基于變形補償法研究汽車薄壁塑件的翹曲變形研究

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（甘肅機電職業(yè)技術學院，甘肅 天水 741001）

翹曲變形一直是汽車薄殼常見的缺陷之一，不同材料和形狀的注塑件的翹曲變形有誤差性，翹曲的出現會影響注塑件的形狀、密度和表面質量，會引起不可避免的缺陷，是難以完全消除的問題，后期主要做到優(yōu)化塑料零件的結構、模具形態(tài)，以及成型工藝優(yōu)化，以減少翹曲變形。本文以某汽車薄壁塑件為例，論述合理設置注塑件的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和工藝參數。

1 翹曲變形原理及分析

1.1 翹曲變形的介紹

日益激烈的市場競爭對制造業(yè)的精度要求越來越高。對于翹曲變形問題，主要是考慮翹曲變形的模擬精度，研究補償工業(yè)實踐中它的誤差，調整過程參數的范圍來減少誤差，若缺陷較嚴重，可采用模具補償法或修改產品，以確保精度。模具工藝參數補償方法對翹曲變形問題具有重要的指導意義。

1.2 造成注塑翹曲變形的因素分析

在注射成型時，產品存在收縮，會導致薄壁塑件的形狀與模具中型腔的形狀不同，原定的尺寸會有誤差，影響產品的使用效果和觀感。對于薄壁塑件而言，翹曲變形是由多種因素引起的，受模具結構、加工精度、強度以及表面粗糙度都會對翹曲變形產生影響。對于力學、塑件的物理性而言，還要考慮結構參數、抗拉強度、抗彎強度、沖擊韌性、表面電阻率、最低成型溫度、最高成型溫度等。

2 導致翹曲變形影響

2.1 殘余熱量對薄壁塑件翹曲變形的影響

在成形過程中，熔體會發(fā)生不均勻收縮，從力學角度影響并導致翹曲變形。在注塑冷卻階段，在溫度大于玻璃化轉變溫度時，為黏彈性流體，伴隨著應力松弛，在溫度小于玻璃化轉變溫度時，會變成固體。薄壁塑件由液體向固體的轉變，其中殘余熱對變形影響很大。

2.2 冷卻階段還有充模對翹曲變形的影響

薄壁塑件在注射壓力下，在冷卻和凝固過程中的兩種狀態(tài)是成型的關鍵因素。不同的溫度狀態(tài)會影響塑體的收縮程度，塑體之間的溫差會導致不同位置的收縮不均勻，從而影響塑件的生產效率和質量。如果壓力和流量增加，會引起凍結應力，引起翹曲變形。

2.3 脫膜階段對翹曲變形的影響

通常型腔流出的塑件脫模力不平衡，脫模強度大，運動不平穩(wěn)，容易變形。當模具冷卻后，薄壁塑件的應力會以變形的形式失去約束，造成翹曲變形。塑料本體的質量問題無法得到保證，這對脫模有一定的影響。成型后，必須室溫下使用校正器進行維護，能略微防止變形。

3 變形補償法原理及依據

3.1 變形補償法原理、理論依據

為了減少翹曲變形，采用變形補償法對薄壁塑件的翹曲變形進行了重新設計，簡而言之，就是根據數值建模得到的產品變形量或實際成型過程中產品的變形量，對產品進行一定的預變形（逆向變形），達到改變模具工作零件的結構和尺寸目標。增加預變形產品和模具設計可以補償大部分變形，從而達到提高產品精度的目的。

注塑件變形預補償的理論是在尺寸縮小區(qū)域提高一個變形量，在尺寸增加區(qū)域減少一個變形量。通常，注塑件每個零件的翹曲變形量不一致，因此有必要反轉每個零件的翹曲變形，并將其附著到初始零件上。當然，變形的增加或減少，在一般情況下，并不能完全補償翹曲變形，還會有一些偏差。

3.2 影響變形補償法實施因素

從理論上講，采用變形補償重新設計薄壁塑件，然后，根據重新設計的薄壁塑件塑件設計注塑模具，可以修正翹曲變形對尺寸精度的影響。但實際上，數值模擬軟件中存在一些誤差，尤其是翹曲變形與注射模的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和工藝參數息息相關，因此，在變形補償法試驗中，應考慮影響翹曲變形的不利因素。

4 防止成型收縮率的誤差

4.1 注塑壓力改變收縮率

收縮率會隨注射壓力的變化而變化，要使單腔模具內的腔壓盡可能一致，對于多型腔模具，型腔彼此之間的膜腔壓力差別要小，但是，對于單型腔多交口，或者是多型腔多澆口的情況下，就必須以相同的注塑壓力注射，這樣就可以使型腔的壓力一致。要保持腔體壓力的平衡，首先，要保持流量的平衡，澆口處的壓力平衡與水流中的流動阻力有關。在精密注射模型腔的設計中，要注意型腔的布置，避免注射壓力改變收縮力。

4.2 熔體溫度和模具溫度對收縮力影響

熔體溫度和模具溫度對成型收縮率影響很大，這會導致產品表面出現缺陷，必須持續(xù)在規(guī)定的溫度范圍內，并確保模具溫度不會隨時間變化，應特別注意溫差冷卻時回路的設計。為了減小每個空腔的溫差，應特別注意溫度的變化，主要有串聯(lián)冷卻和并聯(lián)冷卻兩種方法。因為進到每個回路的冷卻水溫度一樣，所以每個腔體的溫度將一樣。每個回路的熱量不一樣，每個回路的冷卻能力也不一樣，會造成腔體的溫度不同。冷卻水入口與出口之間的溫差隨熱量有所差異，對于汽車塑料件小型精密注塑模具的成本而言，使用串聯(lián)冷卻回路比較恰當。在冷卻回路的設計中，腔體和芯體的取熱量不一樣，回路結構的熱阻也不一樣。然后，腔體溫度和堆芯入口溫度將出現誤差。用于一般汽車塑料件的小型注射模芯非常小，有著冷卻水系統(tǒng)使用困難問題。

4.3 保持模具的精度

為了使注射壓力和模具精度提高，在進行模具結構設計時，需要顧及研磨和拋光型腔零件的實用性，盡管腔體等加工已經達到高精度需求，但在成型過程中，會出現中心偏移，這樣成型的內側還有外側尺寸仍舊無法滿足設計標準的需求，為了讓模具表面型腔的標準尺寸準確，除了常規(guī)模具中應用的導套設置中心外，還要求使用錐形定位銷等，以確保尺寸的準確性。注塑模具的材料采用具有良好機械性能的合金工具鋼，它具有很強的耐腐蝕性、很強的熱壓性和很強的耐磨性。在模具設計中，對精密注塑模具容易損壞零件，要考慮可修復的可能性，以保證模具修復的準確性。

5 優(yōu)化措施

5.1 構建強化建模

由于穩(wěn)健優(yōu)化模型的強化結果是為變形預補償提供參照，因此，在建模過程中應考慮變形預補償后的尺寸精確度。

5.2 參數的優(yōu)化

一般而言，減輕整個注塑過程中最大翹曲變形的平均值和標準偏差，可以提升大多數注塑零件的尺寸精確度。因此，最大翹曲變形指數仍然是穩(wěn)健強化模型的最終目標函數。由于最大翹曲變形的平均值可以通過注塑件的預變形來消除，因此，穩(wěn)健優(yōu)化模型的目標函數不同于以往穩(wěn)健優(yōu)化模型的目標函數。穩(wěn)健強化后是最優(yōu)化的模具參數及工藝參數，將最優(yōu)化的參數代入Moldflow做分析，得到若干個塑料物性參數取不同值的分析數據。然后，可將初始的網格模型及若干個翹曲結構借由Patout輸出，并可應用高級編程語言對文件中的節(jié)點坐標、變形數據進行算出。

6 結語

隨著各種車型的不斷增多和不斷改進，翹曲變形是注塑成型中最常見的缺陷之一，也是最難完全解決的問題，嚴重的翹曲變形會影響產品的外觀和性能。因此，如何減少薄壁塑件的翹曲變形是塑料生產領域的一項重要任務。通過變形補償方法，根據最佳補償方案進行開模生產，并與實際制件的裝配精度要求進行比較，驗證了該方法的可行性。實踐證明，該方法可以提高開模成功率，節(jié)約成本，提高生產效率。