一、引言
翹曲變形是指注塑製品的形狀偏離了模具型腔的形狀，它是塑料製品常見的缺陷之一。隨著塑料工業的發展，人們對塑料製品的外觀和使用效能要求越來越高，翹曲變形程度作為評定產品質量的重要指標之一也越來越多地受到模具設計者的關注與重視。模具設計者希望在設計階段**出塑料件可能產生翹曲的原因，以便加以優化設計，從而提高注塑生產的效率和質量，縮短模具設計週期，降低成本。
本文主要對在注塑模具設計過程中影響注塑製品翹曲變形的因素加以分析。
二、模具的結構對注塑製品翹曲變形的影響
在模具設計方面，影響塑件變形的因素主要有澆注系統、冷卻系統與頂出系統等。
１．澆注系統的設計
注塑模具澆口的位置、形式和澆口的數量將影響塑料在模具型腔內的填充狀態，從而導致塑件產生變形。
流動距離越長，由凍結層與中心流動層之間流動和補縮引起的內應力越大；反之，流動距離越短，從澆口到製件流動末端的流動時間越短，充模時凍結層厚度減薄，內應力降低，翹曲變形也會因此大為減少。圖１為大型平板形塑件，如果只使用乙個中心澆口（如圖１ａ所示）或乙個側澆口（如圖１ｂ所示），因直徑方向上的收縮率大於圓周方向上的收縮率，成型後的塑件會產生扭曲變形；若改用多個點
澆口（如圖１ｃ所示）或薄膜型澆口（如圖１ｄ所示），則可有效地防止翹曲變形。
ａ） 中心澆口 ｂ） 側澆口 ｃ）多點澆口 ｄ） 薄膜型澆口
圖１ 澆口形式對塑料件變形的影響
當採用點澆進行成型時，同樣由於塑料收縮的
異向性，澆口的位置、數量都對塑件的變形程度有很大的影響。圖２為一箱形制件在不同澆口數目與分
布下的試驗圖。
直澆口 ｂ）１０個點澆口 ｃ）８個點澆口
ｄ）４個點澆口 ｅ） ６個點澆口 ｆ） ４個點澆口
圖２ 實驗澆口的設定
由於採用的是３０％玻璃纖維增強ｐａ６，而得到的是重量為４．９５ｋｇ的大型注塑件，因此沿四周壁流動方向上設有許多加強肋，這樣，對各個澆口都能獲得充分的平衡。實驗結果表明，按圖ｆ設定澆口具有較好的效果。但並非澆口數目越多越好。
實驗證注塑製品的翹曲變形分析
西華大學材料科學與工程系李金良龍玲
明，按圖ｃ設計的澆口比圖ａ的直澆口還差。另外，多澆口的使用還能使塑料的流動比（ｌ／ｔ）縮短，從而使模腔內物料密度更趨均勻，收縮更均勻。同時，整個塑件能在較小的注塑壓力下充滿。
而較小的注射壓力可減少塑料的分子取向傾向，降低其內應力，因而可減少塑件的變形。
２．冷卻系統的設計在注射過程中，塑件冷卻速度的不均勻也將形成塑件收縮的不均勻，這種收縮差別導致彎曲力矩的產生而使塑件發生翹曲。
如果在注射成型平板形塑件時所用的模具型腔、型芯的溫度相差過大，如圖３所示，由於貼近冷模腔面的熔體很快冷卻下來，而貼近熱模腔面的料層則會繼續收縮，收縮的不均勻將使塑件翹曲。因此，注塑模的冷卻應當注意型腔、型芯的溫度趨於平衡，兩者的溫差不能太大。
圖３ 澆口數量與變形的關係
除了考慮塑件內外表面的溫度趨於平衡外，還應考慮塑件各側的溫度一致，即模具冷卻時要盡量保持型腔、型芯各處溫度均勻一致，使塑件各處的
冷卻速度均衡，從而使各處的收縮更趨均勻，有效地防止變形的產生。因此，模具上冷卻水孔的布置至關重要。在管壁至型腔表面距離確定後，應盡可
能使冷卻水孔之間的距離小，才能保證型腔壁的溫度均勻一致。同時，由於冷卻介質的溫度隨冷卻水道長度的增加而上公升，使模具的型腔、型芯沿水道產生溫差。因此，要求每個冷卻迴路的水道長度小於２ｍ。
在大型模具中應設定數條冷卻迴路，一條迴路的進口位於另一條迴路的出口附近。對於長條形塑件，應採用如圖４所示的冷卻迴路，減少冷卻迴路的長度，即減少模具的溫差，從而保證塑件均勻冷卻，圖５為迴路設計方案。
圖４ 平板圖５ 長條形塑料件冷卻迴路的設計
３．頂出系統的設計
頂出系統的設計也直接影響塑件的變形。如果頂出系統布置不平衡，將造成頂出力的不平衡而使塑件變形。因此，在設計頂出系統時應力求與脫模阻力相平衡。
另外，頂出杆的截面積不能太小，以防塑件單位面積受力過大（尤其在脫模溫度太高時）而使塑件產生變形。頂桿的布置應盡量靠近脫模阻力大的部位。在不影響塑件質量（包括使用要求、尺寸精度與外觀等）的前提下，應盡可能多設頂桿以減少塑件的總體變形。
用軟質塑料來生產大型深腔薄壁的塑件時，由於脫模阻力較大，而材料又較軟，如果完全採用單一的機械式頂出方式，將使塑件產生變形，甚至頂穿或產生摺疊而造成塑件報廢，如改用多元件聯合或氣（液）壓與機械式頂出相結合的方式效果會更好。
三、塑化階段對製品翹曲變形的影響
塑化階段即玻璃態的料粒轉化為粘流態，提供充模所需的熔體。在這個過程中，聚合物的溫度在軸向、徑向（相對螺桿而言）的溫差會使塑料產生應力；另外，注射機的注射壓力、速率等引數會極大地影響充填時分子的取向程度，進而引起翹曲變形。
四、充模及冷卻階段對製品翹曲變形的影響
熔融態的塑料在注射壓力的作用下，充入模具型腔並在型腔內冷卻、凝固的過程是注射成型的關鍵環節。在這個過程中，溫度、壓力、速度三者相互耦合作用，對塑件的質量和生產效率均有極大的影響。較高的壓力和流速會產生高剪下速率，從而引起平行於流動方向和垂直於流動方向的分子取向的差異，同時產生「凍結效應」。
「凍結效應」將產生凍結應力，形成塑件的內應力。溫度對翹曲變形的影響體現在以下幾個方面。
（１） 塑件上、下表面溫差會引起熱應力和熱變形；（２） 塑件不同區域之間的溫度差將引起不同區域間的不均勻收縮；
（３） 不同的溫度狀態會影響塑料件的收縮率。
五、脫模階段對製品翹曲變形的影響
塑件在脫離型腔並冷卻至室溫的過程中多為玻璃態聚合物。脫模力不平衡、推出機構運動不平穩或脫模頂出面積不當很容易使製品變形。同時，在
（下轉第５２頁）
２．設計更標準化
輪胎是旋轉體，以前設計人員完全在二維平面基礎上進行圖紙設計，容易出現設計誤差，而三維軟體使設計人員完全基於輪胎旋轉曲面上進行花紋設計和字型設計，使設計更標準化。
３．提高自主創新開發能力
二維圖紙往往與實際製作出來的輪胎效果存在較大的差異，而三維設計使設計者可以直接看到設計的真實效果，減少了設計中的失誤，提高了設計者的信心和自主開發能力。
４．增強縱向廠商的技術交流，提高產品競爭力三維軟體已在汽車行業廣泛應用，設計、分析、製作已趨於一體化。為了方便與汽車廠商進行交流，提高產品的競爭力，汽車配件商也應擁有與之相匹配的設計軟體。
可以預見，使用ｃａｔｉａ將大大節省總體設計時間，縮短新產品開發周期，提高設計水平和質量，由此取得良好的經濟效益。
５．提公升企業形象
使用ｃａｔｉａ 後，公司擁有了與世界頂尖製造企業相同的設計平台和設計手段，並開始與ｉｂｍ／ｄｓ 、
ｍｓｃ等著名廠商合作。在這個過程中，公司逐步了本文索引號：６５
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解了同行業內公尺其林、固特易等先進企業的設計流程和方法，設計能力得到進一步提高。
五、結束語
ｃａｔｉａ三維軟體提供完整的設計工具及簡潔美觀的操作介面。其易學易用的後引數設計與知識工程讓使用者在盡情享受３ｄ設計的同時，也感受到此軟體無與倫比的三維造型和高階曲面功能。隨著國外汽車巨頭在中國本土化研發思路的推進，輪胎三維設計軟體將成為汽車配套的輪胎廠家必備的開發工具，而在這方面我們已走在了前列。
在此專案的實施過程中，美國公司北京辦事處給予了我們強有力的、專業化的技術支援和服務，在此表示感謝，我們希望今後能與美國公司在輪胎的**分析方面進一步合作。
充模和冷卻階段凍結在塑件內的應力由於失去外界的約束，將會以變形的形式釋放出來，從而導致翹曲變形。
六、注塑製品的收縮對翹曲變形的影響
注塑製品翹曲變形的直接原因在於塑件的不均
勻收縮。如果在模具設計階段不考慮填充過程中收縮的影響，則製品的幾何形狀會與設計要求相差很大，嚴重的變形會致使製品報廢。除填充階段會引起變形外，模具上下壁面的溫度差也將引起塑件上下表面收縮的差異，從而產生翹曲變形。
對翹曲分析而言，收縮本身並不重要，重要的是收縮上的差異。在注塑成型過程中，熔融塑料在注射充模階段由於聚合物分子沿流動方向的排列使塑料在流動方向上的收縮率比垂直方向的收縮率大，而使注塑件產生翹曲變形。一般均勻收縮只引起塑料件體積上的變化，只有不均勻收縮才會引起翹曲變形。
結晶型塑料在流動方向與垂直方向上的收縮率之差較非結晶型塑料大，而且其收縮率也較非結晶型塑料大，結晶型塑料大的收縮率與其收縮
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的異向性疊加後導致結晶型塑料件翹曲變形的傾向較非結晶型塑料大得多。
七、殘餘熱應力對製品翹曲變形的影響
在注射成型過程中，殘餘熱應力是引起翹曲變形的乙個重要因素，而且對注塑製品的質量有較大的影響。由於殘餘熱應力對製品翹曲變形的影響非常複雜，模具設計者可以借助於注塑ｃａｅ軟體進行分析和**。
八、結論
影響注塑製品翹曲變形的因素有很多，模具的結構、塑料材料的熱物理效能以及注射成型過程的條件和引數均對製品的翹曲變形有不同程度的影響。因此，對注塑製品翹曲變形機理的研究必須綜合考慮整個成型過程和材料效能等多方面的因素。
（上接第４４頁）
注塑製品的翹曲變形分析介紹
翹曲變形是指注塑製品的形狀偏離了模具型腔的形狀，它是塑料製品常見的缺陷之一。隨著塑料工業的發展，人們對塑料製品的外觀和使用效能要求越來越高，翹曲變形程度作為評定產品質量的重要指標之一也越來越多地受到模具設計者的關注與重視。模具設計者希望在設計階段 出塑料件可能產生翹曲的原因，以便加以優化設計，從而提...
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