注塑制件內(nèi)應力影響因素分析

王新艷

摘 要：文章詳細對注塑制件內(nèi)應力的產(chǎn)生因素進行了分析，并針對其不同的影響因素提出了針對性的解決措施，從實踐中證實熱處理對于消除或降低注塑制件內(nèi)應力的有效性，通過該種方式有效穩(wěn)定熱塑制件內(nèi)部結構，從而保證熱塑制件結構質(zhì)量。

關鍵詞：注塑制件；內(nèi)應力；因素；成型工藝；熱處理

塑料的加工成型特點優(yōu)良，因而在加工行業(yè)得到了廣泛的使用，其最主要的優(yōu)勢在于比強度高、電性能好、質(zhì)量相對較強，且相比其他材料塑料耐磨性良好，能夠消音減震，最重要的是加工方便。但是注塑制件仍舊存在一個無法避免的缺陷——內(nèi)應力。熱塑制件會因為內(nèi)應力而出現(xiàn)翹曲變形現(xiàn)象，嚴重者會導致制件開裂，另外還會對制件的光學、電學、物理學等性能造成影響，表觀質(zhì)量也同樣會受到內(nèi)應力的影響。所以尋找對熱塑制件內(nèi)應力影響因素，從而針對性的提出解決措施，是保證熱塑制件質(zhì)量的重要前提，通過有效措施使得熱塑制件內(nèi)應力能夠均勻分布。尤其在使用熱塑制件時環(huán)境惡劣，例如需要直接接觸高熱、有機溶劑以及其他腐蝕性介質(zhì)時，降低內(nèi)應力可以保證熱塑制件結構的穩(wěn)定性。

1 影響因素分析

影響注塑制件內(nèi)應力大小的因素有很多，具體分析包括以下幾點。

1.1 造型設計

1.1.1 圓角。注塑制件其表面相交之處應當采用圓弧進行過度，而其使用上則要求使用尖角。這是因為注塑制件在注塑過程中截面、形狀發(fā)生變化的過程中在尖角的位置容易產(chǎn)生極大的應力，并始終無法消除，一旦受到外界的沖擊以及超出其能夠承受的荷載時就會生生破裂，有些在脫膜過程中就會由于其內(nèi)應力而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，特別在內(nèi)角位置。該類問題可以通過尖角改圓角的方式予以消除，采用0.5mm圓角就能夠改善應力集中現(xiàn)象消除內(nèi)應力的產(chǎn)生，從而改善制件的結構特性，避免由于沖擊造成材料不滿模腔或形成波紋等問題。將注塑制件過度位置設計成圓角，那么模型內(nèi)部也呈圓角，因而磨具也同樣具有堅固特性。由于制件圓角對應模型圓角，因而在熱塑過程中不會造成應力過于幾種，不但提高了制件的質(zhì)量，還提升了模具的使用壽命。但是在制件的一些特殊部位不適宜設計成圓角，而只能使用尖角。應力的集中不僅僅在表面尖角，還會集中在尖銳的螺紋牙部位，此類問題可以使用倒圓角螺紋進行改善，從而避免應力過多的集中在螺紋處。

1.1.2 壁厚。在進行熱塑件結構設計過程中必須考慮制件的壁厚，一旦設計不合理，采用了不恰當?shù)谋诤瘢敲礋崴苤萍銜嬖诤芏嗳毕?。樹脂充模特型能夠通過壁厚的增加予以改善，并且通過壁厚的增加還能夠有效降低形變、取向應力等。之間的強度以及收縮性也能有效增加。但是壁厚增加同樣會帶來一些弊端，例如收縮加大、生產(chǎn)效率降低，而耗材以及保壓冷卻時間卻增加。若之間收縮應力加大，其表面就容易出現(xiàn)收縮孔以及氣泡，影響外觀的同時還降低了之間的強度。但是如果之間壁厚過薄，則容易在脫模過程中出現(xiàn)破裂，不利于充模流動，從而導致充填不足，嚴重影響制件的強度質(zhì)量。另外，依照充模的結構特性，每種之間都有最小壁厚，因此壁厚的確定需要根據(jù)其強度要求，盡量的減少壁厚，從而節(jié)省材料、降低成本，達到最佳的質(zhì)量要求。另外均勻一致是是設計壁厚時必須遵循的原則，若壁厚不一直，則會導致收縮盈利的增加引起之間的形變扭曲以及翹曲。但是如果必須存在壁厚差距大的情況，那么應當逐漸的進行過渡，從而避免界面出現(xiàn)突變的現(xiàn)象。

1.1.3 金屬嵌件。注塑制件以及金屬嵌件在冷卻過程中尺寸變化即收縮率相差較大，因此在嵌件外圍會出現(xiàn)較大的內(nèi)應力，注塑制件就會出現(xiàn)開裂等問題，這種現(xiàn)象在一些工程塑料中較易出現(xiàn)，這是由于塑料剛性較高所致。針對一些流動性較大以及彈性較大的塑料嵌件，其內(nèi)應力則較低。嵌件四周內(nèi)應力的降低可以通過選擇適宜的金屬予以降低，若金屬的線脹系數(shù)同塑料相近，且嵌件周圍厚度足夠，嵌件不存在銳邊以及尖角。在注塑過程中對金屬嵌件進行加溫預熱使之同物料相接近，以此進一步降低金屬同注塑物料的收縮應力。但是一些塑料內(nèi)應力無法消除，那么可以在嵌件同注塑物料之間添加彈性體以此保證退火后內(nèi)應力的有效降低。并且在注塑完成后可以通過對嵌件的調(diào)節(jié)以此降低內(nèi)應力值，避免制件的破裂。

1.2 注塑機選用

注塑機選用不當，也會產(chǎn)生內(nèi)應力。那種認為使用大容量注塑機成型小模具中的制件會減小內(nèi)應力的說法是不正確的，有時會因為壓力過高、噴嘴結構不合適造成較大的內(nèi)應力。

1.3 模具的設計

內(nèi)應力會受到制件結構的影響，而之間結構則受到模具澆注系統(tǒng)以及定出機構的影響。

1.3.1 澆注系統(tǒng)。不合理的模具澆注系統(tǒng)一般包括流道狹窄、主流道過長以及澆口不適宜等，這些問題都會導致內(nèi)應力的增加。

1.3.2 頂出機構。不合理的頂出機構會導致脫模時用力不均，或在型芯表面形成過大脫模力，這些都會影響構件內(nèi)應力的大小，致使制件表面出現(xiàn)開裂以及龜裂等現(xiàn)象。

1.4 機械加工

熱塑性塑料注塑件，除為切除大澆口冷凝料需進行鋸、車和銑等機械加工外，當制件尺寸精度和形位公差要求很高而無法通過模具設計與調(diào)整工藝條件得到保證，或注塑制件上有難以一次成型的形狀（如小而深的孔和螺紋等）時，成型之后也需要進行機械加工。對于易產(chǎn)生內(nèi)應力的注塑制件應進行熱處理。

1.5 成型工藝

成型工藝特點不同，因而在進行制件的注塑過程中內(nèi)應力是無法避免的，但是通過改變成型工藝可以有效的避免內(nèi)應力的出現(xiàn)，保證注塑件能夠正常使用。反之，若工藝控制不當，那么就會導致內(nèi)應力增加，降低制件強度，使得制件出現(xiàn)翹曲以及開裂現(xiàn)象。

2 消除措施

在注射成型或機械加工之后及時對注塑制件進行熱處理，是降低或消除其內(nèi)應力，使其內(nèi)部結構加速達到穩(wěn)定狀態(tài)的一個有效措施。對于要求強度高、尺寸穩(wěn)定性好的工程塑料制件，在加工過程中往往要進行不只一次的熱處理。熱處理的方法是在加熱介質(zhì)中先將溫度從室溫升到一定溫度（這個溫度常稱為熱處理溫度或退火溫度），使制件在此溫度下保持一定的時間，然后緩慢地冷卻到室溫。影響熱處理效果最重要的工藝因素是熱處理溫度和熱處理時間。在理論上熱處理溫度越高、熱處理時間越長，制件的內(nèi)應力就能在更大程度上被消除，其內(nèi)部結構也就愈趨于穩(wěn)定。但實際操作時溫度卻不能太高，溫度過高容易引起制件在熱處理過程中翹曲變形。一般認為，熱塑性塑料注塑制件的熱處理溫度以低于熱變形溫度5～10攝氏度為宜。熱處理時間則主要與塑料的性質(zhì)與制件壁厚有關，高聚物大分子鏈的剛性愈大，制件的壁愈厚，需要進行熱處理的時間就愈長。

正確選用加熱介質(zhì)對達到滿意的熱處理效果也很重要。用空氣作為加熱介質(zhì)，有操作簡便和處理后不需要清洗等優(yōu)點。但空氣熱傳導效率低，制件不容易加熱均勻，并且還容易引起尼龍類和聚甲醛等塑料氧化變色。高沸點油作為熱處理介質(zhì)有傳熱快、制件加熱均勻等優(yōu)點，但操作比較麻煩，而且處理后的制件上存留的油斑有時很難除去。吸水性強的尼龍類塑料制件用水或乙酸鉀的水溶液（沸點可達121℃）作熱處理介質(zhì)比較好。用這種介質(zhì)既有利于防止制件在熱處理過程中氧化變色，又能使其加速達到吸濕平衡。

通過熱處理雖然無法直接使得熱塑制件質(zhì)量達到理想效果，只能是加工過程中一項有效的輔助工序，使用熱處理完全消除應力開裂是不可能的。想要完全預防消除應力裂縫需要從多方面綜合考慮熱塑制件內(nèi)應力分布影響因素，并針對性的提出有效措施，同熱處理方法共同維持熱塑制件結構穩(wěn)定，從而達到防治應力裂縫的效果。

參考文獻

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