根據(jù)塑料中樹脂的分子結(jié)構(gòu),塑料可分為兩類:結(jié)晶塑料和無定形塑料。結(jié)晶塑料和非結(jié)晶塑料的主要區(qū)別在于樹脂分子是否能從熔融狀態(tài)到冷凝狀態(tài)形成一定程度的規(guī)則排列。如果能形成一定程度的規(guī)則排列,則稱之為結(jié)晶型,否則稱之為無定形型。
結(jié)晶塑料和非結(jié)晶塑料不僅在機(jī)械性能上有顯著差異,而且當(dāng)從粘性狀態(tài)變?yōu)椴A顟B(tài)時(shí),收縮率也有很大差異。結(jié)晶塑料的收縮率通常是非結(jié)晶塑料的210倍。
同時(shí),對于結(jié)晶塑料,如果冷卻過程中各部件的冷卻速度不同,產(chǎn)品中各部件的結(jié)晶度也會不同,結(jié)晶度的差異會在產(chǎn)品中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,從而導(dǎo)致產(chǎn)品變形甚至開裂。因此,對于結(jié)晶塑料,模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)是與產(chǎn)品變形程度相關(guān)的一個(gè)重要方面。
除了樹脂之外,通常在原料中加入一些填料,以改善塑料的機(jī)械、電氣、光學(xué)和熱性能。由于注射成型過程中的剪切流動,這些填料將形成分子取向。利用Moldflow軟件對給定的纖維取向分布進(jìn)行分析。取向會使產(chǎn)品在不同方向的收縮率有明顯的差異。例如,對于30玻璃纖維增強(qiáng)的PA66,其收縮率在流動方向上為0.4,在垂直于流動方向的方向上為1.1。不同方向的收縮差異會導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部應(yīng)力。因此,對于玻璃纖維增強(qiáng)塑料制品,填料的不均勻取向往往是變形的主要原因。在生產(chǎn)實(shí)踐中,為了改善或消除產(chǎn)品的變形,人們通常采取改變澆口位置和調(diào)整注射速度等措施。
可以看出,影響注塑產(chǎn)品變形的主要因素有五個(gè),即:成型原料、成型方法、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和注塑工藝條件。
成型原料對產(chǎn)品變形的影響主要是指原料中樹脂的分子結(jié)構(gòu)和填料的種類。
目前,在傳統(tǒng)注射成型的基礎(chǔ)上,發(fā)展了多種成型方法,如超高速注射成型和氣體輔助成型。
特別是,氣體輔助成形的應(yīng)用已經(jīng)逐漸從簡單形狀的產(chǎn)品如手柄和扶手過渡到復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn),如家用電器、音響、汽車、辦公用品和玩具。越來越多的產(chǎn)品通過氣體輔助成形生產(chǎn),它們的形狀變得越來越復(fù)雜。
氣輔成型突破了傳統(tǒng)注射成型的技術(shù)局限,是傳統(tǒng)注射成型技術(shù)的創(chuàng)新。它不僅具有節(jié)約塑料原料、消除產(chǎn)品表面收縮痕跡、縮短成型周期、簡化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、降低模具成本等優(yōu)點(diǎn)。還可以降低注射壓力,從而降低模具中的壓力差,從而降低內(nèi)應(yīng)力和產(chǎn)品變形。汽車零件保險(xiǎn)杠采用傳統(tǒng)注塑成型時(shí),板材表面變形嚴(yán)重,呈不規(guī)則的S形。氣體輔助成形后,整個(gè)零件不變形,薄板表面為光滑的弧形。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)對變形的影響主要集中在產(chǎn)品壁厚、壁厚均勻性、產(chǎn)品形狀和結(jié)構(gòu)剛度方面。
產(chǎn)品壁厚對變形的影響通常因塑料類型而異。對于無定形塑料,太薄的壁厚通常會導(dǎo)致嚴(yán)重的取向。
因此,為了減少這種塑料產(chǎn)品的變形,通常需要在設(shè)計(jì)過程中適當(dāng)增加壁厚,以減少由分子取向引起的不利影響,同時(shí),適當(dāng)增加壁厚也在一定程度上增加了產(chǎn)品的剛性,從而減少了產(chǎn)品的變形。
對于結(jié)晶塑料產(chǎn)品,在設(shè)計(jì)過程中減少變形的措施通常是減少壁厚和提高壁厚的均勻性。壁厚減小的原因是結(jié)晶塑料有很大的收縮率。減少壁厚可以減少產(chǎn)品的體積收縮??梢钥闯觯允褂肕oldflow軟件來分析和改善壁厚的均勻性,是因?yàn)槿绻诤癫痪鶆?,薄壁和厚壁的結(jié)晶度是不同的,不同零件的結(jié)晶度不同,使得不同零件的收縮率不同,從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致產(chǎn)品變形。
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