注塑制件內應力影響因素分析

王新艷

摘 要：文章詳細對注塑制件內應力的產生因素進行了分析，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應力的有效性，通過該種方式有效穩定熱塑制件內部結構，從而保證熱塑制件結構質量。

關鍵詞：注塑制件；內應力；因素；成型工藝；熱處理

塑料的加工成型特點優良，因而在加工行業得到了廣泛的使用，其最主要的優勢在于比強度高、電性能好、質量相對較強，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——內應力。熱塑制件會因為內應力而出現翹曲變形現象，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，表觀質量也同樣會受到內應力的影響。所以尋找對熱塑制件內應力影響因素，從而針對性的提出解決措施，是保證熱塑制件質量的重要前提，通過有效措施使得熱塑制件內應力能夠均勻分布。尤其在使用熱塑制件時環境惡劣，例如需要直接接觸高熱、有機溶劑以及其他腐蝕性介質時，降低內應力可以保證熱塑制件結構的穩定性。

1 影響因素分析

影響注塑制件內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、形狀發生變化的過程中在尖角的位置容易產生極大的應力，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應力而出現開裂現象，特別在內角位置。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象消除內應力的產生，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，采用了不恰當的壁厚，那么熱塑制件便會存在很多缺陷。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其強度要求，盡量的減少壁厚，從而節省材料、降低成本，達到最佳的質量要求。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，從而避免界面出現突變的現象。

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較大的內應力，注塑制件就會出現開裂等問題，這種現象在一些工程塑料中較易出現，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，其內應力則較低。嵌件四周內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應力的有效降低。并且在注塑完成后可以通過對嵌件的調節以此降低內應力值，避免制件的破裂。

1.2 注塑機選用

注塑機選用不當，也會產生內應力。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應力。

1.3 模具的設計

內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以及定出機構的影響。

1.3.1 澆注系統。不合理的模具澆注系統一般包括流道狹窄、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應力的大小，致使制件表面出現開裂以及龜裂等現象。

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。對于易產生內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應力的出現，保證注塑件能夠正常使用。反之，若工藝控制不當，那么就會導致內應力增加，降低制件強度，使得制件出現翹曲以及開裂現象。

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，是降低或消除其內應力，使其內部結構加速達到穩定狀態的一個有效措施。對于要求強度高、尺寸穩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，制件的內應力就能在更大程度上被消除，其內部結構也就愈趨于穩定。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。

正確選用加熱介質對達到滿意的熱處理效果也很重要。用空氣作為加熱介質，有操作簡便和處理后不需要清洗等優點。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有傳熱快、制件加熱均勻等優點，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℃）作熱處理介質比較好。用這種介質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定，從而達到防治應力裂縫的效果。

參考文獻

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