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1、塑料注塑成型內應力影響分析與消除方法研究1引言注塑制品一個普遍存在的缺點是有內應力。內應力的存在不僅是制件在儲存和使用中出現(xiàn)翹曲變形和開裂的重要原因，也是影響制件光學性能、電學性能、物理力學性能和表觀質量的重要因素。因此找出各種成型因素對注塑制品內應力影響的規(guī)律性，以便采取有效措施減少制件的內應力，并使其在制件斷面上盡可能均勻地分布，這對提高注塑制品的質量具有重要意義。特別是在制件使用條件下要承受熱、有機溶劑和其他能加速制件開裂的腐蝕介質時，減少制件的內應力對保證其正常工作具有更加重要的意義。此外
2、，掌握注塑制品內應力的消除方法和測試方法也很有必要。2內應力的種類高分子材料在成型過程中形成的不平衡構象，在成型之后不能立即恢復到與環(huán)境條件相適應的平衡構象，是注塑制品存在內應力的主要原因。另外，外力使制件產生強迫高彈形變也會在其中形成內應力。根據(jù)起因不同，通常認為熱塑性塑料注塑制件中主要存在著四種不同形式的內應力。對注塑制件力學性能影響最大的是取向應力和體積溫度應力。2.1取向應力高分子取向使制件內存在著未松弛的高彈形變，主要集中在表層和澆口的附近，使這些地方存在著較大的取向應力，用退火的方法可
3、以消除制件的取向應力。試驗表明，提高加工溫度和模具溫度、降低注射壓力和注射速度、縮短注射時間和保壓時間都能在不同程度上使制件的取向應力減小。2.2體積溫度應力體積溫度應力是制件冷卻時不均勻收縮引起的。因內外收縮不均而產生的體積溫度應力主要靠減少制件內外層冷卻降溫速率的差別來降低。這可以通過提高模具溫度、降低加工溫度來達到。加工結晶塑料制件時，常常因各部分結晶結構和結晶度不等而出現(xiàn)結晶應力。模具溫度是影響結晶過程的最主要的工藝因素，降低模具溫度可以降低結晶應力。帶金屬嵌件的塑件成型時，嵌件周圍的料層
4、由于兩種材料線膨脹系數(shù)不等而出現(xiàn)收縮應力，可通過預熱嵌件降低應力。這兩種內應力主要是由于收縮不均而產生的，也屬于體積溫度應力。2.1與制件體積不平衡有關的應力高分子在模腔內凝固時，甚至在極其緩慢的條件下要使制件在脫模后立即達到其平衡體積，在實際上是不可能的。實驗測定表明，注塑制件中這種形式的內應力一般很小。2.2與制件頂出變形有關的內應力這種內應力主要與開模條件和模具頂出機構的設計有關。正確選擇開模條件使開模前的模腔壓力接近于零，根據(jù)制件的結構和形狀設計合理的頂出機構，使制件頂出時不致變形，是可以
5、將這種形式的內應力減少到不會影響制件力學性能的限度以內的。3影響注塑制品內應力的因素分析注塑制品的造型設計不合理、模具設計不合理、成型工藝條件不正確、注射機選用不當?shù)榷紩怪破穬却嬖诒容^大的內應力。影響制品內應力的因素很多，也很復雜。主要影響因素見下圖所示。嵌件預熱模具溫度加工溫度注射時間注射壓力注射速度保壓壓力保壓時間冷卻時間圓角壁厚嵌件制品造型設計制品內應力機械加工注射機選用模具設計制造注塑工藝3.1造型設計3.1.1圓角塑料制品除了使用上要求采用尖角外，各表面相交處應盡可能采用圓弧過渡。由于
6、制品形狀和截面的變化，使注塑過程中熔料在尖角處的流態(tài)發(fā)生急劇變化而產生大的應力，而且殘留在尖角處。在有載荷或受沖擊振動時會發(fā)生破裂，甚至在脫模過程中即由于模塑內應力而開裂，特別是制品的內圓角。一般，即使采用R為0.5mm的圓角就能使塑件強度大為增加。一般情況下，理想的內圓角半徑應有壁厚的1/4以上。外圓角半徑可取壁厚的1.5倍。采用圓弧過渡既可以減少應力集中，還可大大改善塑料的充模特性，避免在轉角處產生沖擊形成波紋或充不滿模腔。塑件設計成圓角，使模具型腔對應部位也呈圓角，這樣增加了模具的堅固性，塑
7、件的外圓角對應著型腔的內圓角，它使模具在淬火或使用時不至于因應力集中而開裂，提高了模具的使用壽命。但是在塑件的某些部位如分型面、型芯與型腔配合處等不便做成圓角而只能采用尖角。除相交表面的尖角外，尖銳的螺紋牙也是嚴重的應力集中源，采用倒圓角的螺紋可減少應力集中，提高螺紋強度。3.1.2制品壁厚制品壁厚是結構設計時所需要考慮的重要因素。不合理的壁厚會給制品帶來很多缺陷。增加壁厚既可改善樹脂的充模特性，又可降低取向應力，減少變形，提高制品強度。但同時收縮加大，保壓和冷卻時間加長，生產效率降低，消耗材料多
8、。較大的收縮應力還將造成制品表面產生凹陷或內部出現(xiàn)縮孔與氣泡，既影響外觀又降低了強度。增加壁厚的同時也增加了制品的表面積，表面積與體積之比越大，表面冷卻越快，取向應力和體積溫度應力都隨之增大。如果制品壁太薄，會降低強度，脫模時易破裂，還有礙于樹脂的充模流動，造成填充不足或出現(xiàn)明顯的熔合紋，嚴重影響制品質量。每種塑料根據(jù)充模能力都有一個最小壁厚。確定壁厚時在滿足強度要求的前提下，壁厚盡量取薄些，可節(jié)省材料，減輕制品重量，降低成本，但不能小于最小壁厚。ABS常用的標準壁厚為1.2~3.
