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1、變形（翹曲）發生的原因,所有變形都是因為產品內部收縮差異產生的。 如果沒有收縮率的差異相同形狀縮小就不會發生變形。 這里從塑膠特性說明變形的原因（收縮率不同的產生原因）及變形的趨勢。,變形發生原因,模具溫度,降低模具溫度會抑制結晶化的程度收縮率變小。這里就模具溫度對收縮的影響程度進行說明。,塑膠溫度,降低塑膠溫度會抑制結晶化的程度收縮率變小。這里就塑膠溫度對收縮率的影響程度進行說明。,模具內部 的散熱,模具溫度即使一定有散熱的分布也有收縮率的分布。就這個進行說明。,1. 熱的因子,熱的因子模具溫度,模具溫度低時塑膠快速冷卻抑制結晶化的程度收縮率變小。下頁的說明的是POM在模具溫度變化時收縮率變
2、化程度的曲線圖。不同的肉厚對收縮率的影響程度不同這里就平均為26mm的肉厚進行說明。（厚度大時收縮率受模具溫度的影響小。）每10 收縮率的變化為0.051%。 收縮率受模具溫度的影響時因為塑膠與模具接觸散熱迅速抑制了結晶化的程度減小收縮。相反如果慢慢冷卻結晶充分收縮率酒會變大。,熱的因子模具溫度,快速冷卻和慢慢冷卻影響結晶化程度引起塑膠的收縮率的變化。熱從塑膠擴散到模具所以是從與模具接觸的外側開始冷卻的。肉厚時中心部分的冷卻需要較長的時間所以結晶充分收縮率 變大。,熱的因子模具溫度,下頁圖表說明的是POM ( DURACON M90)的肉厚和收縮率的關系肉厚增大收縮率變大。 這是因為前面所說的
3、肉厚增加成形品中心的冷卻慢結晶充分。肉厚增加1mm收縮率大概增大0.2%。,熱的因子模具溫度,熱的因子模具溫度,塑膠溫度底時會抑制結晶化程度，收縮率變小。 右曲線圖說明POM (DURACON)隨溫度變化，收縮率的變化情況。 由圖可知每10 收縮率變化0.08%。一般來說塑膠溫度的影響小於模具的影響。從通常使用塑膠溫度的下限（190 ），到塑膠溫度的上限（200 ）變化，收縮率變化為0.15，對應的模具 溫度從通常模具溫度的下限（40 ），到模具 溫度上限（190 ）變化，收縮率的變化為0.3。但是在流動的末端、薄肉部分，當塑膠溫度降低時，由於壓力損失大，有收縮率變大的情況。,熱的因子塑膠溫度
4、,熱的因子 模具內部的散熱,一般，無充填材料（沒有充填玻璃纖維的非強化等級）時，盒、L字形狀的內收，主要原因是由於模具溫度差。但實際上調節模具溫度，就會發現引起變形的因素有很多。 還有，鋁制模具和常用的炭素鋼模具，用相同的模具溫度，收縮率也會不同發。這是由於產品的散熱差異，不同的鋼材散熱速度不同。,熱的因子 模具內部的散熱,盒狀、L形狀的角，內側散熱角度為90度，外層散熱角度為270度。 所以外側散熱快，盒狀、L形狀外側冷的快。內側冷卻慢，結晶較充分，收縮率大。相對外側冷的較快，收縮率小。結果是內縮變形。,鋁材模具和常用的炭素鋼模具，由於鋼材不同，散熱系數不同，即使是相同的溫度，冷卻速度也不一
5、樣，表現出來就是收縮率不一樣。試驗用模具價格低、交期短，用鋁材制作，量產用模具用炭素鋼制作，所以尺寸不一致的事例頻繁發生。,熱的因子 模具內部的散熱,1.壓力因子,壓力因子保壓力,增加保壓力收縮率減小。右圖是POM (DURACON)保壓力變化時收縮率變化的曲線圖。大概每10MPa收縮率變化為0.1%。,壓力因子流動距離和壓力損失,塑膠是粘彈性體流動距離增加壓力損失增加。 還有流動距離增加模具吸收熱量塑膠溫度降低塑膠彈性上升產生更多壓力損失。下面說明流動距離和壓力損失的的關系。,壓力因子流動距離和壓力損失,在澆口側中央反澆口側3個地方插入壓力感應裝置測定型腔內的實際壓力。（材料POMDURAC
6、ON) 。下頁是型腔內壓力的曲線圖縱軸為100MPa橫軸為10sec。 澆口側及中央的峰值壓力比反澆口側稍微高一些。 壓力降低時間（固化壓力消失的時間）澆口長中央及反澆口側的壓力降低時間逐漸變短。可以看出流動距離增加發生壓力損失型腔內實際壓力時間的差異。,100Mpa,10sec,壓力因子流動距離和壓力損失,壓力因子流動距離和壓力損失,根據上述澆口側和反澆口側不僅僅有峰值壓力的差異還有壓力降低時間（固化壓力消失的時間）的變化。 于是調查了對收縮率的影響程度。 下頁說明的是流動距離（壓力感應裝置）和收縮率關系的曲線圖。澆口側的收縮率最小到中央的差為0.2%,再到反澆口側的差為0.05%。 從這個
7、結果可以知道流動距離和收縮率的關系不是直線變化的。根據這個結果和上面的型腔內壓力曲線圖可以預測收縮率不僅受流動距離峰值壓力的影響還受毅力降低時間（壓力感應裝置）的影響。,壓力因子流動距離和壓力損失,壓力因子肉厚和壓力損失,通常肉厚的話收縮率就大。這是由于塑膠與模具接觸散熱時肉厚冷卻慢結晶充分收縮率大。,右圖是POM (DURACON M90)產品的肉厚與收縮率的關系曲線圖。 肉厚增加收縮率變大。 這是由于肉厚增加冷卻慢結晶充分。 相反肉薄時冷卻快收縮率就小。但也有當肉薄時發生壓力損失收縮率變大的例子。,下頁是到1995為止在POM射出成形目錄里記載的成形品肉厚和收縮率關系的曲線圖。38mm的范
8、圍時與上表一樣越薄收縮率越小。但是在13mm的范圍時越薄收縮率越大的趨勢。 這是肉厚太薄時壓力損失的情況。下頁的實驗中射出速度不變流動距離為120mm或更長時表現出這樣的趨勢。提高射出速度這樣的趨勢酒會改變。通常的成形不能表現出這樣的狀況。當設定為低速射出時就會出現這樣的趨勢請注意充填狀況 。,壓力因子肉厚和壓力損失,壓力因子肉厚和壓力損失,3.配向因子,配向因子 流動方向和直角方向,充填玻璃纖維的強化等級的LCP（ VECTRA ）等，流動方向和直角方向的收縮率不同，一般流動方向的收縮率小。 右圖是PBT（DURANEX）玻璃纖維含量和收縮率的關系的曲線圖。非強化等級的2000，流動方向和收
9、縮率沒有差異。含15%的3105玻璃纖維的收縮率差為0.7%，這個差值與玻璃纖維含量45%的3405是一樣的。 充填15%的玻璃纖維就能抑制收縮率，對流動方向的抑制明顯。,玻璃纖維含量,配向因子 流動方向和直角方向,流動距離延長，配向趨向與同向排列。 為了說明這個趨勢，使用分子配向計量測LCP(VECTRA) 的配向。試驗片為80mm的方板，肉厚1mm、 材料：含30%的玻璃纖維的E130i。 如右圖量測9個紅色圓圈內的平均配向。下頁結果，橢圓的突出方向表示根子配向的直角方向，箭頭方向標表示分子配向方向。 （整圓表示無分子配向）,澆口,配向因子流動距離和配向,分子配向從澆口扇形展開中央也有一點
10、點扇形的趨向。（如圖上下展開配向）。 反澆口側配向排列一致可以看出當繼續流動配向趨于一致。這時成形品的尺寸見下頁說明。,澆口,配向因子流動距離和配向,流動末端的6080mm的范圍由于端效應玻璃纖維為流動直角方向配向表現為尺寸變大。 在060mm的范圍流動直角方向的尺寸有直線減小的趨勢。 這與澆口附件為扇形配向隨著流動繼續配向逐漸一致的結論是一致的。 這個曲線圖包含了流動距離增加壓力損失的影響。LCP（ VECTRA ）的收縮率熟壓力的影響不大配向受影響也不大。,配向因子端效應,當剪切應力高流動距離長時分子配向玻璃纖維等填充物的配向表現明顯。空配向方向和配向直角方向的收縮有差異。 這個差異就是變
11、形頻繁產生的原因。填充玻璃纖維等翼向性材料的強化系列塑膠，一般情況下流動末端的配向與結合線處一樣，不是朝向流動方向的，而是垂直於流動方向或肉厚方向。 這種情況就叫“端效應”。 產生端效應處，收縮小，凸起變形。這裡說明凸起的程度和變形的形狀。,配向因子流動距離和配向,在下頁用LCP（ VECTRA E130i ）（玻璃纖維30%）說明平板的流動直角方向與成形品澆口距離的關系。橫軸為澆口距離，曲線圖左端為側澆口起點，右端為流動末端（保壓力是3水準）。澆口側尺寸最大。流動距離增加，尺寸變小。 在流動距離50mm附近，差不多水平，再約10mm，開始上翹趨勢。這是由於隨著流動距離的增加，配向由澆口處擴散
12、到趨於一致，在50mm時配向一致，尺寸曲線為水平。右端（流動末端）上翹是由於端效應，玻璃纖維不是流動方向配向，產生較大收縮。,配向因子流動距離和配向,配向因子端效應 成形品尺寸,配向因子流動距離和配向,【玻璃纖維配向】,配向因子流動距離和配向,右圖是保壓力變動時的測定結果，以作參考。 保壓力變化，尺寸變化不大。但流動距離增加尺寸直線變小，主要是因為隨著流動繼續，配向趨向一致。,配向因子肉厚、射出速度和配向,配向是由於與模具壁的剪切應力產生的，肉厚薄、射出速度快時，配向明顯。 為了了解配向，成形品（如圖）用鑽石刀切斷，研磨後，顯微鏡觀察纖維配向。試驗片是0.1mm和0.3mm、0.1mm，射出速
13、度在2水準變動。 材料是VECTRA E130i。 當高速射出時，可以看出玻璃纖維的配向為流動方向。當肉厚時靠近模具壁的配向與流動方向一致。比厚度中央的排向好。 配向的方向性，不能用流動參數一概說明，肉厚、射出速度、流動距離都有影響。,【製品概略、撮影箇所】,配向因子肉厚、射出速度和配向,配向因子字變形,【成形品概略図】,配向因子字變形,配向可視化實驗用充填0.5wt%的23的玻璃纖維的PMMA。 測定成形收縮率及變形量使用的是DURACONGH-25D（玻璃纖維25wt%）。右圖S形成形型腔的模具組入了玻璃模塊。 為了保護玻璃模塊實驗時流動末端沒有充填滿。 在型腔的的后方照明用高速攝像機纖維
14、的影像。 拍攝出的玻璃纖維用XY coordinator在顯示屏上標示成形收縮率用萬能投影機測定型腔立雕刻的標記和成形品的標記間的距離計算。,后照明方式的玻璃模塊模具,配向因子字變形,【實驗結果】,配向因子字變形,下頁表示的是ac3處在玻璃纖維流過時的速度。直角外側充填后流動立即停止中央部分流動速度漸漸變小。 內側流動速度立即增大其增加分量與外側和中央的減小分量完全相同。 還有在射出完成后的2.0s內內側的的流動沒有停止確認繼續在流動。 從這個可以推測內側(a)具有高速并且流動時間長配向好外側(b)配向混亂。 這和一致以來認為的內收的原因是拐角外側配向好完全相反。,流動速度,配向因子字變形,配
15、向因子字變形,配向因子字變形,配向因子字變形,圖2用面區域圖說明配向角度。,實驗結果3.收縮率分布,収縮率分布 測定結果,配向因子字變形,下圖表示的是收縮率的測定位置和計算結果。 拐角內側在流動方向形成了配向好的流動層所以在流動方向的收縮率比外側好。另一方面流動直角方向的收縮率很大（紅色字2.03%）。流動方向的收縮率為0.370.49%而流動直角方向的收縮率為2.03%,這是L字內收發生的原因。,總結,最后請大家理解做了十來年成形品的變形（含翹曲）的改善我認為不是所有的變形的原因都是一樣的。從Mold Flow公司到很多的企業還有Polypolastics材料制造廠家都被變形翹曲困擾著。根據我的經驗,Card系列產品必然會發生翹曲的 在模具設計審查時務必要充分考慮翹曲。,根據前面的分析變形的主要因素是收縮率的差異。,
