Question

如何解决塑料模具生产时出现的翘曲变形

Answer 1

（1）分子取向不均衡
热塑性塑料的翘曲变形很大程度上取决于塑件径向和切向收缩的差值，而这一差值是由分子取向产生的。
通常，塑件在成型过程中，沿熔料流动方向上的分子取向大于垂直流动方向上的分子取向，这是由于充模时大部分聚合物分子沿着流动方向排列造成的，充模结束后，被取向的分子形态总是力图恢复原有的卷曲状态，导致塑件在此方向上的长度缩短。因此，塑件沿熔料流动方向上的收缩也就大于垂直流动方向上的收缩。由于在两个垂直方向上的收缩不均衡，塑件必然产生翘曲变形。
为了尽量减少由于分子取向差异产生的翘曲变形，应创造条件减少流动取向及缓和取向应力的松驰，其中最为有效的方法是降低熔料温度和模具温度。在采用这一方法时，最好与塑件的热处理结合起来，否则，减小分子取向差异的效果往往是暂时性的。因为料温及模温较低时，熔料冷却很快，塑件内会残留大量的内应力，使塑件在今后使用过程中或环境温度升高时仍旧出现翘曲变形。
如果塑件脱模后立即进行热处理，将其置于较高温度下保持一定时间再缓冷至室温，即可大量消除塑件内的取向应力，热处理的方法为；脱模后将塑件立即置于37.5℃～43℃温水中任其缓慢冷却。
（2）冷却不当
如果模具的冷却系统设计不合理或模具温度控制不当，塑件冷却不足，都会引起塑件翘曲变形。特别是当塑件壁厚的厚薄差异较大时，由于塑件各部分的冷却收缩不一致，塑件特别容易翘曲。因此，在设计塑件的形体结构时，各部位的断面厚度应尽量一致。
此外，塑料件在模具内必须保持足够的冷却定型时间。例如。硬质聚氯乙烯的导热系数较小，若其塑件的中心部位未完全冷却就将其脱模，塑件中心部位的热量传到外部，就会使塑件软化变形。
对于模具温度的控制，应根据成型件的结构特征来确定阳模与阴模，模芯与模壁，模壁与嵌件间的温差，从而利用控制模具各部位冷却收缩速度的差值来抵消取向收缩差，避免塑件按取向规律翘曲变形。对于形体结构完全对称的塑件，模温应相应保持一致，使塑件各部位的冷却均衡。
值得注意是，在控制模芯与模壁的温差时，如果模芯处的温度较高，塑件脱模后就向模芯牵引的方向弯曲，例如，生产框形塑件时，若模芯温度高于型腔侧，塑件脱模后框边就向内侧弯曲，特别是料温较低时，由于熔料流动方向的收缩较大，弯曲现象更为严重。还需注意的是，模芯部位很容易过热，必须冷却得当，当模芯处的温度降不下来时，适当提高型腔侧的温度也是一种辅助手段。
对于模具冷却系统的设计，必须注意将冷却管道设置在温度容易升高，热量比较集中的部位，对于那些比较容易冷却的部位，应尽量进行缓冷，使塑件各部位的冷却均衡。通常，模具的型腔和型芯应分别冷却，冷却孔与型腔的距离应适中，不宜太远或太近，一般控制在15～25mm范围内；水孔的直径应大于8mm,冷却小孔的深度不能太浅，水管及管接头的内径应与冷却孔直径相等，冷却孔内的水流状态应为紊流，流速控制在0.6～1.0m/s范围内，冷却水孔的总长度应在1.2～1.5m以下，否则压力损失太大；冷却水入口与出口处温度的差值不能太大，特别是对于一模多腔的模具，温差应控制在2℃以下。
（3）模具浇注系统不合理
模具浇注系统的结构参数是影响塑件形位尺寸的重要因素，特别是模具浇口的设计涉及到熔料在模具内的流动特性，塑件内应力的形成以及热收缩变形等。如合理地确定浇口位置及浇口类型，往往可以较大程度地减少塑件的变形。在确定浇口位置时，不要使熔料直接冲击型芯，应使型芯两侧受力均匀；对于面积较大的矩形扁平塑件，当采用分子取向及收缩大的树脂原料时，应采用薄膜式浇口或多点式侧浇口，尽量不要采用直浇口或分布在一条直线上的点浇口；对于圆片形塑件，应采用多点式针浇口或直接式中心浇口，尽量不要采用侧浇口；对于环型塑件，应采用盘形浇口或轮辐式十字浇口，尽量不要采用侧浇口或针浇口；对于壳形塑件，应采用直浇口，尽量不要采用侧浇口。
此外，在设计模具的浇注系统时，应针对熔料的流动特性，使流料在充模过程中尽量保持平行流动，这样，尽管成型后的塑件在相互垂直方向上的收缩有差别，但不会引起很大的翘曲变形。
（4）模具脱模及排气系统设计不合理
如果塑件在脱模过程中受到较大的不均衡外力的作用会使其形体结构产生较大的翘曲变形。例如，模具型腔的脱模斜度不够，塑件顶出困难，顶杆的顶出面积太小或顶杆分布不均，脱模时塑料件各部分的顶出速度不一致以及顶出太快或太慢，模具的抽芯装置及嵌件设置不当，型芯弯曲或模具强度不足，精度太差，定位可靠等都会导致塑件翘曲变形。
对此，在模具设计方面，应合理确定脱模斜度，顶杆位置和数量，提高模具的强度和定位精度；对于中小型模具，可根据翘曲规律来设计和制作反翘曲模具，将型腔事先制成与翘曲方向相反的曲面，抵消取向变形，不过这种方法较难掌握，需要反复试制和修模，一般用于批量很大的塑件。
在模具操作方面，应适当减慢顶出速度或增加顶出行程。
此外，模具排气不良对于塑件的翘曲变形也有一定的影响，应予以注意。对于容易翘曲变形的塑件，可以采用整形处理技术，把塑件放入适合其外型结构的木制夹具中强制定型，但要注意对夹具中的塑件不可施加压力，应让其自由收缩，可适当辅以冷却来促使塑件尽快定型；对于周转箱等箱体类塑件，可以利用支板或框架定型，防止其收缩或膨胀。
（5）工艺操作不当
在工艺操作过程中，如果注射压力太低，注射速度太慢，不过量充模条件下保压时间及注射，周期太短，熔料塑化不均匀，原料干燥处理时烘料温度过高以及塑件退火处理工艺控制不当，都会导致塑件翘曲变形。对此，应针对具体情况，分别调整对应的工艺参数。