注塑件变形分析

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"" 塑 " 料
注塑件变形分析 2 # # * 年 "* 2卷"第5期
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 的不 均 匀 决 定 了 这 一 点 " 一 个 典 型 的 塑 料 0 为温度 ! + l0 特性曲线如 图 " 所 示 " 图 中 拐 点 对 应 塑 料 在 相 应压力下的玻璃化 温 度 " 注 塑 过 程 中 # 型腔内各部位 不同的压力和温度变化使塑料在不同部位的收缩各不 压力相对 相同 " 增加浇口的数 量 可 以 使 型 腔 内 温 度 $ 均匀 " 一些要求精密的圆盘或圆柱形零件 # 比如齿轮 # 往往采用三个浇口从 端 面 进 料 # 这样可以使型腔内温 度$ 压力比一个浇口时更均匀 " 当然 # 由于熔接线的增 多# 浇口并不是越多越好 " 难# 将造成产品各 部 位 的 温 度 差 异 " 动 定 模 两 侧 也 往 往由于产品的壁厚不均匀或模具冷却系统设计得不完 美而温度不一致 " 注塑件冷却到室温的过程中 # 由于温度的差异 # 温 度高的部位会有相对更大的收缩 " 在动定模两侧温度 不一致的 情 况 下 # 产 品 变 形 会 凸 向 温 度 较 低 的 一 侧" 这里有两个因素促成 这 样 的 变 形 & 材料的热胀冷缩和 结晶 " 要冷 却 到 室 温 # 通 常 是 温 度 高 的 部 位 收 缩 大" 对于结晶的材料来说 # 其结晶度随温度历史的差异而
当注 塑 件 在 模 具 型 腔 内 冷 却 成 型 过 程 "" 另一方面 # 中发生收缩时 # 由于受模具型腔的限制 # 它并不能完全 自由均一地收缩 " 如 图 2 所 示 的 产 品 # 它在壁厚方向 不受限制 # 可以自由收 缩 % 在 K 方 向# 它受到型腔壁的 摩擦作用 # 可以看作半 自 由 的 收 缩 % 在 c 方 向# 则由于 凸模的作用 # 不能 收 缩 " 这 种 不 均 一 的 收 缩 在 塑 件 内 形成残余应力 # 塑件 顶 出 以 后 将 在 残 余 应 力 的 作 用 下 进一步收缩 # 残余应力分布不均匀的时候便发生变形 "
注塑件变形始于塑料的收 缩 " 型 腔 中 压 力 梯 度% 温度梯度以及剪切应力的客观存在导致了注 "" 摘要 " 塑件各部位收缩的不均一 & 本文分析了注塑成型过程中简单收缩 % 冷却 % 分子取向等因素对注塑件变形 的影响 & 通过对实际零件的分析 " 阐述了模具设计中通 过优化 型腔 设 计 % 冷 却 系 统 设 计% 浇口设计来减 小零件变形的具体方法 & 注塑成型 # 变形 # 收缩 # 冷却 # 分子取向 关键词 "
2 # # *4# $42 X ! 收稿日期 % 张翅飞 " ! 男! 长虹电器股份有限公司模具中心工程师 ! 主要从事注塑模具设计以及注塑零件 ( " . Y "4 $ 3 & 分析 ’ """ 作者简介 %
方向上的收缩不均 匀 而 产 生 翘 曲 变 形 ! 收缩不均匀表 现在 % 制件不同部位的收缩不均匀 # 制件壁厚方向的收 缩不均匀 # 材料取 向 不 同 造 成 的 收 缩 不 均 匀 ’ 影 响 注
") % 注塑件 塑件收缩的因素 从 本 质 上 可 以 归 结 为 三 个 (
残余应力 # 注塑件冷却过程 # 材料的取向 ’ 从模具设计 的角度 ! 则要考虑模具型腔的预变形 & 模具冷却系统的 设计以及浇口的数量和位置的安排 ’ "" 注塑件收缩不均对变形的影响 注塑件收缩不均匀是注塑成型过程不可避免的问 题 ’ 型腔内塑料熔体 + l0 特性 " + 为压力 ! l 为体 积 !
*( 倍’ " 非填充材料 收 缩 率 较 大 # 但其各向异性收缩却
没有这么明显 " 材料 的 取 向 度 受 产 品 结 构 $ 注塑工艺 等因素的影响 " 产品壁越薄 # 冷却速度越快 # 注塑速度 ) $ . )
"" 塑 " 料
2 # # * 年 "* 2卷"第5期 注塑件变形分析
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 越高 ! 材料的取向 度 越 高 " 这 里 并 不 是 说 材 料 的 取 向 产品变形越大 " 很多情况下 ! 产品的变形是由 度越高 ! 于分子取向不均一 而 造 成 的 " 此 时 ! 浇口位置的选择 尤为重要 " 图 5 是 采 用 Z’ = C d = ’, 分 析 不 同 浇 口 所形成的分子取向结果 " 上图的分子取向显然比下图 的杂乱 " 实际的生产 中 ! 当把上图的浇口位置改到下 图的浇口位置时 ! 制件变形大大减小 " 如图 $ 所示 " 此时 ! 有必要将塑料面壳的半径做得比 以确保面壳与显象管在 显象管相应位置的半 径 略 大 ! 四角贴紧的情况下 ! 其余的贴合面同样贴紧 ! 没有缝隙 产生 "
2( 不同 ’ " 缓慢的冷却为高分子链的应力松弛提供了 更
为充足的时间 # 有益于分子链的晶相排列 # 使其具有更 高的结晶度 " 急速的冷却则使杂乱的分子链较早固定 下来 # 因而使其结 晶 度 较 低 " 结 晶 过 程 使 分 子 链 规 整 排列 # 也是体积收 缩 的 过 程 " 结 晶 度 的 不 同 也 就 造 成 了制品收缩的不同 # 从而导致变形 "
" ! ! # "S Z H J P( D > G D FH I( B ) > B H > J D L G F ; L( H S = G P S Z ; ) > ) > N ; L B ) >+ F H O ; > L D! 2 " # # #! ( B ; > ) ? ?& K ? ! ! # 2S 8 ) G ; H > ) JZ H J P( 3 C& > ; > D D F ; > D > G D F N B ) > B ) ; ^ ; ) H G H > > ; O D F M ; G N B ) > B ) ; 2 # # # * #! ( B ; > ) ? ?( ? ?7 K ? ! ! $ *S + F D L ; M ; H >Z ) L B ; > D H S = G P , ) B ) B )9 F H 6 ) > W B H -* " # # " X! ( B ; > ) K( E ?
图 "" 聚合物 + l 0 特性曲线
+ "’+ 2
图 * 是实际生产中遇到的一个产品及其注塑成型 中央较厚 # 由此造成冷 的变形状况 " 该产品周边较薄 # 却不均匀 " 该产品厚 的 部 位 集 中 在 定 模 侧 # 其冷却速 度相对较慢 # 顶出制件后 # 定模侧在冷却过程中将会有 更大的收缩 # 从而 导 致 变 形 " 考 虑 到 定 模 侧 模 板 与 料 嘴接触 # 温度较高 # 加 剧 了 产 品 冷 却 的 不 均 匀 性# 于是 把图示的动定模侧交换 # 产品变形大大减小 "
"" 塑 " 料
2 # # * 年 "* 2卷"第5期 注塑件变形分析
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注塑件变形百度文库析
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! 长虹电器股份有限公司模具中心 " 四川绵阳 "! "S 2 " # # ## 上海交通大学国家模具 ( 上海 "2 2S 3 C 工程研究中心 " # # # * ## 娃哈哈集团精密机械有限公司 " 杭州 "* $ *S " # # " X
*" 材料取向对注塑件变形的影响 塑料熔体在流动过程中受剪切力的作用发生分子 和纤维取向 " 冷却过 程 中 # 制件在取向方向和非取向 方向表现各向异 性 # 其 收 缩 是 不 同 的" 纤 维 填 充 的 材 料虽然整体收缩较小 # 但在纤维取向的情况下 # 纤维非 取向方向的收缩 率 可 以 达 到 取 向 方 向 收 缩 率 的 *"!
中图分类号 " # $ 0e * 2 #S ! ! 2" 文献标识码 " 3" 文章编号 " " # # "4. 5 $ ! 2 # # * # 54# # $ X4# *
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图 2" 受型腔限制造成的不均匀收缩
图 *" 一个产品及其变形状况
可以通过在模具设 "" 在尺寸变化不均 匀 的 情 况 下 # 计时对 c$ K 方向取不同的收缩率来达到产品的尺寸要 求 " 更为复杂的情况 是 产 品 的 形 状 发 生 了 改 变 # 如直 边或直面变成了弧 形 " 这 时 # 增加一些辅助的筋或将 模具型芯型腔相应的边或面作成反方向的弧形可以起 到补偿的作用 " 2" 冷却过程对注塑件变形的影响 注塑件冷 却 不 均 匀 是 其 翘 曲 变 形 的 一 个 重 要 原 如局部结构复杂导致局部冷却困 因 " 产品结构变化 # 万方数据