对于塑料件的后变形问题分析与探讨

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[摘 要]本文首先从汽车用塑料件的设计、模具设计与加工、注塑生产与运输仓储等方面着手分析了汽车用塑料件后变形缺陷产生的综合原因，然后针对塑料件的整个注塑生产过程提出了具体处理措施，从而提高了塑料件的合格率。本文在此谈了谈自己的观点和看法，可供同行参考和借鉴。

[关键词]塑料件；后变形；模具；注塑；汽车；

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0108-01

一、前言

目前，塑料件生产过程中，由于很多环节存在质量问题，导致塑料件出现后变形问题，因此，分析塑料件后变形问题的原因就成为了避免变形出现的重要工作，必须要予以分析和应对。

二、汽车塑料件发展情况

随着汽车工业的飞速发展，汽车材料逐步向轻量化、节能减耗、高性能和高功能方向发展，以塑代钢是汽车轻量化的有效途径，高比强度、高模量材料越来越受到人们的青睐。

汽车塑料化是基于三个主要理由，一是节能环保，二是提高功能，三是简化制造工序与工艺，已成为国际汽车界研究开发的三大热门课题之一。随着塑料新材料开发技术的日新月异，塑料正凭借其质量轻、设计空间大、制造成本低、性能优异等独特优势，成为21世纪汽车工业最佳的材料选择。增加车用塑料在汽车中的使用量，成为降低整车成本及其自重、增加汽车有效节能的关键。塑料在汽车领域的应用也日渐广泛，由座椅、车灯、拉手、顶棚、仪表板、门内板、遮阳板等普通装饰件逐步扩展至包括油箱、翼子板、风扇叶片等在内的结构与功能件，从部分替代金属向大部或全部替展。

三、塑料件变形的原因

1、冷却不均熔融态的聚合物、经冷却后变成玻璃态、在冷却降温过程中，如果冷却不均匀，成形的塑料件势必存在互相牵扯的内应力。塑料件各部位冷却程度相差得越大，这种内应力就越大，变形就越厉害。

2、分子取向在成形过程中，熔融状态的高分子聚合物在压力作用下，流动充模。充模过程中温度不断降低，充模阻力不断加大，因此分子受剪切作用加大。在剪切力的作用下、聚合物分子链或分子段就会沿剪切方向取向。尤其是纤维增强的塑料，加进去的纤维更容易使分子取向。充模过程中，分子取向方向一般与熔融塑料流动方向一致。被取向的分子在凝固后要恢复原状，就必有内应力发生。而且在取向上和垂直于取向方向上的塑料的收缩率也相差较大。所有这些势必导致塑料件收缩不一致而变形。

3、过分充填一般是由于流动的不平衡。随着温度的不断下降，熔料不断地凝固。这样先充满的部位继续充填，使聚合物在整个截面上的分子被取向。分子的定向导致了塑料件收缩的各向异性，最终导至变形。在注射成形中，有时模腔已充满、而浇口尚未封闭，也发生过分充填。导致塑料件变形。

4、结晶不均匀对结晶型塑料在成形过程中，结晶度及结晶的均匀程度，也是影响塑料件变形的关键。而且塑料件的结晶度决定了其收缩率的大小。结晶不均，结晶度不一致，则收缩不均。

四、塑料件设计对其后变形的影响

1、综合考虑原料的性能

汽车设计通常由总设计师分成很多模块，各个模块有不同的功能要求，并在汽车坐标系下与其它模块有标准接口。在设计塑料件时，首先要综合考虑塑料材料的力学性能（如硬度、拉伸强度、冲击强度等）、外观质量、加工性能和其它特殊性能（如抗静电、阻燃、耐老化）等，但对于塑料件生产和模具设计来说，考虑最多的应是原料的分子取向程度、收缩率等。

塑料注塑后收缩是必然的，收缩率直接影响模具型腔的大小与形状及塑料件的最终外形。对于后变形分析而言，原料热收缩本身并不重要，重要的是不同方向上的收缩差异与预测。在注射成型过程中，熔料在注射进入型腔阶段由于塑料大分子沿流动方向取向，使塑料在流动方向上的收缩率比垂直方向大，同时结晶性塑料在流动方向与垂直方向上的收缩率，以及收缩率的差异比非晶性塑料的大，所以收缩率与其收缩的异向性叠加后导致汽车中常用的结晶性塑料件后变形的倾向很大。如果在塑料件设计和模具设计阶段不考虑注塑过程中收缩率的影响，那么注塑制件就会不按照设定的方向收缩，制件的几何形状就会与设计要求相差很大，严重的变形就会致使制件报废。

2、塑料件形状应尽量简化

在满足使用要求前提下，汽车用塑料件设计应力求简单化以便于脱模，尽量避免或减少抽芯机构和顶杆数量。同时塑料件的壁厚要适当，通常制件的壁厚取决于塑料成品件的使用要求。壁厚太薄会造成制件的强度不足，注射成型时流动阻力大；而壁厚过大，不仅浪费原料，而且会延长成型周期，容易产生凹缩、变形等不良缺陷。因此制件的各部位壁厚应尽量均匀，以减小内应力。另外，制件的圆角转接处也应尽量顺滑，以减小注射时熔料流经此处产生的内应力。

五、模具结构对制件后变形的影响

1、浇注系统的设计

注塑模浇口的位置、形式、数量和分布将影响塑料熔体在模腔内的填充状态，从而影响塑料件产生后变形。如果浇口数量少，熔料流动距离越长，为了使熔料充满整个型腔，则需要提高注塑压力和注射速率，引起的内应力则越大；反之，若浇口数量多，流动距离越短，即从浇口到熔体流动末端的流动时间越短，内应力则减小，后变形也会大为减少。对于小制件，为了减少表面缺陷，应尽量采用潜伏式点浇口。在设计大型制件时，点浇口容易摩擦生热并引起熔料形成湍流而产生内应力，此时则要采用大浇口或设置多个浇口。如果只设计一个中心浇口或侧浇口，因横向收缩率大于纵向收缩率，成型后的制件会产生扭曲变形；若改用多个浇口或线浇口并分布合理，使熔料的流程缩短，型腔内熔料更趋于均匀，收缩也更均匀，同时熔料也能在较小的注塑压力下充满型腔，则可有效防止注塑后的整个制件后变形。

2、冷却系统的设计

在注射过程中，冷却速度不均匀也会造成塑料件收缩不均匀，这种收缩差导致产生弯曲力矩而使塑料件后变形。在注射过程中模具定模温度因有浇口一般会比动模的高，当塑料件脱模后贴近动模腔面的熔料会很快冷却下来，而贴近定模腔面的熔料层则会继续收缩，这种收缩的不均匀会使塑料件后变形。因此注塑模冷却时应注意控制使型腔各部位的温度趋于平衡，温差不能太大。

六、生产工艺对塑料件后变形的影响

1、塑化阶段

在塑化过程中，注塑机的预塑压力、注射速率、注射温度等参数会极大地影响充填时塑料分子的取向程度，进而产生内应力，从而引起制件后变形。

2、注射及冷却保压阶段

在此过程中，温度、压力、速度三者相互作用，塑料熔料在注塑压力的作用下，充入模具型腔并在型腔内冷却凝固，这一过程是注射成型的关键环节。其实在设计模具时已经综合考虑了注射充模及冷却保压参数对制件缺陷的影响，但是较高的压力和流速会产生高剪切速率，从而引起平行于流动方向的塑料大分子与垂直于流动方向的塑料大分子取向的差异，形成塑料件的内应力。所以进行工艺调整时应在满足制件使用性能的情况下，尽量采用较低的注射温度、压力、速度，并增加保压时间。

七、结束语

综上所述，塑料件后变形缺陷的形成原因是多种多样的，所以，在今后的生产和运用过程中，一定要更加重视塑料件的后变形问题，尽量避免变形问题出现，提高塑料件的使用效果。

参考文献

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[3] 童宝芳，暴桂光.浅谈塑料件设计对其注塑成型模具的影响[J].家用电器科技.2012（10）.