注塑製品翹曲變形原因分（fèn）析

注塑製品翹曲變形是指注塑製品的形狀偏離了模具型腔的形狀，它是塑料製品常見的缺陷之一。隨著塑料工業的發展，人們對塑料製品（pǐn）的外觀和使用性能要（yào）求越來越高，翹曲變形程度作為評定產品質量的重要指標之一（yī）也越來越多地受到模具設（shè）計者的關注與（yǔ）重視。模具設計者希望在設計階段預測出（chū）塑料件可能產（chǎn）生翹曲的原因，以（yǐ）便加以優化設計，從而提（tí）高注塑生產的效率和質量（liàng），縮短模具設計周（zhōu）期，降低成本。

本文（wén）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（zhù）塑製品翹曲變形的（de）影響

在模具設（shè）計方麵，影響塑件變（biàn）形的（de）因素主要有澆注係統、冷卻係統與頂出係統等。

1．澆注係（xì）統（tǒng）的設（shè）計

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，由凍（dòng）結層與中間流動層之間流動和補縮引起的內應（yīng）力越大；反之，流動（dòng）距離越短，從澆口到製件流動末端的流動時間（jiān）越短，充模時凍結層厚度減薄，內應（yīng）力（lì）降低，翹曲變形也會因此大為減少。圖1為大型平板形（xíng）塑件，如果隻使用一個中間（jiān）澆口（如圖1a所示）或一（yī）個側澆（jiāo）口（如圖1b所示），因直徑方向上的收縮率大於圓周方向上的收縮（suō）率，成型後的塑件（jiàn）會產生扭曲變（biàn）形；若改用多個點澆口（如圖1c所示）或（huò）薄膜型（xíng）澆口（如圖1d所示（shì）），則可有效地防止翹曲變形。

a)中間澆口b)側澆口c)多點澆口（kǒu）d)薄膜型澆口

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

a)直澆（jiāo）口b)10個點澆（jiāo）口c)8個點澆口

d)4個點澆口e)6個點澆口f)4個點澆（jiāo）口

由於采用的是30％玻璃纖維增強PA6，而得到的是重量為4.95kg的大型注塑件，因此沿四周壁流動方向上（shàng）設（shè）有許多加強肋，這樣，對各個澆口都能獲得充分的平衡。實驗結果表明，按圖f設置澆口（kǒu）具有較好的效果。但並非澆口數目越多越好。實驗證明，按（àn）圖c設計的澆（jiāo）口比圖a的直澆口還差。

另外（wài），多澆口（kǒu）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，整個塑件能在較小的注塑壓力下充滿（mǎn）。而較小的注射（shè）壓力可減少塑料的分子取向傾向，降低其（qí）內應力，因而可減少塑（sù）件的變形。

2．冷卻係統（tǒng）的設計

在注射過（guò）程中，塑件冷（lěng）卻速度的不均（jun1）勻（yún）也（yě）將形成塑件收縮的不（bú）均勻（yún），這種（zhǒng）收縮差別導致彎（wān）曲力（lì）矩的產生而使塑件發生（shēng）翹曲。

如果在注射成型平板（bǎn）形塑件時所用的模具型腔、型芯的溫度相差（chà）過（guò）大，如圖3所（suǒ）示，由於貼近冷模腔麵的熔體很快冷（lěng）卻（què）下來，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（zhù）塑模的冷（lěng）卻應當注意型腔（qiāng）、型（xíng）芯的溫度趨於平衡，兩者（zhě）的溫差不能太大。

除了考慮塑件內（nèi）外表麵的溫度趨（qū）於平衡外，還應考慮塑件各側（cè）的溫度一致，即模具冷卻（què）時要盡量保持型腔、型芯各處溫度均勻（yún）一致，使塑件各（gè）處的冷卻速度均衡（héng），從（cóng）而使各處的收縮（suō）更（gèng）趨均勻（yún），有效地防止變形的產生。因此（cǐ），模具上冷卻水孔的布置至關重要。在（zài）管壁至型（xíng）腔表（biǎo）麵距離確定後，應盡可能使冷卻水孔之間的距離小，才能保證型腔壁的溫度（dù）均勻一致。同（tóng）時，由於冷卻介質的溫度（dù）隨冷卻水道長度（dù）的增加而上升，使模具（jù）的型（xíng）腔、型芯沿水道產生溫差。因此，要（yào）求每個冷卻（què）回路的水道（dào）長度小於（yú）2m。在大（dà）型模具中應設置數條（tiáo）冷卻回路（lù），一條回路的進口（kǒu）位於另一條回（huí）路的出口附近。對於長條形塑（sù）件，應采用如圖4所示的冷卻回路，減（jiǎn）少冷卻回路的長度，即減少模具（jù）的溫差，從而（ér）保（bǎo）證塑件均勻冷卻（què），圖5為回路設計方案。

3．頂出係統的設計

頂出係統的（de）設計也直接影響塑件的變形。如果頂出係統布置不平衡，將造成頂（dǐng）出力的不平衡而使塑件變形（xíng）。因此，在設（shè）計頂出係統時應力求與脫模阻力相平衡（héng）。另外（wài），頂出杆的（de）截麵積不能太小，以防塑件單位麵積受力過大（尤其在脫模溫度太高時）而使塑件產生變形。頂杆的布置應盡量靠（kào）近脫模阻力（lì）大的部位（wèi）。在（zài）不影響塑件質量（包括（kuò）使用要求、尺（chǐ）寸精度與外觀等）的前提下，應盡可能多設頂杆以減少（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，由於（yú）脫模阻力較大，而（ér）材料又較軟（ruǎn），如（rú）果完全采（cǎi）用單（dān）一（yī）的機械式頂出方式（shì），將使塑件產生變形，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（液）壓與機械式頂出相結合的方式效果會更好。

●塑化階段對製品（pǐn）翹曲變形的影響

塑化階段即玻璃態的料粒（lì）轉化為粘流態，提供充模所需的熔體。在這個過程中，聚合物的溫度在軸向、徑向(相對（duì）螺杆而（ér）言)的溫差會使塑料產生應力（lì）；另外，注射機的注射壓力、速率等參數會較大地影響充填時（shí）分子的取向程度，進而引起翹曲（qǔ）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（mó）具型腔並在型腔內冷卻（què）、凝固的過程是注射成型的關（guān）鍵環節。在這個過程中，溫（wēn）度、壓力（lì）、速度三者相（xiàng）互耦合（hé）作用，對（duì）塑件的質（zhì）量和生產效率均有較大（dà）的影響。較高（gāo）的壓力和流速會產生高剪切速（sù）率，從而引起平行於流動方向（xiàng）和垂直於流動方向的分子取向的差異，同時產（chǎn）生"凍結效應"。"凍結效應"將產生凍結應力，形成塑件（jiàn）的內應力。溫度對翹曲變形的影響體（tǐ）現在以下幾個方麵。

(1)塑件上、下表麵溫（wēn）差會引起熱應力和熱變形；

(2)塑件不同區域之間的溫度差將引起不（bú）同區域間的不均勻收縮；

(3)不同的溫度（dù）狀態會影響塑料件的收縮率。

●脫模階段對製品翹曲變形（xíng）的影響

塑件在脫離型腔並冷卻至室（shì）溫的過程中多為玻璃（lí）態聚合物。脫模力不（bú）平衡、推出機構運動不平（píng）穩或脫模頂出麵積不當很容易使製品變形。同時，在充模和冷卻（què）階（jiē）段凍結在塑件內的應力由於失去外界的約束，將會以變形的形式釋放出來，從而導致翹曲變形。

●注塑（sù）製品的收縮對（duì）翹曲變形的影響

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

對翹（qiào）曲分析而言，收縮本身並不重要，重要的是收縮上的差異。在注塑成型過程中，熔融塑料在（zài）注射充模階段（duàn）由於聚合物分子沿流動方向的排（pái）列使塑料在流動（dòng）方向上的收縮率比垂直方向的收縮率（lǜ）大，而使注塑件產（chǎn）生翹曲變形。一般均（jun1）勻收（shōu）縮隻引起塑料（liào）件體積上的變化，隻有不均勻收縮才（cái）會引起翹曲變形。結晶型塑料在流動（dòng）方向與（yǔ）垂直方向上的收縮率之差較非結晶型塑料大，而且其收縮率也較非結晶型塑料大，結晶型（xíng）塑料大的收縮率與其收縮的異向性疊加後（hòu）導致結晶（jīng）型塑料（liào）件翹曲變形的（de）傾向較非結晶型塑料（liào）大得多。

●殘餘熱應力對製品翹曲變形的影（yǐng）響

在注射成型過程中，殘餘熱應力是引起翹曲變形（xíng）的一個重要因素，而且對注塑製品的質量（liàng）有較大的影響。由於殘餘熱應力（lì）對製品翹（qiào）曲變形的影（yǐng）響非常複雜，模具設（shè）計者可以借助（zhù）於注（zhù）塑CAE軟件進行（háng）分析和預測。

●結論

影響注塑製品翹曲變形的因素有很多，模具的（de）結構、塑料材料的熱物理性能以及注射成（chéng）型過程的條件和參數均對（duì）製品的翹曲變形有不同程度的影響。因此，對注塑製品（pǐn）翹曲變形機理的研究須（xū）綜（zōng）合考慮整個成型過程和材料性（xìng）能等多方麵的因素。