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1、模内注塑钢片翘曲 分析与改善,作成：郑美计 日期：2012.04.09,旺鑫精工设计部,通过学习和工作中的总结，现对钢片模内注塑翘曲问题作以下简易分析,一、翘曲的定义二、翘曲的原因三、翘曲的改善思路小结四、实例解析,目录,一、翘曲的定义,1.单塑件的翘曲 翘曲是塑件收缩的变化造成的。单有收缩并不会造成翘曲。 塑件发生翘曲，是因为塑件在收缩时发生不均匀的变化，故产生内应力（所有的塑件均有内应力），而该内应力超过塑件的刚度，所以就发生翘曲的现象。 塑件的收缩可以把它想象成该塑件在几何尺寸上的缩减。如果收缩是均勻的，则此塑件并不会发生变形或其外形上有任何的改变，它只会变得更小而已。,2.钢片模内注塑
2、的翘曲 钢片在与塑件成型后形成新的一个连接体，当该连接体在收缩过程中产生的应力小于或等于钢片强度时，则不会发生翘曲；当该连接体在收缩过程中产生的应力大于钢片强度时，则会发生翘曲；,二、翘曲的原因,1. 1 塑件结构之厚、薄差异大对翘曲的影响 塑件成型后，薄的部位的冷却速率要比厚的部位高。厚薄差异大时，体积收缩率差异大，残余应力大。 当残余应力克服了塑件的强度，就会产生翘曲，设计时应尽量使得塑件厚度均一(理想)，厚薄相接处应做弧面或斜面缓冲过度。冷却时体积收缩率差异小，残余应力小，翘曲变形量就相对小。,1.塑件翘曲之原因分析,1.2 塑件结构之结构不规则对翘曲的影响 塑件的结构复杂，BOSS柱、
3、加强筋等排布不均，塑件中间有大孔或边沿有缺口等都会造成因塑件本身强度和成型过程中的收缩不均一而发生翘曲,塑件中缺口造成产品在成型过程中收缩不均，应考虑在缺口与主体连接部位做相应加强。,塑件中空，翘曲方向取决于两侧塑胶Z方向的强度或者说厚度，塑胶比较厚的一侧成型冷却时残余应力大，塑件将往该方向翘曲,塑件中BOSS柱之间的距离不得小于5倍主胶厚度，避免因两柱子成型冷却时局部产生较大残余应力影响塑件整体均匀收缩,2.钢片翘曲之原因分析,2.1 钢片结构之厚薄对翘曲的影响 一般来说模内注塑钢片的厚度控制在0.3-0.5mm比较适中.0.2mm以下太单薄,容易翘曲变形.难以控制其五金产品精度及注塑成型后
4、产品的变形率.,钢片厚度：0.30.5mm,2.2 钢片结构之强度对翘曲的影响 结构许可的情况下，钢片尽量避免出现整体平面结构.此结构强度不足,容易导致产品翘曲变形等问题。通常采取以4面加折弯围筋骨结构加强钢片强度使其不易变形.也方便其与塑件产品之间的定位.,此钢片平面结构极易变形,此钢片四面加围筋骨，强度较好不易变形,折弯围筋骨,2.3 钢片结构之不规则对翘曲的影响 钢片上折弯围筋骨长短不一或围筋骨上有缺口等不规则结构，致使钢片的强度不均一，而在塑件均匀收缩的情况下，通常发生扭曲、异形的翘曲。故在模具设计前应对钢片结构进行全面评估和改进,钢片折弯筋骨上有缺口易翘曲,钢片中的焊接筋骨能对钢片的
5、强度起到巩固作用，但筋骨长度不一或者分段焊接同样会造成钢片在模内注塑成型后因自身强度不均而在塑件残余应力的作用下扭曲、异形翘曲,焊接的筋骨,不良设计,不良设计,2.4 钢片结构的改善 钢片上折弯围筋骨长短不一或围筋骨上有缺口等不规则结构，致使钢片的强度不均一，而在塑件均匀收缩的情况下，通常发生扭曲、异形的翘曲。故在模具设计前应对钢片结构进行全面评估和改进,改进设计,改进设计,4周围筋骨长短均匀无缺口，或将筋骨做二次折弯（理想）,钢片缺口部位加凸凹筋改善局部强度,将缺口的直角填充做R角以做支撑改善局部强度,凸凹筋,倒R角,二次折弯,3.钢片与塑件连接翘曲之原因分析,3.1 钢片与塑件衔接部位对翘
6、曲的影响 钢片与塑件衔接部位指钢片深入塑件使钢片与塑件形成一个连接体的部分，该部位的位置与整个产品成型翘曲有至关重要的关系，最理想的状态是钢片伸入塑件后能将塑胶体积平均分在钢片两侧，使钢片两侧有对等的收缩应力相互作用，可相对减少翘曲变形量。,钢片,塑件,胶量多，收缩应力大，产品往此向翘曲,衔接部位,不良设计,钢片两侧胶量均匀，收缩应力相对平衡，翘曲变形量就小,理想状态,以上事项必须在模具设计前做全面评估和改进,4.模具结构与产品翘曲的关系,4.1 浇注系统对产品翘曲的影响 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。 浇口的位置应该设计在胶厚的部
7、位，保证流动顺畅，尽量缩短浇口之间的距离，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。用多个点浇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。,就按目前智能手机外壳尺寸达到长130mm
8、、宽70mm来计，在设计模内注塑钢片的模具时应采取68点的进胶方案为适宜,4.2 冷却系统对产品翘曲的影响 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， 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（此时应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
9、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500mm。尽量采用多条直通型或U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。）,4.3 顶出系统对产品翘曲的影响 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。 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
10、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）。,5.模具制作与产品翘曲的关系,5.1 模具加工精度要求比一般普通模具的加工精度要求较高.特别是定位 位置尤其重要.精度必须控制好.否则就会导致钢片与塑件偏移和脱模不顺. 5.2 模具与钢片必须适配良好，因目前钢片的精度控制尚不理想，特别是折弯处的R角和其他部位的缺口等很难达到设计要求，因此，模具制作时应保证模具与钢片适配良好，避免因适配不良而造成对钢片的挤压而产生变形应力或脱模不顺导致产品翘曲 5.3
11、 流道及及产品外型尽可能省光.尤其是PC或者PC+波纤的流动性会比较差.故需要较光的流道 , 减少剪切速率及剪切应力.从而促使塑料溶胶快速填充型腔.,6. 成型与产品翘曲的关系,6.1 充填及保压阶段对产品翘曲的影响 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、速度三者相互作用，对塑件的质量和生产效率均有极大的影响。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和垂直于流动方向的分子取向的差异，同时产生“冻结效应”。“冻结效应”将产生冻结应力，形成塑件的内应力。因此，在模内注塑钢片成型工艺上如何去实现钢片强
12、度与塑件内应力的平衡是至关重要的，由于产品中钢片强度与塑件内应力的相互作用，所以成型时不能采取只考虑单塑件工艺的成型方案，必要时还需采用有悖于常规工艺的成型方案。 模内注塑钢片通常采取： （1）射胶：高速低压 （2）保压：压力大时间长,参考,6.2 温度对产品翘曲的影响温度对翘曲变形的影响体现在以下几个方面：（1）塑件上、下表面温差会引起热应力和热变形；（2）塑件不同区域之间的温度差将引起不同区域间的不均匀收缩；（3）不同的温度状态会影响塑料件的收缩率。常用模内注塑钢片材料成型温度参照：,温度,原料,110120,310315,300310,PC,PC+玻纤,料温 ( C）,模温（C）,100
13、110,6.3 收缩及冷却阶段对产品翘曲的影响塑件翘曲变形的直接原因在于塑件的不均匀收缩。对翘曲分析而言，收缩本身并不重要，重要的是收缩上的差异。在注塑成型过程中，熔融塑料流动方向上的收缩率比垂直方向的收缩率大，而使在注射充模阶段由于聚合物分子沿流动方向的排列使塑料在塑件产生翘曲变形内应力，当产品脱离模具后塑料的内应力便因失去外界的约束而释放，因此，在冷却阶段应根据产品的整体要求适当延长模内冷却时间。冷却时间：模内注塑钢片的产品一般要比单塑件的产品长35秒,参考,6.4 脱模阶段对产品翘曲的影响 脱模力不平衡、推出机构运动不平稳或脱模顶出面积不当很容易使制品变形。同时，在充模和冷却阶段“冻结”
14、在塑件内的应力由于失去外界的约束，将会以“变形”的形式释放出来，从而导致翘曲变形。因此，产品脱模时应避免使其承受不平衡或爆发式的外力干扰。 顶出： 低压慢速,三、翘曲的改善思路和要点,当产品成型后出现翘曲时，应按以下方面对翘曲进行全面的排查和分析,翘曲,1.产品设计,胶厚均匀,结构强度,钢片与塑件的连接,2.模具设计,浇注系统,顶出系统,冷却系统,3.模具制作,流道排气,钢片适配,钢片定位,4.成型工艺,5.其他,原料,机器,环境,填充保压,温度,冷却脱模,1.检查分析,产品设计,模具设计,模具制作,成型工艺,其他,2.改善对策,模内注塑钢片成型翘曲是一个非常复杂的技术问题，除以上所述还涉及到
15、更深层次更多方面的因素，如塑料原料、钢片材质、钢片预热成型等。鉴于目前所掌握的技术有限，对模内注塑钢片成型翘曲领域的技术问题还有待于后续工作实践中继续学习和研究,四、实例解析,Sanya项目A壳,1,模具设计时将产品扭曲变形0.2mm后分型(评估时变形可能会在1mm上). 2,模具乘缩水率为0 3,进浇设计为6点 进浇. 4,材料为PC,0.2mm,1.模具设计,2012-02-14开模设计状态,问题描述：1,开模评估翘曲变形有1.3mm(材料1414分析),改善对策：1, 模具设计时将产品扭曲变形0.2mm,2.模流分析,问题描述：1, 2012-03-05T0试模产品因钢片与胶位素材收缩差
16、导致变形0.72,钢片焊接位置未做.,0.7mm,改善对策：1,钢片焊接条增加,2,手动扭曲钢片后试模,确认钢片的变形度,3.T0状态,问题描述：1, 2012-03-19试模,PC+10%GF产品变形0.7mm,扭曲钢片0.7mm,产品变形0.35mm.扭曲钢片1.1mm,产品变形0.25mm, PA+50%GF,产品变形0.25mm,Xmm,改善对策：1,由钢片厂将整形至1.1mm,22号验证,4.T1改善,5.T2改善,改善措施,结 论,加推块和顶针,剪切不平衡,6.T3改善,改善措施,结 论,掏胶,掏胶,钢片成型前反翘曲方向整形和产品成型后反翘曲方向整形都能对模内注塑钢片成型翘曲问题有明显的改观，但是钢片的刚性回形反弹会随着时间的推移而增加，因此这两种措施都无法控制产品的成型精度和稳定性，故改善模内注塑钢片翘曲问题还得从产品设计、模具设计与制作等根源着手。,Thank！,
