塑料工业
CHINA PLASTICS INDUSTRY 第40卷第7期2012年7
月
作者简介：李飞，男，1963年生，工程师，长期从事塑料成型加工相关工作。lifei007.007@https://www.doczj.com/doc/b48718932.html,
基于CAE 的解决空调器大面罩塑件翘曲变形
的设计优化
李
飞
（珠海格力电器股份有限公司，广东珠海519070）
摘要：以大型复杂的立式空调器出风大面罩塑件注塑模设计为例，分析了注塑成型的塑料制品发生翘曲变形的原因及相应的解决措施，并重点介绍了CAE 软件Moldflow 中翘曲变形分析模块的原理，通过Moldflow 对产品进行注塑仿真模拟，分析浇口的位置和数量的变化等对制品翘曲的影响，从而得到最佳的浇口位置、数量、形状，有效解决该大型复杂塑件注塑模设计过程中容易出现的翘曲变形等问题，对大型复杂注塑模具设计和改善产品质量具有重要的指导意义。
关键词：CAE ；Moldflow ；注塑模；流动分析；翘曲变形；优化中图分类号：TQ320.6
文献标识码：B
文章编号：1005－5770（2012）07－0044－05
CAE-based Ameliorative Design for Solving Warpage on Big Plastic Veil of Air-Condition
LI Fei
（Zhuhai Gree Co．，Ltd ，Zhuhai 519070，China ）
Abstract ：With design of big and complicated plastic veil's injection mould of stand-up Air-condition as an example ，this article analyzed the causation and resolving of warpage on plastic made by mould injection．The theory of warping analysis in Moldflow of CAE was emphatically introduced．By injection simulation on plastic using Moldflow and analyzing the effect of gate's location and number on warpage ，getting the best lo-cation ，number and form of gate accordingly．The problem of warpage on big and complicated plastic was ef-fectively solved．It had important guiding significance not only on design of big and complicated injection mould ，but also improving the quality of production．
Keywords ：CAE ；Moldflow ；Injection Mould ；Flow Analysis ；Warpage ；Optimization
注塑成型是塑料制品的主要加工方法。注塑制品一般有效率高，批量大，成本低的特点，但注塑成型质量受到众多因素影响，难以控制，特别是大型壁薄制品，注射成型过程中遇到的质量问题有：翘曲变形、收缩凹陷、熔接痕、填充不足、飞边、烧焦、流痕等等。其中翘曲变形是成型中最常见的问题，也是最难解决的问题，是能否生产出优质塑件的关键。翘曲变形程度作为评定塑件质量的重要指标之一，越来越多地受到模具设计者和塑件使用者的重视，模具设计者希望在设计阶段便预测出塑件可能产生翘曲的原因，以便加以优化设计，防患于未然。
Moldflow 软件给传统注射模设计提供了技术参考，利用Moldflow 软件在模具加工前用计算机模拟分析整个注射成型过程，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况以及塑件中应力的分布、分子和纤维取向分
布、塑件的收缩和翘曲变形等情况，以便能尽早发现问题，及时修改塑件和模具设计，而不必等到试模以后再返修模具。
1基于CAE 软件的翘曲变形实例分析
空调器大面罩是空调器的一个外观部件，并在空调使用时随转盘一起往复运转。其作用是良好的通风、改变风向功能及阻止小孩手指伸入安全功能。由于是外观件，要求熔接痕位置在两侧大面上尽可能的短和少；表面不允许有明显的收缩痕，又由于是运动部件，其结构要求严格，允许的翘曲变形量很小，两侧边的内外变形量控制在?2mm 以内（见图1）。此塑件长1260mm ，宽340mm ，高170mm ；平均壁厚2.5mm 。成型材料为ABS-GF10。模具设计为1模1
腔的多点进胶方式。如何设计适合的进胶点数量和位置及流道相关尺寸，从而达到平衡充填、外观质量较
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第40卷第7期李飞：基于CAE 的解决空调器大面罩塑件翘曲变形的设计优化
好、预防翘曲变形超标是本塑件模具设计重点考虑的问题。
对于空调器大面罩这类塑件产品，为保证整个分析的准确性，并兼顾分析效率，决定使用Moldflow 有限元分析网格中的双层面网格进行模拟流动分析。在进行分析前，需要进行网格缺陷诊断与修复，将最大纵横比下调到10 15，并将整个网格自由边、交叉边、重叠单元及相交单元数变为0，最后检查流道与网格的连通性
。
a b
图1空调器大面罩侧面变形量控制
Fig 1
Control the deformation of veil in air-condition
1.1
利用Moldflow 分析翘曲变形的原理
针对该大型壁薄塑件，要求分析最佳浇口位置与
数量及塑件的平面度，平面度分析即塑件的翘曲分析。塑件材料采用加入10%玻璃纤维的ABS ，虽然材料的流动性能比较好，但由于加入了玻璃纤维，导致塑件边缘容易发生翘曲，在计算过程中必然涉及到纤维取向分析，通过分析纤维在流动过程中的取向来判断其对塑件强度的影响，并据此判断浇口位置设置的正确与否，给整个注射分析过程带来了难度。
MF /Warp 是Moldflow 中的一个翘曲分析模块，用于分析整个塑件的翘曲变形，并可以分析产生翘曲的主要原因，帮助分析人员做出相应的解决措施。MF /Warp 模块在一般工作环境中能考虑到注塑机性能、材料特性、环境因素和冷却参数的影响，从而能够更加准确地预测变形趋势。MF /Warp 模块把翘曲产生的原因归结为以下4点：冷却不均匀、收缩不均匀、分子取向不一致、角落效应。
采用MF /Warp 模块进行分析的主要目的是确定塑件翘曲变形的结果是否满足设计要求，如果不能满足设计要求，给出产生翘曲的主要原因，因此在过程设定时应选择分离翘曲因素，以便准确了解导致产品变形的原因。1.2
分析空调器大面罩产生翘曲变形的原因
（1）受力不均匀导致翘曲变形：经过Moldflow
模流分析结果显示由于该材料最大型腔壁处的剪切应力较大，又因为塑件胶位主要集中于动模而造成塑件粘动模型芯，不易脱模，推出时要用较大的力。塑件
不同的地方承受了不同的推出力，必然导致翘曲变形或开裂。
（2）收缩影响翘曲变形：由于塑件产品体积较大，塑件各部位收缩不均匀会导致产品出现一定程度的翘曲变形，可通过Moldflow 软件中的Differential Shrinkage 结果分析由于收缩而产生的变形量。（3）温度分布不均匀导致翘曲变形：该产品体积较大，注射时间较长，融料在流动过程中产品各部位冷却不均匀，会导致塑件脱模后各处温度不同，使塑件各处的收缩量不同，最终导致塑件翘曲变形。1.3
解决塑件翘曲变形的措施
根据以上分析，本例必须从以下5个方面着手解决翘曲变形问题：
（1）降低注射压力，减小翘曲变形。注射压力过大，会导致塑件存在大量的残余应力，出模后由于某些部位内应力集中，从而引起塑件翘曲变形。针对本实例，应增加浇口数量、合理设计流道大小以减小翘曲变形；
（2）合理设计模具结构，使顶出平衡。由于塑件结构使其对动模的包紧力较大，顶出时需要较大的推力。模具顶针和斜顶的分布要合理，避免因顶出不平衡而导致塑件翘曲变形。同时，动模型腔多为沟槽需形状，顶出困难，必须进行适当抛光，避免塑件粘连动模；
（3）为减小塑件收缩引起的翘曲变形，可加入玻璃纤维等填充物，增加保压压力和延长保压时间；（4）正确设置动定模温度。塑件总体翘曲变形是向定模翘曲，在模具冷却系统设计时应使定模温度比动模温度高一点，这样可以改善塑件的翘曲变形。冷却要均匀，不宜太快，否则不利于内应力释放，尽量清除型腔内的压力差、温度差和密度差；
（5）通过合理设计塑件结构，改善翘曲变形。塑件的结构是决定其本身翘曲变形程度的关键，最主要的因素分别为：壁厚和形状。塑件的厚度、质量分布相差较大，局部贮热量差异大，冷却先后不一致等都会造成翘曲；
厚壁塑件或壁厚不均的塑件，不同区域温度、压力和流速的不同，会引起收缩率的差异，进而引起塑件的翘曲变形和残余内应力。该塑件的结构设计在允许条件下尽可减少不同部位的壁厚差异。而塑件形状不同，抵抗翘曲变形的能力也不同。一般带筋条的构件比平板类构件更能抵抗翘曲变形。对于此空调大面罩的在易变部位必须增加加强筋。但设计时加强筋的方向应尽量和注射充模时的熔体流动方向保持一致，
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塑料工业2012年
以免出现成型缺陷或影响塑件的强度。
综合试模实践与模流分析，得出结论，造成此空
调大面罩翘曲变形的主要因素为：塑件结构、成型材
料、模具结构和注射工艺参数。要解决翘曲变形问题
必须综合考虑，单纯从某一方面着手是无法达到目的
的。在实践中，解决塑件的翘曲变形问题要做到具体
问题具体分析，要善于查找主要原因，采用正确的
方法。
2通过CAE分析进行浇注系统的优化设计
该落地式空调大面罩初始模型采用“Pro/E”建
模，通过STL或IGES文件格式转入到Moldflow软件
中，在“MF/View”的前后处理器中完成最后的修改
并设计流道系统。拟采用冷流道系统，浇口为潜浇口
和点浇口混合类型，并使用三板模结构。
方案一：如图2a所示，浇注系统采用9个浇口
进胶，分流道非对称平衡布置，但对于这种大型塑件
来说，可能会造成中间的地方产生翘曲变形、熔接痕
明显及过保压等工艺缺陷。图2b为采用方案一时由
于浇口较少导致边缘S波浪变形情况
。
a－
浇口分布情况b－边缘S波浪变形情况图2方案一的浇注系统设计
Fig2The first scheme of gating system
design
a－
浇口分布情况b－纤维走向情况图3方案二的浇注系统设计
Fig3The second scheme of gating system design
方案二：如图3a所示，浇注系统采用12个浇口进胶，流道非对称布置，对于这种大型塑件来说，可能会减少中间部位的翘曲变形及过保压等工艺缺陷，塑件成型相对来说在实际注塑成型过程中更为容易，但对熔接痕的减少、整体变形的减少不会起到非常明显的作用，浇口增加后的方案二的纤维走向如图3b 所示，在边缘增加浇口可以使分布趋势大致相同，S 波浪变形得到改善。由于两种方案各有优缺点，究竟采用那一种方案还需通过采用MPI6.0软件进行流动、翘曲分析来决定。整个分析的要求是保证中间部位的翘曲变形越小越好，在此基础上尽量减少熔接痕及其他地方的变形等工艺。
流动平衡要求所有流动路径在同一时间被充满，否则会由于欠压或过压引起非均匀取向而产生残余应力；浇口位置和数目对于流动平衡影响很大，对于复杂制件，往往无法确定合适的浇口位置和数目以保证型腔内的流动平衡，利用流动分析，可以很快地预测到不同浇口位置和数目对流动平衡的影响。
2.1工艺参数设置
工艺过程参数包括了整个注射周期内有关模具、注塑机等所有相关设备及其冷却、保压、开合模等工艺的参数。因此，过程参数的设定将直接影响到产品注射成型的分析结果。该空调器大面罩的工艺过程参数设置如下：1）模具表面温度60?；2）料温即进料口处熔体温度230?；3）填充控制选择自动控制；4）注塑机由速度（V）控制向压力（P）控制的转换点选择自动控制；5）保压及冷却过程中的压力控制采用保压压力与V/P转换点的填充压力相关联的曲线控制方法，控制曲线的设置如图4所示（保压压力为填充压力的百分数）；6）冷却时间25 s；7）成型材料为宁波LG公司产ABS-121H（另外加入10%玻纤增强改性）
。
图4保压压力曲线的设定
Fig4Setting the curve of keeping pressure
2.2填充状态对比分析
分析表1可知，在方案一中，注射压力和锁模力随着注射时间的增加而逐渐加大，且最大注射压力为120MPa，最大锁模力为2569.07t。当填充过程进入到保压阶段后，流动速率急剧下降，当注射时间到达4.87s时，产品被完全充满，填充效果见图5a所示。
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第40卷第7期李飞：基于CAE的解决空调器大面罩塑件翘曲变形的设计优化
表1方案一填充阶段分析参数变化一览表
Tab1The form of filling phase parameter's transformation of the
first scheme
注射时间
/s 体积
/%
注射压力
/MPa
锁模力
/t
流动速率
/cm3·s－1
控制
方式
0.21 2.3022.77 3.66697.66V 0.42 6.4033.8925.62710.16V 0.6210.6243.3762.22731.11V
0.8315.0151.90113.78754.93V
1.0419.6656.66158.1576
2.20V 1.2524.186
3.90231.52728.57V 1.4528.4177.78375.22725.67V 1.6633.2778.58389.96809.43V
1.8738.1578.93418.26791.27V
2.0842.9580.93461.01789.56V 2.2847.748
3.20512.77791.45V 2.4952.5685.40568.9979
4.54V 2.7057.3386.79617.53794.19V
2.9162.0988.96686.97792.91V
3.1266.9491.71775.4179
4.13V 3.3271.6494.03858.6979
5.23V 3.537
6.4296.57966.28795.69V 3.7481.1098.96107
7.38796.97V
3.9485.84101.301186.63797.69V
4.1590.53103.881318.11798.46V 4.3694.96110.871734.05798.45V 4.4897.15120.452339.94797.60V/P 4.4997.3796.36226
5.61283.78P 4.5798.439
6.362112.03404.44P 4.7799.7496.362413.24183.71P 4.8799.9796.362565.16121.62P
4.87100.0096.362569.07120.86
充满
a－
方案一b－方案二图5两种方案的充填效果
Fig5Filling effect of the first scheme
由表2可知方案二填充较为均匀，注射压力和锁模力随着注射时间的增加而逐渐加大，最大注射压力为110.72MPa，最大锁模力为2242.37t。当注射时间到达4.67s时，熔融流体充满整个模具型腔，产品填充完整，在填充过程中并没有产生短射现象，填充效果见图5b所示。
通过两种方案下的流动充填结果对比分析，方案一由于浇口较少，充填时间较方案二长，且需要的锁模力也较大，要决定最后使用哪种方案，还需进一步分析确定。
表2方案二填充阶段分析参数变化一览表
Tab2The form of filling phase parameter's transformation of
the second scheme
注射时间
/s
体积
/%
注射压力
/MPa
锁模力
/t
流动速率
/cm3·s－1
控制
方式
0.20 2.4919.35 2.02749.43V
0.41 6.9327.1116.88747.76V
0.5911.0533.7040.38762.83V
0.7815.4039.8875.92760.06V
0.9719.9045.48116.45786.25V
1.1724.2553.47196.25716.34V
1.3627.9374.91383.11736.09V
1.563
2.5580.44437.56835.79V
1.7537.4579.63444.87823.64V
1.954
2.2780.3946
3.65818.76V
2.1447.0781.82491.25818.54V
2.3451.858
3.39522.70818.75V
2.5456.6384.97557.11819.54V
2.7361.3086.57596.17820.00V
2.9266.0688.24640.50820.73V
3.1270.7989.99695.20820.98V
3.3175.4392.12769.72821.23V
3.5180.0695.23896.92821.23V
3.708
4.7298.111022.67823.08V
3.9089.33101.261172.8982
4.21V
4.0993.8310
5.051357.01824.21V
4.2497.22110.721681.95820.73V/P
4.2697.4488.581618.27270.37P
4.2897.8888.581510.65419.57P
4.4899.3788.58183
5.18265.78P
4.6799.9688.582239.91154.85P
4.67100.0088.582242.37154.36充满
3翘曲变形、压力及流动波前温度对比分析3.1
翘曲对比分析
a－
方案一b－方案二
图6两种方案的翘曲变形量对比分析
Fig6The warp deformation comparison of the two schemes
图6为两种方案在侧边上的翘曲变形，其中方案一在侧边上的最大变形量达到4mm（见图6a），而方案二的变形量为1.3mm（见图6b），因此方案二的变形量仅为方案一的32.5%，故在翘曲变形方面，方案二优于方案一。
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塑料工业2012年
3.2
转换点压力对比分析
由表1和表2可知，方案一与方案二在由速度控制转向压力控制时（即V /P 转换点）的压力分别为120、110MPa ，可见方案一的压力较高。在较高的压力下，塑件内纤维走向不一致、残余应力增加，导致产品后变形加大。因此方案二优于方案一。3.3
流动波前温度对比分析
a －
方案一b －方案二
图7
两种方案的流动波前温度对比
Fig 7
The front of flowing wave's temperature comparison
of two schemes
图7为两种方案的流动波前温度对比，浅色表示
温度较高流动较平稳，深色表示温度较低流动困难充填不平衡。从图7可以看出，方案一在出风格栅处的前沿温度较低，在充填过程中会由于凝固较早而产生缺胶和内应力集中的缺陷，而方案二整体充填较平衡。因此，方案二优于方案一。
4结论
1）方案二较方案一有更短的充填时间，即方案二可以获得更短的注塑周期，提高产品的成型效率．2）方案一的侧边变形量为4mm ，而采用方案二时，变形量仅为1.3mm ，方案二能够满足产品设计的变形要求。
3）方案二所需的注射压力为110MPa ，小于方案一（120MPa ），方案二可以取得较小的后收缩变形。
4）从两种方案的流动波前温度的分析对比中发现，方案二具有更好的流动温度分布，可以使产品的变形量均匀，避免出现局部应力集中。因此采用第二种方案。经过实践证明，第二种方案产品成型质量优良，生产效率高。目前该产品已正常生产近半年，已为公司创造了良好的经济效益。
综上所述，应用MPI6.0软件对CAE 流动方案进行优化，可快速寻找到模具浇注系统等最佳设计方
案，为模具设计员选择到合理的浇口位置、数量、形状等方式提供依据，有效预测、控制、解决大型复杂塑件注塑模设计过程中容易出现的翘曲变形等问题，大大缩短新产品的开发周期和降低开模成本，为改善塑料制品质量、提高企业的生产效率和经济效益打下良好基础。
参
考
文
献
［1］黄钢华，张益华，鲁世红，等．Moldflow /MPI 翘曲分析
在注塑模中的应用［
J ］．塑料制造，2008（8）：64－67．［2］王卫兵．Moldflow 中文版注塑流动分析［M ］．北京：清
华大学出版社，2008．
［3］毛华杰，袁乐健，史宏江．利用CAE 技术解决注塑件的
翘曲问题［
J ］．塑料科技，2005（4）：30－33．［4］张晓陆．基于Moldflow 软件的流动方案分析［J ］．模具
工业，2006，32（6）：1－5．
（本文于2012－04－19收到）
全球生物塑料年产量有望达100万t
位于德国Hürth 的研究组织Nova-Institut 公司总经理Michael Carus 预测说，今后几年里，全球生物基塑料年产量将从目前的约70 80万t 增至100万t 。
Carus 在2012年6月21日在荷兰Wageningen 召开的生物基材料研讨会上发言说，制造企业对生物材料的使用在日益增加，这不仅是为了减少二氧化碳（目前可平均减少20% 30%的碳排放），还能节省对石化资源的使用。目前生物基聚合物的市场占比约为7.7%，这一数字高于其他人做出的估计，但其中包括了一些通常被忽视的材料。他说
：“当谈到生物塑料和生物产品时，我们还会想到弹性体、人造纤维，甚至还有其他一些具可持续发展能力的橡胶制品。这些材料都有助于推动可持续发展。
”Carus 援引位于Nova-Institute 公司代表Proganic GmbH＆Co.KG 公司进行的一项生命周期评估分析称，分析结果表明：生物基聚合物与聚碳酸酯相比所减少的温室气体排放量最大，相比聚丙烯所减少的温室气体排放量最小。
在2010年，生物聚合物市场上占比最大的是生物基聚乙烯（占总产能的28%），其次是淀粉混合料（16%）、聚乳酸（PLA ）（15%）、聚羟基脂肪酸酯（PHA ）（12%）和生物基聚酯（8%）。
Carus 介绍说，增速最快的生物材料之一是木塑复合材料（WPC ）。他说，2005年以来，欧洲木塑复合材料市场的年均增幅一直保持在35%。据预计，今后几年各市场领域的WPC 使用将进一步呈现增长，同时塑料价格的攀升也将推动WPC 的发展。
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注塑制品的翘曲变形分析 一、引言 翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它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使用性能要求越来越高，翘曲变形程度作为评定产品质量的重要指标之一也越来越多地受到模具设计者的关注与重视。模具设计者希望在设计阶段预测出塑料件可能产生翘曲的原因，以便加以优化设计，从而提高注塑生产的效率和质量，缩短模具设计周期，降低成本。 本文主要对在注塑模具设计过程中影响注塑制品翘曲变形的因素加以分析。 二、模具的结构对注塑制品翘曲变形的影响 在模具设计方面，影响塑件变形的因素主要有浇注系统、冷却系统与顶出系统等。 1．浇注系统的设计 注塑模具浇口的位置、形式和浇口的数量将影响塑料在模具型腔内的填充状态，从而导致塑件产生变形。 流动距离越长，由冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力越大；反之，流动距离越短，从浇口到制件流动末端的流动时间越短，充模时冻结层厚度减薄，内应力降低，翘曲变形也会因此大为减少。图1为大型平板形塑件，如果只使用一个中心浇口（如图1a所示）或一个侧浇口（如图1b所示），因直径方向上的收缩率大于圆周方向上的收缩率，成型后的塑件会产生扭曲变形；若改用多个点浇口（如图1c所示）或薄膜型浇口（如图1d所示），则可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 当采用点浇进行成型时，同样由于塑料收缩的异向性，浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有很大的影响。图2为一箱形制件在不同浇口数目与分布下的试验图。 a)直浇口b)10个点浇口c)8个点浇口 d)4个点浇口e) 6个点浇口f) 4个点浇口 由于采用的是30％玻璃纤维增强PA6，而得到的是重量为4.95kg的大型注塑件，因此沿四周壁流动方向上设有许多加强肋，这样，对各个浇口都能获得充分的平衡。实验结果表明，按图f设置浇口具有较好的效果。但并非浇口数目越多越好。实验证明，按图c设计的浇口比图a的直浇口还差。 另外，多浇口的使用还能使塑料的流动比（L／t）缩短，从而使模腔内物料密度更趋均匀，收缩更均匀。同时，整个塑件能在较小的注塑压力下充满。而较小的注射压力可减少塑料的分子取向倾向，降低其内应力，因而可减少塑件的变形。 2．冷却系统的设计 在注射过程中，塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。 如果在注射成型平板形塑件时所用的模具型腔、型芯的温度相差过大，如图3所示，由于贴近冷模腔面的熔体很快冷却下来，而贴近热模腔面的料层则会继续收缩，收缩的不均匀将使塑件翘曲。因此，注塑模的冷却应当注意型腔、型芯的温度趋于平衡，两者的温差不能太大。 除了考虑塑件内外表面的温度趋于平衡外，还应考虑塑件各侧的温度一致，即模具冷却时要尽量保持型腔、型芯各处温度均匀一致，使塑件各处的冷却速度均衡，从而使各处的收缩更趋均匀，有效地防止变形的产生。因此，模具上冷却水孔的布置至关重要。在管壁至型腔表面距离确定后，应尽可能使冷却水孔之间的距离小，才能保证型腔壁的温度均匀一致。同时，由于冷却介质的温度随冷却水道长度的增加而上升，使模具的型腔、型芯沿水道产生温差。因此，要求每个冷却回路的水道长度小于2m。在大型模具中应设置数条冷却回路，一
塑胶产品变形的一些原因 翘曲变形是指注塑制品的形状发生畸变而翘曲不平，偏离了制件的形状精度要求，它是注射模设计和注射生产中常见的较难解决的制品缺陷之一。 随着塑料工业的发展，特别是电子信息产业的发展，对塑料制品的外观和使用性能要求越来越高。如笔记本及掌上电脑，扁薄手机等塑壳制件，翘曲变形程度已作为评定产品质量的重要指标之一，越来越受到模具设计者的关注与重视。希望在设计阶段预测出塑料件可能产生的翘曲原因，以便优化设计，减小产品的翘曲变形，达到产品设计的精度要求。 1、翘曲变形产生的原因 翘曲变形是制品在注射工艺过程中，应力和收缩不均匀而产生的。脱模不良，冷却不足，制件形状和强度不宜，模具设计和工艺参数不佳等也使塑件发生曲变。 模温不匀，塑件内部温度不均匀。 塑件壁厚差异和冷却不均匀，导致收缩的差异。 塑件厚向冷凝压差和冷却速差。 塑件顶出时温度偏高或顶出受力不匀。
塑件形状不当，具有弯曲或不对称的形状。 模具精度不良，定位不可靠，致使塑件易翘曲变形。 进料口位置不当，注射工艺参数不佳，使收缩方向性明显，收缩不均匀。 流动方向和垂直于流动方向的分子链取向性差异，致使收缩率不同。 凸凹模壁厚向不对称冷却，冷却时间不足，脱模后冷却不当。 2、模具结构对注塑件翘曲变形的影响 在模具设计方面，影响塑件翘曲变形的因素主要有三大系统，分别是浇注系统、冷却系统与顶出系统等。 浇口的设计 注塑模浇口是整个浇注系统的关键部分，它的位置、形式和浇口的数量直接影响熔料在模具型腔内的填流状态，导致塑料固化、收缩和内应力的异变。常用的浇口类型有侧浇口、点浇口、潜伏式浇口、直浇口、扇形浇口以及薄膜型浇口等。 浇口位置的选择应使塑料的流动距离最短。流动距离越长，内部流动层与外部冻结层之间的流动差增加，这样冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力愈大，塑件变形也随之增大；反之，流动距离越短，从浇口到制件流动末端的流动时间越短，充模时冻结层厚度减薄，内应力降低，翘曲变形也会因此减小。 如精密薄壁较大塑件，使用一个中心浇口或一个侧浇口，因径向收缩率大于周向收缩率，成型后的塑件会产生较大的扭曲变形；若改用多个点浇口或薄膜型浇口，则可有效地防止翘曲变形，因此设计时须进行流动比计算校核。 当采用点浇口成型时，同样由于塑料收缩的异向性，浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有很大的影响。
塑料件翘曲变形分析 塑料件的翘曲变形是塑料件常见的成型质量缺陷。 塑料件的翘曲变形主要是因为塑料件受到了较大的应力作用，主要分为外部应力和内部应力，当大分子间的作用力和相互缠结力承受不住这种应力作用时，塑料件就会发生翘曲变形。 1、外部应力导致的翘曲变形 此类翘曲变形主要为制件顶出变形，产生的原因为模具顶出机构设计不合理或成型工艺条件不合理。 、模具顶出机构设计不合理 顶出机构设计不合理，顶出设计不平衡，或顶杆截面积过小，都有可能使塑料件局部受力过大，承受不住应力作用发生塑性形变而导致翘曲变形。 防止顶出变形需改善脱模条件：如平衡顶出力；仔细磨光新型侧面；增大脱模角度；顶杆布置在脱模阻力较大的地方，如加强筋，Boss柱等处。 、成型工艺参数设置不合理 冷却时间不足，凝固层厚度不够，塑料件强度不足，脱模时容易导致产品翘曲变形。 可以延长冷却时间，增加凝固层厚度来解决。 2、内部应力导致的翘曲变形 、塑料内应力产生的机理 塑料内应力是指在塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而产生的一种内在应力。内应力的本质为大分子链在熔融加工过程中形成的不平衡构象，这种不平衡构象在冷却固化时不能立刻恢复到与环境条件相适应的平衡构象，这种不平衡构象实质为一种可逆的高弹形变，而冻结的高弹形变以位能情势储存在塑料制品中，在合适的条件下，这种被迫的不稳定的构象将向自在的稳定的构象转化，位能改变为动能而开释。当大分子间的作用力和相互缠结力承受不住这种动能时，内应力平衡即受到破坏，塑料制品就会产生翘曲变形，严重时会发生应力开裂。 、塑料内应力的种类 取向内应力 取向内应力是塑料熔体在充模流动和保压补料过程中，大分子链沿流动方向定向排列，构象被冻结而产生的一种内应力。 取向应力受塑胶流动速率和粘度的影响。如图一所示，A 层是固化层，B层是流动高剪切层，C层是熔胶流动层。A层为充填时紧贴两侧模壁，瞬间冷却固化层。B层是充填时紧靠A层的高剪切区域所形成的，由于与A层具有最大速度差，所以形成最大剪切流动应力效果（如图二所示），塑胶充填结束时本区尚未完全凝固，因外层A固化层有绝热效果，使B层散热较慢，而C层所受剪切作用较小，若产品厚度有变化，则主要影响C层厚度，若是薄件成品则C层的厚度将会变小。
变形的调试心得 1、首先是温度问题，按照我们常规理解的，变形会往温度高的方向变，但是事实却不一定如此，这与产品的近胶口有很大的关系，如果是胶口在产品中间的话，平板产品一般会完前模变形，这时通过增加后模模具的温度，产品的变形量会减小很多！如果胶口是在边上的话，变形那就不同了！ 2、二次压使用高大会导致变形量加大，所以建议尽量使用一次压，将转换位置减小，保压速度加快！二次压就能减到最小，但是这样如果锁模力不够的话，批锋会比较严重的哦！ 所以说，在新模调试的时候要尽量想办法去控制变形量，最好是从模具温度以及参数上去想办法！（这当然是建立在模具结构不能改变的基础上来说的） 塑料射出成形先天上就会发生收缩，因为从制程温度降到室温，会造成聚合物的密度变化，造成收缩。整个塑件和剖面的收缩差异会造成内部残留应力，其效应与外力完全相同。在射出成形时假如残留应力高于塑件结构的强度，塑件就会于脱模后翘曲，或是受外力而产生破裂。 7-1 残留应力 残留应力(residual stress)是塑件成形时，熔胶流动所引发(flow-induced)或者热效应所引发(thermal-induced)，而且冻结在塑件内的应力。假如残留应力高过于塑件的结构强度，塑件可能在射出时翘曲，或者稍后承受负荷而破裂。残留应力是塑件收缩和翘曲的主因，可以减低充填模穴造成之剪应力的良好成形条件与设计，可以降低熔胶流动所引发的残留应力。同样地，充足的保压和均匀的冷却可以降低热效应引发的残留应力。对于添加纤维的材料而言，提升均匀机械性质的成形条件可以降低热效应所引发的残留应力。 7-1-1 熔胶流动引发的残留应力 在无应力下，长链高分子聚合物处在高于熔点温度呈现任意卷曲的平衡状态。于成形程中，高分子被剪切与拉伸，分子链沿着流动方向配向。假如分子链在完全松弛平衡之前就凝固，分子链配向性就冻结在塑件内，这种应力冻结状态称为流动引发的残留应力，其于流动方向和垂直于流动方向会造成不均匀的机械性质和收缩。一般而言，流动引发的残留应力比热效应引发的残留应力小一个次方。 塑件在接近模壁部份因为承受高剪应力和高冷却速率的交互作用，其表面的高配向性会立即冻结，如图7-1所示。假如将此塑件存放于高温环境下，塑件将会释放部份应力，导致.的收缩与翘曲。凝固层的隔热效应使聚合物中心层维持较高温度，能够释放较多应力，所以中心层分子链具有较低的配向性。
一. 翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它是塑料制品常见的缺陷之一。出现翘曲变形的原因很多，单靠工艺参数解决往往力不从心。结合相关资料和实际工作经验，下面对影响注塑制品翘曲变形的因素作简要分析。 二、模具的结构对注塑制品翘曲变形的影响。 在模具方面，影响塑件变形的因素主要有浇注系统、冷却系统与顶出系统等。 1．浇注系统 注塑模具浇口的位置、形式和浇口的数量将影响塑料在模具型腔内的填充状态，从而导致塑件产生变形。流动距离越长，由冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力越大；反之，流动距离越短，从浇口到制件流动末端的流动时间越短，充模时冻结层厚度减薄，内应力降低，翘曲变形也会因此大为减少。一些平板形塑件，如果只使用一个中心浇口，因直径方向上的收缩率大于圆周方向上的收缩率，成型后的塑件会产生扭曲变形；若改用多个点浇口或薄膜型浇口，则可有效地防止翘曲变形。当采用点浇口进行成型时，同样由于塑料收缩的异向性，浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有很大的影响。另外，多浇口的使用还能使塑料的流动比（L/t）缩短，从而使模腔内熔体密度更趋均匀，收缩更均匀。同时，整个塑件能在较小的注塑压力下充满。而较小的注射压力可减少塑料的分子取向倾向，降低其2.冷却系统 在注射过程中，塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。如果在注射成型平板形塑件（如手机电池壳）时所用的模具型腔、型芯的温度相差过大，由于贴近冷模腔面的熔体很快冷却下来，而贴近热模腔面的料层则会继续收缩，收缩的不均匀将使塑件翘曲。因此，注塑模的冷却应当注意型腔、型芯的温度趋于平衡，两者的温差不能太大（此时可考虑使用两个模温机）. 除了考虑塑件内外表的温度趋于平衡外，还应考虑塑件各侧的温度一致，即模具冷却时要尽量保持型腔、型芯各处温度均匀一致，使塑件各处的冷却速度均衡，从而使各处的收缩更趋均匀，有效地防止变形的产生。因此，模具上冷却水孔的布置至关重要。在管壁至型腔表面距离确定后，应尽可能使冷却水孔之间的距离小，才能保证型腔壁的温度均匀一致。同时，由于冷却介质的温度随冷却水道长度的增加而上升，使模具的型腔、型芯沿水道产生温差。因此，要求每个冷却回路的水道长度小于2米。在大型模具中应设置数条冷却回路，一条回路的进口位于另一条回路的出口附近。对于长条形塑件，应采用直通型水道。（而我们的模具大多是采用S型回路----既不利于循环，又延长周期。顶出系统的设计也直接影响塑件的变形。如果顶出系统布置不平衡，将造成顶出力的不平衡而使塑件变形。因此，在设计顶出系统时应力求与脱模阻力相平衡。另外，顶出杆的截面积不能太小，以防塑件单位面积受力过大（尤其在脱模温度太高时）而使塑件产生变形。顶杆的布置应尽量靠近脱模阻力大的部位。在不影响塑件质量（包括使用要求、尺寸精度与外观等）的前提下，应尽可能多设顶杆以减少塑件的总体变形（换顶杆为顶块就是这个道理）。用质塑料（如TPU）来生产深腔薄壁的塑件时，由于脱模阻力较大，而材料又较软，如果完全采用单一的机械顶出方式，将使塑件产生变形，甚至顶穿或产生折叠而造成塑件报废，如改用多元件联合或气（液）压与机械式顶出相结合的方式效果会更好（以后会用到）。 三、塑化阶段对制品翘曲变形的影响 塑化阶段即由玻璃态料粒转化为粘流态熔体的过程（培训时讲过原料塑化的三态变化）。在这个过程中，聚合物的温度在轴向、径向（相对螺杆而言）温差会使塑料产生应力；另外，注射机的注射压力、速率等参数会极大地影响充填时分子的取向程度，进而引起翘曲变形。 四、充填及冷却阶段对制品翘曲变形的影响 熔融态的塑料在注射压力的作用下，充入模具型腔并在型腔内冷却、凝固。此过程是注射成型的关键环节。在这个过程中，温度、压力、速度三者相互耦合作用，对塑件的质量和生
汽车塑料件的翘曲变形问题 汽车塑料件的翘曲变形问题 随着紧凑型，微型汽车的增多，其所使用的塑料制品也相应朝着体积轻量化，结构复杂化发展。在此情况下，一些薄壁注塑产品越来越出现在一些车型上。 翘曲变形是汽车薄壳塑料成型中的常见缺陷之一，因为涉及到对翘曲变形量的准确预测，而不同材料、不同形状的注塑件的翘曲变形规律差别很大。翘曲变形问题的存在会影响注塑件的形状精度和表面质量，当翘曲变形量超过允许误差后，就成为成形缺陷，进而影响产品装配。 翘曲变形是指注塑件的形状偏离了模具型腔的形状。由于翘曲变形不仅影响产品装配和使用性能，而且影响产品外观质量。翘曲变形程度已成为评定产品质量的重要指标之一。 引起塑件翘曲变形的机理和要素翘曲主要与塑件结构、模具设计以及成型工艺三方面有关。由于塑料成型时流动方向的收缩率比垂直方向的大，使得制件各向收缩率不同而翘曲。 一模具设计方面 (1)浇口位置不当或数量不足。 浇口的位置和数量不仅影响流动的平衡，还将影响填充结束时的体积收缩。浇口位置分析的目的`是要根据零件结构，找到为使流动达到平衡的最佳浇口位置，以尽可能减少制品缺陷，从而获得质量好的产品。 (2)顶出位置不当或制品受力不均匀。 二成型工艺方面
(1)模具、机筒温度太高。 只提高温度会使翘曲变形增大，而同时提高注射速度，则可减小翘曲变形量。 (2)保压压力太高或注射速度太快。 提高注射速度可以使注射时间大大地缩短，但锁模力要有所增加;提高注射速度可以起到减小翘曲变形的作用。但增加注射速度会增 加制品成型过程中表面剪切应力。 (3)注射时间太长或冷却时间太短。 三塑件结构方面，塑件的结构是决定其本身翘曲变形程度的关键。 塑件壁厚不均，变化突然或壁厚过小。 厚壁不均的塑件，不同区域温度、压力和流速的不同，会引起收缩率的差异，进而引起塑件的翘曲变形和参与内应力。
注塑质量经验总结 本文来自：6sigma品质网https://www.doczj.com/doc/b48718932.html, 作者：peakdongfeng 点击1054次原文：https://www.doczj.com/doc/b48718932.html,/viewthread.php?tid=199130 1. 刚开机时产品跑披锋，生产一段时间后产品缺胶的原因及解决方案。 刚开机时注塑机料管内的熔胶由于加热时间长，熔胶粘度低，流动性好，产品易跑披锋，生产一段时间后由于熔胶不断把热量带走，造成熔胶不足，粘度大，流动性差，使产品缺胶。 在生产一段时间后，逐渐提高料管温度来解决。 2. 在生产过程中，产品缺胶，有时增大射胶压力和速度都无效，为什么？解决方法？ 是因为生产中熔胶不断把热量带走，造成熔胶不足，胶粘度大，流动性差，使产品缺胶。 提高料管温度来解决。 3. 产品椭圆的原因及解决方法。 产品椭圆是由于入胶不均匀，造成产品四周压力不匀，使产品椭圆，采用三点入胶，使产品入胶均匀。4. 精密产品对模具的要求。 要求模具材料刚性好，弹变形小，热涨性系数小。 5. 产品耐酸试验的目的 产品耐酸试验是为了检测产品内应力，和内应力着力点位置，以便消除产品内应力。 6. 产品中金属镶件受力易开裂的原因及解决方法。 产品中放镶件，在啤塑时由于热熔胶遇到冷镶件，会形成内应力，使产品强度下降，易开裂。 在生产时，对镶件进行预热处理。 7. 模具排气点的合理性与选择方法。 模具排气点不合理，非但起不到排气效果，反而会造成产品变形或尺寸变化，所以模具排气点要合理。 选择模具排气点，应在产品最后走满胶的地方和产品困气烧的地方开排气。 8. 产品易脆裂的原因及解决方法。 产品易脆裂是产品使用水口料和次料太多造成产品易脆裂，或是料在料管内停留时间过长，造成胶料老化，使产品易脆裂。 增加新料的比例，减少水口料回收使用次数，一般不能超过三次，避免胶料在料管内长时间停留。 9. 加玻纤产品易出现泛纤的原因及解决方法 是由于熔胶温度低或模具温度低，射胶压力不足，造成玻纤在胶内不能与塑胶很好的结合，使纤泛出。 加高熔胶温度，模具温度，增大射胶压力。 10. 进料口温度对产品的影响。 进料口温度的过高或过低，都会造成机器回料不稳定，使加料量不稳定，而影响产品的尺寸和外观。 11. 透明产品有白点的原因及解决方法。 透明产品有白点是因为产品内进入冷胶造成，或料内有灰尘造成的。 提高射嘴温度，加冷料井，原料注意保存，防止灰尘进入。 12. 什么是注塑机的射出能力？ 射出能力※※=射出压力（kg/cm2）×射出容积（cm3）/1000 13. 什么是注塑机的射出马力？ 射出马力PW（KW）=射出压力（kg/cm2）×射出率（cm3/sec）×9.8×100% 14. 什么是注塑机的射出率？ 射出率V（cc/sec）=p/4×d2×g
應用CAE模流分析技術改善手機產品開發之收縮翹曲變形問題 郭瑞坤、吳燕玲 J. K. KUO, Ann-Wu 大霸電子股份有限公司研發/機構 摘要 近年來隨著全球網路通訊產業的發達，手機市場成長快速，由於產業的逐漸成熟、換機市場的熱絡，各廠商紛紛推出適合不同消費族群的產品，在功能與外型上也做不斷的創新與研發，除了卓越的技術與嚴格的品質控管外，掌握時間與速度才能擁有競爭優勢，面對輕便小巧外觀時尚的多功能手機的趨勢，機構設計空間也變的相當有限，在開發時間緊縮而良率需兼顧的考驗下，產品本身的設計顯得相當重要。為確保產品設計的正確性，本公司利用MOLDEX 3D軟體在產品設計階段同時進行電腦模擬分析，預測產品在成型過程可能發生的問題，避免因設計不當影響產品的開發時間。 一、案例簡介 A. 產品說明 產品為Base手機下蓋，幾何尺寸(mm)：長*84寬*43.6高*9.3，平均厚度=1.4最厚2.2最薄0.55；模具設計：三板模採一模一穴三點直接進澆。 B. 問題焦點 此分析針對模具廠澆口選用在薄肉區與產品設計有部份肉厚差異較大，造成射出成型時保壓階段塑料提早固化壓力傳遞不良，產品開模後有縮水情況，進行電腦模擬分析。 C.使用材料 此產品分析所採用的材料為PC。 D. 加工條件 本文所採用之加工條件如表一所示。 二、模流分析-原始設計 圖1為產品厚度分佈由2.2~0.55mm。 1）流動不平衡、結合線、包封產生 圖2流動波前85%，澆口徑向充填並非均勻流動，在靠近薄肉區呈現遲滯，有流動不平衡的情況。 圖3流動波前等位線圖，圖中有部份等位線過密情形，代表此區流動阻力較大，塑料流動通常往流動阻力小的區域流，最後才回填流動阻力較大的區域，造成流動末端有結合線與包封產生，有時甚至有短射之慮。
塑料制品的翘曲变形的原因分析和解决方法 一、前言 翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它是塑料制品常见的缺陷之一。出现翘曲变形的原因很多，单靠工艺参数解决往往力不从心。结合相关资料和实际工作经验，下面对影响注塑制品翘曲变形的因素作简要分析。 二、模具的结构对注塑制品翘曲变形的影响。 在模具方面，影响塑件变形的因素主要有浇注系统、冷却系统与顶出系统等。 1．浇注系统 注塑模具浇口的位置、形式和浇口的数量将影响塑料在模具型腔内的填充状态，从而导致塑件产生变形。 流动距离越长，由冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力越大；反之，流动距离越短，从浇口到制件流动末端的流动时间越短，充模时冻结层厚度减薄，内应力降低，翘曲变形也会因此大为减少。一些平板形塑件，如果只使用一个中心浇口，因直径方向上的收缩率大于圆周方向上的收缩率，成型后的塑件会产生扭曲变形；若改用多个点浇口或薄膜型浇口，则可有效地防止翘曲变形。 当采用点浇口进行成型时，同样由于塑料收缩的异向性，浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有很大的影响。 另外，多浇口的使用还能使塑料的流动比（L/t）缩短，从而使模腔内熔体密度更趋均匀，收缩更均匀。同时，整个塑件能在较小的注塑压力下充满。而较小的注射压力可减少塑料的分子取向倾向，降低其内应力，因而可减少塑件的变形。 2。冷却系统 在注射过程中，塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。 如果在注射成型平板形塑件（如手机电池壳）时所用的模具型腔、型芯的温度相差过大，由于贴近冷模腔面的熔体很快冷却下来，而贴近热模腔面的料层则会继续收缩，收缩的不均匀将使塑件翘曲。因此，注塑模的冷却应当注意型腔、
翘曲是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它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使用性能要求越来越高，翘曲变形程度作为评定产品质量的重要指标之一也越来越多地受到模具设计者的关注与重视。模具设计者希望在设计阶段预测出塑料件可能产生翘曲的原因，以便加以优化设计，从而提高注塑生产的效率和质量，缩短模具设计周期，降低成本。 一．模具的结构对注塑制品翘曲变形的影响 1．浇注系统的设计 注塑模具浇口的位置、形式和浇口的数量将影响塑料在模具型腔内的填充状态，从而导致塑件产生变形。 流动距离越长，由冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力越大；反之，流动距离越短，从浇口到制件流动末端的流动时间越短，充模时冻结层厚度减薄，内应力降低，翘曲变形也会因此大为减少。大型平板形塑件，如果只使用一个中心浇口或一个侧浇口，因直径方向上的收缩率大于圆周方向上的收缩率，成型后的塑件会产生扭曲变形；若改用多个点浇口或薄膜型浇口，则可有效地防止翘曲变形。 当采用点浇进行成型时，同样由于塑料收缩的异向性，浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有很大的影响;实验表明，浇口位置具很重要，但并非浇口数目越多越好。 另外，多浇口的使用还能使塑料的流动比（L／t）缩短，从而使模腔内物料密度更趋均匀，收缩更均匀。同时，整个塑件能在较小的注塑压力下充满。而较小的注射压力可减少塑料的分子取向倾向，降低其内应力，因而可减少塑件的变形。 2．冷却系统的设计 在注射过程中，塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。 如果在注射成型平板形塑件时所用的模具型腔、型芯的温度相差过大，由于贴近冷模腔面的熔体很快冷却下来，而贴近热模腔面的料层则会继续收缩，收缩的不均匀将使塑件翘曲。因此，注塑模的冷却应当注意型腔、型芯的温度趋于平衡，两者的温差不能太大。 除了考虑塑件内外表面的温度趋于平衡外，还应考虑塑件各侧的温度一致，即模具冷却时要尽量保持型腔、型芯各处温度均匀一致，使塑件各处的冷却速度均衡，从而使各处的收缩更趋均匀，有效地防止变形的产生。因此，模具上冷却水孔的布置至关重要。在管壁至型腔表面距离确定后，应尽可能使冷却水孔之间的距离小，才能保证型腔壁的温度均匀一致。同时，由于冷却介质的温度随冷却水道长度的增加而上升，使模具的型腔、型芯沿水道产生温差。因此，要求每个冷却回路的水道长度小于2m。在大型模具中应设置数条冷却回路，一条回路的进口位于另一条回路的出口附近。对于长条形塑件，应采用均行冷却回路，减少冷却回路的长度，即减少模具的温差，从而保证塑件均匀冷却。 3．顶出系统的设计 顶出系统的设计也直接影响塑件的变形。如果顶出系统布置不平衡，将造成顶出力的不平衡而使塑件变形。因此，在设计顶出系统时应力求与脱模阻力相平衡。另外，顶出杆的截面积不能太小，以防塑件单位面积受力过大（尤其在脱模温度太高时）而使塑件产生变形。顶杆的布置应尽量靠近脱模阻力大的部位。在不影响塑件质量（包括使用要求、尺寸精度与外观等）的前提下，应尽可能多设顶杆以减少塑件的总体变形。 用软质塑料来生产大型深腔薄壁的塑件时，由于脱模阻力较大，而材料又较软，如果完全采用单一的机械式顶出方式，将使塑件产生变形，甚至顶穿或产生折叠而造成塑件报废，如改用多元件联合或气（液）压与机械式顶出相结合的方式效果会更好。 二．塑化阶段对制品翘曲变形的影响
MoldFlow软件翘曲分析及应用Analysis and Application of W arpage with MoldFlow Software 文劲松麻向军 （华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程中心SCUT—MoldFlow高级技术应用培训中心）一翘曲产生的原因 1 翘曲分类 Moldflow MPI/WARP模块把翘曲分为两种形 式，见图1。 1）稳定翘曲（图1a）：翘曲变形与收缩应变成正 比。 2）非稳定翘曲（图1b）：翘曲变形是由于制品弯 曲而产生的。在这种情况下，收缩应变表现为平面应(a) 稳定翘曲(b) 非稳定翘曲变，由于平面应变过大导致制品失稳而弯曲。一般，图1 翘曲分类 这种翘曲变形很大。 2 翘曲产生的原因 注塑过程中，翘曲是由于制品收缩率不均匀而产生的。收缩率不均匀表现在以下几方面：1）制品不同部位的收缩率不一样； 2）沿制品厚度方向收缩率不同； 3）与分子取向平行和垂直方向的收缩率不同。 MPI/W ARP把翘曲产生的原因归结为以下三点： 1）冷却不均匀； 2）收缩不均匀； 3）分子取向不一致。 因此，MPI/W ARP模块的主要目的是确定制品翘曲变形的结果是否满足设计要求，如果不能满足设计要求，给出产生翘曲的主要原因。 二翘曲分析步骤 1 分析流程的确定 进行翘曲分析之前，冷却、流动分析必须已经完成。在选择分析流程时（菜单命令Analysis下的Set Analysis Sequence命令）,有两种分析流程Cool - Flow - Warp (简称CFW)和Flow - Cool - Flow - Warp (简称FCFW)。CFW在进行冷却分析时假设熔体的前沿温度
一、引言 翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它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使用性能要求越来越高，翘曲变形程度作为评定产品质量的重要指标之一也越来越多地受到模具设计者的关注与重视。模具设计者希望在设计阶段预测出塑料件可能产生翘曲的原因，以便加以优化设计，从而提高注塑生产的效率和质量，缩短模具设计周期，降低成本。 本文主要对在注塑模具设计过程中影响注塑制品翘曲变形的因素加以分析。 二、模具的结构对注塑制品翘曲变形的影响 在模具设计方面，影响塑件变形的因素主要有浇注系统、冷却系统与顶出系统等。 １．浇注系统的设计 注塑模具浇口的位置、形式和浇口的数量将影响塑料在模具型腔内的填充状态，从而导致塑件产生变形。 流动距离越长，由冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力越大；反之，流动距离越短，从浇口到制件流动末端的流动时间越短，充模时冻结层厚度减薄，内应力降低，翘曲变形也会因此大为减少。图１为大型平板形塑件，如果只使用一个中心浇口（如图１ａ所示）或一个侧浇口（如图１ｂ所示），因直径方向上的收缩率大于圆周方向上的收缩率，成型后的塑件会产生扭曲变形；若改用多个点浇口（如图１ｃ所示）或薄膜型浇口（如图１ｄ所示），则 可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 图 １ 浇口形式对塑料件变形的影响 当采用点浇进行成型时，同样由于塑料收缩的异向性，浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有 很大的影响。图２为一箱形制件在不同浇口数目与分 布下的试验图。 ａ）直浇口 ｂ）１０个点浇口 ｃ）８个点浇口 ｄ）４个点浇口 ｅ） ６个点浇口 ｆ） ４个点浇口 图２ 实验浇口的设置 由于采用的是３０％玻璃纤维增强ＰＡ６，而得到的是重量为４．９５ｋｇ的大型注塑件，因此沿四周壁流动方向上设有许多加强肋，这样，对各个浇口都能获得充分的平衡。实验结果表明，按图ｆ设置浇口具有较好的效果。但并非浇口数目越多越好。实验证 注塑制品的翘曲变形分析
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塑料制品的翘曲变形的原因分析和解决方法 一、前言 翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它是塑料制品常见的缺陷之一。出现翘曲变形的原因很多，单靠工艺参数解决往往力不从心。结合相关资料和实际工作经验，下面对影响注塑制品翘曲变形的因素作简要分析。 二、模具的结构对注塑制品翘曲变形的影响。 在模具方面，影响塑件变形的因素主要有浇注系统、冷却系统与顶出系统等。 1．浇注系统 注塑模具浇口的位置、形式和浇口的数量将影响塑料在模具型腔内的填充状态，从而导致塑件产生变形。 流动距离越长，由冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力越大；反之，流动距离越短，从浇口到制件流动末端的流动时间越短，充模时冻结层厚度减薄，内应力降低，翘曲变形也会因此大为减少。一些平板形塑件，如果只使用一个中心浇口，因直径方向上的收缩率大于圆周方向上的收缩率，成型后的塑件会产生扭曲变形；若改用多个点浇口或薄膜型浇口，则可有效地防止翘曲变形。 当采用点浇口进行成型时，同样由于塑料收缩的异向性，浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有很大的影响。 另外，多浇口的使用还能使塑料的流动比（L/t）缩短，从而使模腔内熔体密度更趋均匀，收缩更均匀。同时，整个塑件能在较小的注塑压力
下充满。而较小的注射压力可减少塑料的分子取向倾向，降低其内应力，因而可减少塑件的变形。 2. 冷却系统 在注射过程中，塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。 如果在注射成型平板形塑件（如手机电池壳）时所用的模具型腔、型芯的温度相差过大，由于贴近冷模腔面的熔体很快冷却下来，而贴近热模腔面的料层则会继续收缩，收缩的不均匀将使塑件翘曲。因此，注塑模的冷却应当注意型腔、型芯的温度趋于平衡，两者的温差不能太大（此时可考虑使用两个模温机）。 除了考虑塑件内外表的温度趋于平衡外，还应考虑塑件各侧的温度一致，即模具冷却时要尽量保持型腔、型芯各处温度均匀一致，使塑件各处的冷却速度均衡，从而使各处的收缩更趋均匀，有效地防止变形的产生。因此，模具上冷却水孔的布置至关重要。在管壁至型腔表面距离确定后，应尽可能使冷却水孔之间的距离小，才能保证型腔壁的温度均匀一致。同时，由于冷却介质的温度随冷却水道长度的增加而上升，使模具的型腔、型芯沿水道产生温差。因此，要求每个冷却回路的水道长度小于2米。在大型模具中应设置数条冷却回路，一条回路的进口位于另一条回路的出口附近。对于长条形塑件，应采用直通型水道。（而我们的模具大多是采用S型回路----既不利于循环，又延长周期。） 3. 顶出系统
翘曲变形（Warping）缺陷分析及排除方法 什么是翘曲变形（Warping）？ 翘曲变形（Warping）是注塑制品的形状偏离了模具形腔的形状，如图所示，它是塑料制品常见的缺陷之一。影响注塑产品翘曲变形的因素有很多，模具的结构、塑料材料的热物理性能以及注塑成型过程的条件和参数均对制品翘曲变形有不同程度的影响。因此，对注塑制品翘曲变形机理的研究必须综合考虑整个成型过程和材料性能等多方面的因素。 随着人们对塑料制品的外观和使用性能要求越来越高，翘曲变形程度作为评定产品质量的重要指标之一也越来越受到关注与重视。 翘曲变形（Warping）缺陷成因分析 （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度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
一一、、网网格格匹匹配配率率的的提提高高途途径径 网格匹配率是指上下表面网格大小位置相匹配的比率，匹配率低于50%往往导 致分析失败，对于流动分析和填充分析匹配率要求达到85％，对于wap （翘曲） 分析则需要网格匹配率达到90%以上。 匹配率的大小除跟边长大小有关外，模型的匹配率很大成度上与产品原曲面形 状有关，产品表面变化过大、细面过多其匹配率一般过低很难提高；过多的小圆角、 柱子和其他细微特征往往划出的匹配率比较低，可在导入前用其它3D 软件将小圆 角等细微特征移除再导入，也可在moldflow CAD doctor 中再缺陷修正好再转入。 网格匹配率的提高可从以下途径实现： 一）减少网格的边长值，网格的边长值通常是最小胶厚的0.5~1.5倍。合适的 边长值往往需多次尝试才能得到；大的边长通常比短的边长网格匹配率相对比低， 但不是越小越好，要适当的边长匹配率才高，这要多次尝试。多次尝试不同的边长 值进行网格划分时，把之前的划分的网格删除，以输入的模型来进行划分会比以划 分好的网格进行重新划分得出的匹配率高。因为以先前划分出的网格进行“生成网 格”“重新生成网格”会使模型的某些特征变形加大，从而影响其匹配率。所以一 般只有进行局部网格划分才会用“重新划分网格”命令。在模型不变的情况下，适 当的边长值是提高其匹配率的主要手段之一。
二）在没有进行网格划分前先消除模型的细小的特征如小值R 、小倒角、碎面、 小柱位等再进网格的划分是提高模型的匹配的主要手段之一； 三）一般用IGS 格式导入的文件比STP 格式相对好些，尤其是复杂的产品；不 过在输入IGS 前先把模型导到Moldflow plastict 的模型医生Moldflow CAD doctor 软 件进行必要的修复和简化会使划分出的网格得到优化，这也是提高其匹配率的有效 途径之一。 四）重划区域设定全适的边长，注意上下表面网格要同时选中，因为上下面不 同的边长会影响到匹配率的高低。但对于只有一面变形的网格不用上下两边都进行 匹配。 五）网格的不均和变形也会便网格的匹配率降低，此时将对局部变形、三角形 不均的网格进行“重新划分网格”，也是提高其匹配率的有效途径。 局部进行网格的重新划分和网格的缺陷修复工作经实验证明一般只能适当提 高一些，但很难将匹配率提高到10%以上，对模型进行表面进行优化（消除微小特 征、用模型医生进行破面的修复等），选择适当的边长值是提高的匹配率的主要手 段。 二二、、修修改改纵纵横横比比的的一一般般方方法法 纵横比是指三角形单元纵向边长和横向边长的比率。也就是三角形最长边和最 短边的比值，推荐的纵横比在6~8，最大的比值为15~20。过大的纵横比会影响分 析结果的准确性。提高纵横比的可通过以下方法： 一）合并节点，将细小的三角面消除，在大小相对较大的同一个面用合并面方 法；
翘曲变形原因统计 第一种说法： 注塑件的翘曲、变形是很棘手的问题，主要应从模具的设计方面着手解决，而成型条件的调整效果则是很有限的，翘曲变形的原因及解决方法可以参照以下各项；1）由成型条件引起残余应力造成变形时，可通过降低注射压力，提高模具温度并使模具温度均匀及提高树脂温度或采用退火方法予以消除应力。 2）脱模不良引起应力时，可通过增加推杆数量或面积、设置脱模斜度等方法加以解决。 3）由于冷却方法不合适，使冷却不均匀或冷却时间不足时，可调整冷却方法及延长冷却时间等。例如，尽可能地在贴近变形的地方设置冷却回路。 4）对于成型收缩引起的变形，就必须修正模具的设计了，其中，最重要的是应注意使制品的壁厚一致。有时，再不得已的情况下，只好测量制品的变形，按相反的方向修正模具，加以校正。一般结晶性树脂（POM/PA/PP/PET等）比非结晶性树脂（如PMMA,PVC,PS,ABS,AS）的变形大。另外，由于玻璃纤维增强树脂具有纤维配向性，变形也大。 第二种说法： 一模具方面： （1）浇口位置不当或数量不足。 （2）顶出位置不当或制品受力不均匀。 二工艺方面： （1）模具、机筒温度太高。 （2）注射压力太高或注射速度太快。 （3）保压时间太长或冷却时间太短。 三原料方面：酞氰系颜料会影响聚乙烯的结晶度而导致制品 变形。 四制品设计方面： （1）壁厚不均，变化突然或壁厚过小。 （2）制品结构造型不当。 第三种说法： 肉厚不均、冷却不均。塑胶的冷却速度不一样，冷却快的地方收缩小，冷却慢的地方收缩大，从而发生变形。 ?料温高，收缩大，从而变形大。 ?分子排向差异；侧壁的内弯曲。 ?制品脱模时的内部应力所致的变形，是制品未充分冷却固化前从模具顶出所致。?一般为防止制品变形，可在顶出后，用夹具对制品定型，矫正变形或防止进一步的变形，但制品在使用中若再次碰到高温时又会复原，对此点需特别加 以注意。 第四种说法：
MDF板件翘曲变形原因分析 在板式家其制造中,保证板件平整不翘曲变形是十分重要的。但是在用中纤板或者刨花板等人造板制造板式家具中要完全避免翘曲变形却不是一件容易的事。笔者曾对几家家具公司就中纤板在家具制造中出现的翘曲变形问题进行了调查,试图找出翘曲变形的原因及防治的办法。 被调查的几家家具公司均采用在MDF上贴薄叶纸(30g/m2)后进行涂饰的加工工艺。几家公司都出示了已变形的柜门、搁板、床帮、柜顶板、镜板、电视线压条等部件,要求探明翘曲变形的原因。笔者详细询问和考察了各公司加工工艺: MDF板件存放情况及所用MDF 的情况。认为板件翘曲变形的原因主要有几下几个方面。 (一)MDF未经调质处理,含水率偏低。温州地区属海洋性气候,空气湿度较大,MDF的平均含水率相应也较高,但所使用的MDF含水率都偏低。人造板厂在制造MDF过程中,MDF出热压机时含水率一般都偏低,表层仅2-3%,芯层仅6-7%。低含水率的MDF在相对湿度较大的环境中加工或存放,必然会吸湿,如板内存在含水率不均等问题,板件便容易产生翘曲变形。有一家企业反映,从广东购进的MDF,运至温州,在使用过程中还有一定温度,尚未完全冷却。这些板在加工过程中极易吸湿变形,但放久了又会渐趋平整。为防止变形,MDF在使用前应进行调质处理, 使其含水率均匀化,并提高到8%左右。调质处理可以在人造板厂进行,也可在家具制造板厂进行。但一般如家具制造厂对MDF的含水率提出明确要求的话,人造板厂将提供进行调质处理过的MDF。 (二)板件未采用二面对称的加工工艺,板件结构不对称。 据了解,几家家私公司对家具的主要部件如柜门、台面、床帮等的正面都采用了比较精细的加工工艺,MDF基材先进行处理(精砂、封纸、涂底漆、砂光)然后再购薄叶纸,贴纸后再进行涂饰处理(二道底漆、干砂、水砂、一道面漆),涂饰后表面平滑,光亮如镜,但背面一般只进行简单的封底处理,或即使贴薄叶纸,涂饰的道数也相应减少,背面能观察到明显的纤维吸湿膨胀的痕迹。有的公司把镜子与MDF直接粘合在一起,造成镜子破碎或镜板严重变曲变形。以上这样处理的板件由于其正反二面对空气中湿气的吸湿能力不同,吸湿速度不同,而极易造成板件的变形。因此板件在贴面和涂饰加工中要注意二面对称,使其结构对称、平衡, 这很重要的。二种性能完全不同的材料,如镜子和MDF不能采用胶合的方式复合,应采用螺钉结合,并留有伸缩余地。 (三)MDF密度偏低 MDF的密度偏低造成加工面不光滑,且易吸湿变形,一般用于家具制造的MDF密度在厚度方向的分布应均匀,表芯层密度差异过大的MDF不适宜做家具,平均密度在0.75g/m3左右比较合适。 (四)MDF防水性较差 用于家具制造的MDF应具有一定的防水性能,否则易吸湿变形。通常MDF的防水性能以吸水厚度膨胀率来表示,用于家具制造的MDF的吸水厚度膨胀率应小于6%较为合适。 (五)贮存条件较差 MDF基板或板件应平整堆放,不能竖放,而且应存放在干燥通风的环境中,如存放在潮湿的环境中则易吸湿变形,甚至发霉。 综上所述,造成MDF板件变形的原因是多种多样的,要防止MDF板件变形,首先应选用合适的MDF,其含水率应为8%左右,密度为0.75g/m3左右,吸水厚度膨胀率应小于6%。其次加工中应注意结构对称,并注意贮存保管的条件。对已产生变形的板件,在湿度较高的环境中上压重物堆放,可得到缓解。