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注塑制品翘曲变形原因分析

发布时间:2017-12-03 阅读:

  注塑产品的变形与变形分析

  注塑产品的变形分析注塑产品的翘曲变形是注塑产品偏离模腔形状的形状,这是塑料制品常见的缺陷之一。随着塑料工业的发展,人们对塑料制品的外观和性能的要求越来越高。作为评价产品质量的重要指标之一,翘曲度也越来越受到模具设计者的重视。模具设计者希望能够预测塑料零件在翘曲设计阶段的可能原因,从而优化设计,从而提高注塑成型的效率和质量,缩短模具设计周期,降低成本。本文主要分析了注塑模具设计过程中影响注塑产品翘曲的因素。 ●模具结构对注塑产品翘曲变形对模具设计的影响,是影响塑件浇注系统,冷却系统和顶出系统变形的主要因素。 1.浇注系统设计注塑模浇口的浇口位置,浇口形式和浇口数量会影响塑料模腔的填充,造成塑件的变形。流动距离越长,冻结层与中心流化床之间的流动和收缩所引起的内部应力越大。相反地​​,流动距离越短,从浇口到部分流动的末端的流动时间越短,薄层厚度,减小的内部应力,翘曲变形将大大减小。图1显示了一个大型的平板模制品。如果只使用一个中心浇口(如图1a所示)或一个浇口(如图1b所示),径向收缩量大于圆周方向收缩量,模塑件会产生变形;如果使用多个点浇口(图1c)或薄膜浇口(图1d),则可以有效地防止翘曲变形。 a)中心浇口b)侧浇口c)多点浇口d)薄膜型浇口当浇注成型时,同样由于塑性收缩的各向异性,浇口的位置,塑件的数量变形有很大的影响。图2是一个箱形零件中不同闸门的数量和分布的测试图。 a)浇口b)浇口10浇口c)浇口8浇口d浇口4浇口e浇口6浇口f)浇口4点由于30%的玻璃纤维增​​强PA6,而重量为4.95kg的大型注塑件为获得。因此,沿着周壁的流动方向设置多个加强肋,从而为每个门获得足够的平衡。实验结果表明,按图f设置门有较好的效果。但不是越多,门的数量越好。实验表明,根据图c的浇口设计比图1的浇口差一些。另外,使用多浇口还可以使塑料流量比(L / t)缩短,使模腔材料密度更均匀,收缩更均匀。同时,整个塑料部件可以在小的注射压力下填充。较小的注射压力可以降低塑性分子取向的趋势,减小其内应力,从而减少塑件的变形。 2.冷却系统设计在注塑过程中,塑件的冷却速度也会形成不均匀的塑性收缩,收缩差异导致弯矩的产生,使塑件发生翘曲。如果模腔使用的是注射成型的平板状模具,则芯体温差过大,如图3所示,因为靠近冷模具模腔表面的熔体迅速冷却下来,而靠近热模具型腔表面材料层会不断收缩,塑料件收缩不均匀会产生翘曲。因此,注塑模具的冷却要注意模腔,模芯的温度趋于平衡,二者之间的温差不能太大。除考虑塑件内外表面温度趋于平衡外,还应考虑塑件温度相同,模具冷却时尽量保持型腔,内芯温度均匀,整个冷却速度平衡,所以即收缩周围更均匀,有效防止变形。因此,模具冷却水孔布局至关重要。确定管壁到空腔表面的距离后,冷却水孔之间的距离应尽可能小,以保证空腔壁的温度均匀。同时,冷却介质的温度随着冷却水通道的长度而增加,从而使模腔,沿着水道的芯体温差。因此,每条冷却回路的水路长度要求小于2米。在大型模具中,应设置多个冷却回路。一个电路的入口位于另一个电路的出口附近。对于长形塑料件,应采用如图4所示的冷却回路,以减少冷却回路的长度,即减小模具温差,从而保证塑件冷却均匀,图5为电路设计。 3.顶层系统设计顶层系统设计也直接影响塑件的变形。如果系统布局顶部不平衡,会造成塑件顶部不平衡和变形。所以在弹射系统的设计中应力求与脱模阻力平衡。此外,杆的横截面积顶部不能太小,以防止塑料部件的单位面积过大的力(特别是脱模温度过高时)和塑性变形。顶杆安排应尽可能接近脱模阻力较大的部位。在不影响塑件质量(包括使用要求,尺寸精度和外观等)的前提下,应尽可能地设置心轴,以减少塑件的整体变形。用软塑料生产的大型深腔薄壁塑料件,由于脱模阻力较大,且材料较软,如果完全采用单一的机械顶出方式,塑件会发生变形,甚至磨损或产生在塑料折迭报废时,如采用多组分组合或气体(液体)压力和机械喷射的组合会更好。 ●塑化阶段产品翘曲变形塑化阶段,使玻璃状的颗粒状物料变成粘稠的流动状态,提供所需的熔体充填。在此过程中,聚合物的轴向和径向(相对于螺杆)的温度对塑料产生应力。另外,注射机的注射压力,速度等参数对填充过程中的分子取向度有很大的影响,进而引起翘曲变形。 ●产品的模具填充和冷却阶段翘曲变形注塑压力下的塑料熔融状态,填充型腔和型腔冷却,凝固过程是注塑成型的关键。在这个过程中,三种耦合效应的温度,压力,速度,塑料件的质量和生产效率都有很大的影响。较高的压力和流速导致较高的剪切速率,导致平行于流动方向并垂直于流动方向的分子取向的差异,同时具有“冻结效应”。 “冻结效应”会产生冻结应力,形成塑性部分的内应力。温度对翘曲变形的影响体现在以下几个方面。 (1)塑件上,下表面温差会引起热应力和热变形; (2)塑件不同部位之间的温差会导致不同区域之间收缩不均匀; (3)不同的温度条件会影响塑件的收缩率。 ●产品脱模阶段翘曲变形塑件在离腔过程中冷却至室温,多为玻璃态聚合物。释放力不平衡,引入机构运动不顺畅或剥离不当的地方,很容易使产品变形。与此同时,由于外部约束的损失,模具填充和冷却过程中冻结在零件中的应力将以变形的形式释放,从而导致翘曲。 ●注塑产品收缩对翘曲的影响注塑产品翘曲的直接原因是成型件收缩不均匀。如果模具设计阶段没有考虑到填充过程中收缩的影响,那么产品的几何形状会随设计要求而有很大的差异,严重的变形会导致产品报废。除了填充阶段会引起变形,模具上下壁之间的温度差会造成塑件下表面的收缩差,造成翘曲变形。对于翘曲分析,收缩本身并不重要,但重要的是收缩。在注塑成型过程中,熔融塑料在注塑阶段由于聚合物分子的排列沿着塑料的流动方向在流动方向上的收缩率大于纵向收缩率,从而使塑料部件翘曲。一般均匀的收缩只会引起塑件的体积变化,只有不均匀的收缩会引起翘曲变形。结晶塑料在流动方向和收缩率方面比非结晶塑料的垂直方向差,而且其收缩率也大于非结晶塑料,结晶塑料收缩后收缩率大,结晶后造成的塑料件倾向于比非晶体塑料翘曲变形大得多。产品上的残余热应力翘曲变形在注塑成型过程中,残余热应力是引起翘曲变形的重要因素,也是对注塑制品质量产生较大影响的原因。由于残余热应力对产品的翘曲有非常复杂的影响,因此模具设计师可以借助注塑CAE软件对其进行分析和预测。

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