注塑（sù）製品翹曲變形原（yuán）因分析

注塑製（zhì）品翹曲變形（xíng）是指注塑（sù）製品的形狀偏離了（le）模具型腔（qiāng）的形狀，它是塑料製品常見的缺陷之一。隨著塑料工業的發展，人們對塑料製（zhì）品的外觀和使（shǐ）用性能要求越來（lái）越高，翹曲變形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（shè）計者的關注與重視。模具設（shè）計者希望在設計階段（duàn）預（yù）測出塑料件可能產生翹曲的原因，以便加以優化設計，從而提高（gāo）注塑生（shēng）產的（de）效率和（hé）質量，縮短（duǎn）模具設計周期，降低成本。

本文主要對（duì）在注塑模具設（shè）計過程中影（yǐng）響注塑製品翹曲變形的因素加以分析。

●模具的結構（gòu）對（duì）注塑製品（pǐn）翹（qiào）曲變形的影響

在模具設計方（fāng）麵，影響塑件變形的因素主要有澆注（zhù）係統、冷卻係（xì）統與頂出係統等。

1．澆注係統的設計

注塑模具澆口的位置、形（xíng）式和澆（jiāo）口的數量將影響塑料在模（mó）具型腔內的（de）填充狀態，從而導致塑件產生變形。

流動距離越長，由（yóu）凍結層與中間流動層之間（jiān）流（liú）動和補縮引起的內應力越大；反之，流動距離（lí）越短，從澆口到製件流動（dòng）末端的流動時間越短，充模時凍（dòng）結層厚度減薄，內應（yīng）力降低，翹曲變形也會因此大為（wéi）減少（shǎo）。圖1為大型平板形塑件，如果隻使用一個中間澆口（如圖1a所示）或一個側澆口（如圖1b所示（shì）），因直徑方向上的（de）收縮率大於圓周方向上的收縮率（lǜ），成型後的塑件會產生（shēng）扭曲變形；若改用多個（gè）點澆（jiāo）口（如圖（tú）1c所示）或薄（báo）膜（mó）型澆（jiāo）口（如圖1d所示），則可有效地防止翹曲變形。

a)中間澆口b)側澆口c)多點澆（jiāo）口d)薄膜型澆口

當采用點澆進行成型時，同樣由於塑料（liào）收縮的異向性，澆口的位置、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（mù）與分布下（xià）的試驗圖。

a)直澆口（kǒu）b)10個點澆口c)8個（gè）點澆（jiāo）口

d)4個點澆口e)6個點澆（jiāo）口f)4個點（diǎn）澆口

由於采用的是30％玻璃纖維增強PA6，而得（dé）到的是重量為4.95kg的大型注（zhù）塑件，因此沿四周壁流動方向上設有許多加（jiā）強肋，這（zhè）樣，對各個澆口都能獲得充分的（de）平衡。實驗結果表明，按圖f設置澆口具（jù）有較好的（de）效果。但並非澆口數目越（yuè）多越好。實驗證明，按（àn）圖（tú）c設計的澆口比圖a的直澆口還差。

另外，多（duō）澆口（kǒu）的使用還能使塑料（liào）的流動比（L／t）縮短，從而使模（mó）腔（qiāng）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（lì）下充滿。而較（jiào）小的注射壓（yā）力可減（jiǎn）少塑料的分子取向傾向，降低其內應力，因而可減少（shǎo）塑件的變形。

2．冷卻係統的設計（jì）

在注射過程中，塑件（jiàn）冷卻速（sù）度的不均勻也將形成塑件收縮的不均勻，這種收縮差別（bié）導致彎（wān）曲力矩的（de）產生而使塑件發生翹曲。

如果在注射（shè）成型（xíng）平板形塑件時所用的模具型腔、型芯的溫度相差過大，如圖3所示，由於貼近冷模腔麵的（de）熔體很快冷卻下來，而貼近熱模腔麵的料（liào）層則會（huì）繼續收（shōu）縮，收縮的不均勻（yún）將（jiāng）使塑件翹曲。因此，注塑（sù）模的（de）冷卻應當注意（yì）型腔、型芯的溫度趨於平衡，兩（liǎng）者的溫差不能太大。

除了考慮塑件內外表麵的溫度趨於平衡外，還應考慮塑件各側的溫度（dù）一（yī）致，即模具冷卻時要盡（jìn）量保持型腔、型芯各處溫度（dù）均勻一致，使塑件各處的冷卻（què）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（jù）上冷卻水孔的布置至關重要。在管壁至（zhì）型腔（qiāng）表麵距離確定後，應（yīng）盡可能使冷卻水孔之間的距離小，才能保證型腔壁的（de）溫度均勻一致。同時，由於冷卻介質的溫度（dù）隨冷（lěng）卻水道長度的增加（jiā）而上升，使模具的型腔（qiāng）、型芯沿水（shuǐ）道產生（shēng）溫差。因此，要求每個冷卻回（huí）路的（de）水道長度小於（yú）2m。在大型模具中（zhōng）應設置數條冷卻回路，一條回路的（de）進口位於另一條回路的出口附近。對於長條形塑件，應采用如圖4所示的冷卻回路，減少冷卻回路的長度，即減少模具的溫差，從而保證（zhèng）塑件均勻冷卻，圖5為回路設計方案。

3．頂出係統的設計

頂出係統的設計也直接影響塑件的變形。如果（guǒ）頂出係統布置（zhì）不平衡，將造成頂出力的不平衡（héng）而使塑件變形（xíng）。因此，在設計頂出係統時應力求與脫模阻力相平衡。另外，頂出杆的截麵積不能（néng）太小，以防塑件單位麵積受力過大（尤其在脫模溫度太高時）而（ér）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。在不影響塑件（jiàn）質量（包括（kuò）使（shǐ）用要求、尺（chǐ）寸精（jīng）度與外觀等）的前（qián）提下，應盡可能多設頂杆以減少塑件的總體變（biàn）形。

用軟（ruǎn）質塑料來生產大型（xíng）深腔薄壁的塑（sù）件時，由於脫模阻力較大，而材料（liào）又較軟，如果完（wán）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（chǎn）生折疊而造成塑（sù）件報廢，如改用多元件聯合或氣（液）壓與機（jī）械式頂出相結合（hé）的方式效果會更好。

●塑化階段對製品翹曲變形的影響

塑化階（jiē）段即玻璃態的料粒（lì）轉化為粘流態（tài），提供充模所需的熔（róng）體。在這個過程中，聚合物（wù）的（de）溫度在軸向、徑向(相對螺杆而言（yán）)的溫（wēn）差會使塑料產生應力（lì）；另外，注射機的注射壓力、速率等參（cān）數（shù）會較大地影響充填時（shí）分子的取向程度，進而（ér）引起（qǐ）翹曲變形。

●充模及冷卻階段對製品翹曲變形的影響

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內冷卻、凝固的過程（chéng）是注射（shè）成型的關鍵環節（jiē）。在這個過程中，溫度、壓力、速（sù）度三者相互耦合作用，對塑件的質量和生產（chǎn）效率均有較大的影響。較高的壓力和流速會產生高剪切（qiē）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（qǔ）向的差異，同時產生"凍結效應"。"凍結（jié）效應"將產生（shēng）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麵。

(1)塑件上、下表麵溫差（chà）會引起熱應力和熱變形；

(2)塑件不（bú）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（tài）會影響塑料件的收縮（suō）率。

●脫模階段對製（zhì）品翹曲變形的影響

塑件在脫（tuō）離型腔並冷卻（què）至室（shì）溫的過程中多為玻璃態（tài）聚（jù）合物。脫模力不平衡、推（tuī）出機構運動不平穩或脫（tuō）模（mó）頂出麵（miàn）積不（bú）當很容易使製品變形。同時，在充模和冷卻階段凍結在塑件內的應力由於（yú）失去外界的約（yuē）束，將會以變形的（de）形式釋放出來，從而導（dǎo）致翹曲變形。

●注塑製品的收縮對翹曲變形的影響

注塑製品翹曲變形（xíng）的直接原因在於（yú）塑件的不均勻收縮。如果在模具設計階段不考慮填充過程中收縮的影響，則製（zhì）品的幾何形狀會與設（shè）計要求相差很大，嚴重的變形會致使製品報廢。除填充階段（duàn）會引起變形外，模具（jù）上下（xià）壁麵的溫度差也（yě）將引起塑件上（shàng）下表麵收（shōu）縮（suō）的差異，從而產生翹曲變形。

對翹（qiào）曲分析而言，收縮本身並不重要，重要的是收縮上（shàng）的差異。在注塑成型過程中，熔融（róng）塑料在注射充模階段由於聚合物（wù）分子（zǐ）沿流動方向的排列（liè）使塑料在流動方（fāng）向上的收（shōu）縮率比垂直方向的收縮率大，而使注塑（sù）件產生（shēng）翹曲變形。一般均勻收縮隻引起塑料件體積上的變化，隻有不均勻收縮才會（huì）引起翹曲變形。結晶型（xíng）塑料在流動方向與垂直方向上的收縮率之差較非結晶型塑（sù）料大，而且其收縮率（lǜ）也較非結晶型塑料（liào）大，結晶型塑料大的收縮率與其收（shōu）縮的（de）異向性（xìng）疊加後導（dǎo）致結（jié）晶型（xíng）塑料件（jiàn）翹曲（qǔ）變形的傾向（xiàng）較非結晶型塑（sù）料大得多。

●殘餘熱應力對製品翹曲變形的影響

在注射成（chéng）型過程中，殘餘熱應（yīng）力是引起翹曲變形的一個重要因素，而且對注塑製品的質量有較大的影（yǐng）響。由於殘餘（yú）熱應力對製品翹曲變形的影響非常複雜，模具設計者可以（yǐ）借助於注塑CAE軟（ruǎn）件進行分析和預測。

●結論

影響注塑製（zhì）品翹曲變形的因素有很（hěn）多，模具的結構、塑料（liào）材料的熱物理性能以及注射成型過程的條件（jiàn）和參數（shù）均對製品的翹曲變（biàn）形有不同程度的（de）影響。因此，對注塑製品翹曲變（biàn）形機（jī）理（lǐ）的研究須（xū）綜合考慮整個成（chéng）型過程和材料性能等（děng）多（duō）方麵的因素。