟件進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。
6、結(jié)晶性塑料
縮率較大的樹(shù)脂，一般是結(jié)晶性樹(shù)脂(如聚甲醛、尼龍、聚丙烯、聚乙烯及PET樹(shù)脂等)比非結(jié)晶性樹(shù)脂(如PMMA樹(shù)脂、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS樹(shù)脂及AS樹(shù)脂等)的變形大，另外，由于玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂具有纖維配向性，變形也大。
由于融點(diǎn)溫度范圍狹窄多數(shù)產(chǎn)生變形，并且往往是難以修正的。結(jié)晶性塑料的結(jié)晶度隨冷卻速度的不同而變化，即急劇冷卻結(jié)晶度降低、成型收縮率減小，而緩慢冷卻結(jié)晶度升高、成型收縮率增大。結(jié)晶性塑料變形的特殊矯正法就是利用這—性質(zhì)。
實(shí)際上使用的矯正法是使動(dòng)、靜模有一定的溫差。就是采取使翹曲的另一面產(chǎn)生應(yīng)變的溫度，即可矯正變形。有時(shí)這個(gè)溫差高達(dá)20℃以上，但必須十分均勻地分布。必須指出，在設(shè)計(jì)結(jié)晶性塑料成型制件及模具時(shí)，如不預(yù)先采取特別的防止變形的手段，制件會(huì)因變形而無(wú)法使用，僅使成型條件達(dá)到上述各項(xiàng)要求，大多數(shù)情況仍然不能矯正變形。
7、嬌正制品翹曲的方法
影響精密扁薄形塑料制件翹曲變形的因素有很多，模具的結(jié)構(gòu)、塑料材料的熱物理性能以及注射成型過(guò)程的工藝參數(shù)均對(duì)制件的翹曲變形有不同程度的影響。因此，對(duì)制件翹曲變形機(jī)理的試驗(yàn)研究必須突出重點(diǎn)綜合考慮諸多的因素。
從模具中取出的制品如果要矯正，簡(jiǎn)單的辦法就把要矯正的制品放在矯正的工具上，在翹曲的地方加上重物，但必須明確決定重物的重量同所放的位置。
或把翹曲的制品放在矯直器上，一同放入制品熱變形溫度附近的熱水中，簡(jiǎn)單地用手矯直。但要注意熱水的溫度不能太高，否則會(huì)使制品的變形更加歷害。
翹曲矯正后不可在制品上留有斑痕。
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