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1、注塑变形问题诊断徐昌煜Charles Hsu2010年4月20日于上海亚龙国际酒店,半结晶塑料的收缩率较高，这些塑料因在平行和垂直于熔胶流动方向有着不同的收缩率，使得问题变得复杂。 这问题又因工艺条件改变致使结晶度变化而更形复杂。 如果塑料冷却得慢，结晶度和收缩率都会增加。The semi-crystalline plastics has higher mold shrinkage factors. These materials have the additional problem of different shrinkage factors parallel to and perpend
2、icular to the direction of melt flow. This problem is further compounded by variations in the degree of crystallinity caused by changes in molding conditions. If the material is cooled slowly, there will be an increase in crystallinity and mold shrinkage.,收缩Shrinkage,4. 设备与仪器4.1 注射成型机所选用的注射成型机的温度控制应
3、满足材料所需的熔融温度范围；在其额定注射量的1/23/4范围内操作并能充满试样模具；需配置不同的螺杆以满足不同类型热塑性模塑成型的需要。4.2 试样注射模具测量平行于料流方向的收缩率所用模具型腔尺寸12.7mm x 127mm x 3.2 mm ，端浇口尺寸为宽6.4mm，深3.2mm。4.2 量具能测量试样和相应模腔尺寸的量具均可使用，精度为0.02mm。,热塑性塑料注射成型收缩率的测定Determination of Shrinkage for Injection Moulding Thermoplastics GB/T 15585 - 1995,7. 结果表示7.1 模塑收缩率(MS)按
4、下式计算： L0 L1MS = - x 100 L0式中：MS 模塑收缩率，%； L0 模腔尺寸，mm； L1 试样尺寸，mm。7.2 试验结果以5个试样的算术平均值表示。 不同方向的收缩率应分别表示。,热塑性塑料注射成型收缩率的测定Determination of Shrinkage for Injection Moulding Thermoplastics GB/T 15585 - 1995,PC, 广东省东莞市, 2005. 1. 5.,2004年12月8日记录：陆经理：此一Desktop PC塑件，收缩率该用多少？郑经理： 按照书上的数据：ABS收缩率的高值是0.6%，低值是0.4%，
5、可用其平均值0.5%。林经理此一Desktop PC塑件(厚度2.5mm)和TFT LCD显示器前框的尺寸(包括厚度)相近，材料都是ABS，根据本厂成型TFT LCD显示器前框的的经验，收缩率可以采用0.35%。对错： 是郑经理对？ 还是林经理对？ 如果是某 一位经理不对，那么他错在那里？,收缩Shrinkage,发表的收缩率，是以3.175mm (1/8吋)的壁厚为准。The published mold shrinkage data is based on a molded part with a 3.175mm (1/8 inch) wall thickness.,收缩Shrinkage
6、,冷却不均Differential Cooling,收缩不均Differential Shrinkage,取向效应Orientation Effects,找出残余应力的主要原因Find the Major Cause of Residual Stress,C. Hsu: 型腔表面方向不同区域的收缩不均。,C. Hsu: 流向和垂直流向的收缩不均。,C. Hsu: 型腔厚度方向不同分层的收缩与中心面不对称。,如果主要原因是If the Major Cause is,检查浇注系统为首 Check the filling system, firstly： 熔胶流动是否平衡? Is the melt
7、flow balanced ?流长/壁厚比是否太大? Is the flow length/thickness ratio too large ?型腔厚度差异是否太大? Is the cavity thickness variation too big ?检查冷却系统为次 Check the cooling system, secondly：同侧(动模侧或定模侧)的冷却是否均衡?Is the cooling on the same side (core side or cavity side) even ?,收缩不均Differential Shrinkage,C. Hsu: 型腔表面方向不同
8、区域的收缩不均。,如果主要原因是If the Major Cause is,检查冷却系统 Check the cooling system：型腔厚度方向(或动定模之间)的冷却是否均衡?Is the cooling, along the cavity thickness direction (or between the core and cavity sides), even ?,如果主要原因是If the Major Cause is,检查浇注系统 Check the filling system：熔胶是否是单一方向流? Is the melt flow uni-directional ?熔
9、胶前沿在型腔中是否以常速推进？ Does the melt front advance, in the cavity, at a constant speed ?,后机筒改善分析报告,塑料信息,公称壁厚: 3mm注塑原料: PA6-GF30原料信息: manufacture: KINGFA trade name: PA6-G30 N-103 Mold surface temperature: 90C Melt temperature: 280C Maximum shear stress: 0.5MPa Maximum shear rate: 60,000 1/s,Viscosity,PvT,原
10、始分析方案,采用两板模、侧进胶(如图所示),由图可知，熔胶前沿并没有同时到达产品底面，流动不平衡。,FillTime,熔胶流动是否平衡?Is the melt flow balanced ?,Deflection，all effects：Deflection,产品的整体变形量为：0.6093mm0.1709mm (变形放大10倍后的效果图),产品底面红圈处外胀，会在产品装配时出现松动现象。 这与实际情况一致。,A,B,A点外胀大约0.08mm；B点外胀大约0. 09mm。,Deflection, all effects : Z component,Z方向变形量:0.3621mm-0.3549m
11、m(变形放大10倍后效果图),改进方案一,在产品内部增加筋位以改善熔胶的流动(右图所示) ，如左图所示，在相关部位增加壁厚，降低流阻，使得两侧熔胶流动平衡。,Fill time: 1.252s,由充填效果图可知，在经过产品壁厚调整后，塑流流动较为平衡，熔胶前沿比较同时地到达底部开口缘。,Fill Time,产品的整体变形量为：0.5279mm0.1849mm (变形放大10倍后的效果图),由产品整体变形图可知，产品底面整体内缩，使得其与原方案相比有所改善。,Deflection，all effects：Deflection,A,B,由分析结果可知，A点内缩大约0.12mm，B点内缩大约0.13
12、mm。(原始设计：A点外胀大约0.08mm；B点外胀大约0. 09mm。),Z方向变形量：0.3001mm-0.3102mm (变形放大10倍后效果图),Deflection, all effects : Z component,在产品图示位置增加溢流井，以达到充填平衡的目的。,改进方案二,Fill time：1.160s,由充填效果图可知，在增加溢流井后，达到了充填平衡的目的。,Fill Time,产品的整体变形量为：0.7048mm0.1763mm (变形放大10倍后的效果图),由产品整体变形图可知，产品底面整体内缩，使得其与原方案相比有所改善。 最大变形处发生在溢流井的位置，如图所示。,
13、Deflection，all effects：Deflection,A,B,由分析结果可知，A点内缩大约0.10mm ，B点内缩大约0.08mm。 (原始设计：A点外胀大约0.08mm；B点外胀大约0. 09mm。),Z方向变形量: 0.3361mm-0.3261mm(变形放大10倍后效果图),Deflection, all effects : Z component,设计变更后，流动较为平衡，使得产品侧壁由外胀变为内缩，变形有了明显的改善。 建议尝试。,比较,后机筒,后机筒，PA6-GF30， 变形，2008. 7. 22.,由前一个案例可以得到一个概念：模具型腔关键尺寸能够加工到加减几个(
14、百万分之一米)不一定算得上精密模具，因为成型脱模后的塑料件的关键尺寸在定型后有可能变成加减几个mm(千分之一米)。 所以：塑料注射成型模具要达到精密的要求，要点在于如何控制塑料的收缩和变形。,精密塑料注射成型模具的要点,电剪刀齿轮, PA6-GF30, 一出四模,大的齿顶圆真圆度(最大直径-最小直径)： 型腔18丝; 成型品15丝,转动时震动, 发噪音, 2009. 4. 13.,电剪刀齿轮, PA6-GF30, 一出四, 大的齿顶圆真圆度(最大直径-最小直径)： 型腔18丝; 成型品15丝, 转动时震动, 发噪音, 2009. 4. 13.,电剪刀齿轮, PA6-GF30,一出四模,大的齿顶
15、圆真圆度(最大直径-最小直径)： 型腔18丝; 成型品15丝,转动时震动,发噪音, 2009. 4. 13.,电剪刀齿轮, PA6-GF30,一出四模,大的齿顶圆真圆度(最大直径-最小直径)： 型腔18丝;成型品15丝,转动时震动, 发噪音, 2009. 4. 13.,C. Hsu : 1. 浇口大小不一、2. 浇口位置未优化、3. 流动不平衡。 将来浇口位置和直径优化后, 应明示浇口直径公差和浇口位置公差。,流动平衡 Flow Balance,就单型腔而言，流动平衡意味着熔胶前沿于同一时间抵达型腔各末端；就多型腔而言，流动平衡意味着熔胶前沿于同一时间抵达各型腔末端。 同一型腔的浇口数目相同时
16、，流动平衡的浇口设计所须的射压与锁模力最低。流动平衡的设计，熔胶的压力、温度以及体积收缩率分布均匀，质量均一。流动平衡是注塑产品和模具设计最重要的原则之一。,几何平衡与流变平衡是达到充填平衡的必要条件。高速注射时，熔胶速率较大，流道的外围的剪切速率较大，摩擦生热较多，熔胶温度较高而黏度较低。,兼顾几何平衡(geometric balance)与流变平衡 (rheological balance),见下图，当熔胶进入次分流道2x (1+2+3)时，2支1号次分流道获得较多外围的热熔胶，2支3号次分流道获得较多中央的冷熔胶。 热熔胶流淂快而多，冷熔胶流得慢而少，最终会导致靠近分流道内侧的型腔先充填满。,
