注塑制件内应力影响因素分析

王新艳

摘 要：文章详细对注塑制件内应力的产生因素进行了分析，并针对其不同的影响因素提出了针对性的解决措施，从实践中证实热处理对于消除或降低注塑制件内应力的有效性，通过该种方式有效稳定热塑制件内部结构，从而保证热塑制件结构质量。

关键词：注塑制件；内应力；因素；成型工艺；热处理

塑料的加工成型特点优良，因而在加工行业得到了广泛的使用，其最主要的优势在于比强度高、电性能好、质量相对较强，且相比其他材料塑料耐磨性良好，能够消音减震，最重要的是加工方便。但是注塑制件仍旧存在一个无法避免的缺陷——内应力。热塑制件会因为内应力而出现翘曲变形现象，严重者会导致制件开裂，另外还会对制件的光学、电学、物理学等性能造成影响，表观质量也同样会受到内应力的影响。所以寻找对热塑制件内应力影响因素，从而针对性的提出解决措施，是保证热塑制件质量的重要前提，通过有效措施使得热塑制件内应力能够均匀分布。尤其在使用热塑制件时环境恶劣，例如需要直接接触高热、有机溶剂以及其他腐蚀性介质时，降低内应力可以保证热塑制件结构的稳定性。

1 影响因素分析

影響注塑制件内应力大小的因素有很多，具体分析包括以下几点。

1.1 造型设计

1.1.1 圆角。注塑制件其表面相交之处应当采用圆弧进行过度，而其使用上则要求使用尖角。这是因为注塑制件在注塑过程中截面、形状发生变化的过程中在尖角的位置容易产生极大的应力，并始终无法消除，一旦受到外界的冲击以及超出其能够承受的荷载时就会生生破裂，有些在脱膜过程中就会由于其内应力而出现开裂现象，特别在内角位置。该类问题可以通过尖角改圆角的方式予以消除，采用0.5mm圆角就能够改善应力集中现象消除内应力的产生，从而改善制件的结构特性，避免由于冲击造成材料不满模腔或形成波纹等问题。将注塑制件过度位置设计成圆角，那么模型内部也呈圆角，因而磨具也同样具有坚固特性。由于制件圆角对应模型圆角，因而在热塑过程中不会造成应力过于几种，不但提高了制件的质量，还提升了模具的使用寿命。但是在制件的一些特殊部位不适宜设计成圆角，而只能使用尖角。应力的集中不仅仅在表面尖角，还会集中在尖锐的螺纹牙部位，此类问题可以使用倒圆角螺纹进行改善，从而避免应力过多的集中在螺纹处。

1.1.2 壁厚。在进行热塑件结构设计过程中必须考虑制件的壁厚，一旦设计不合理，采用了不恰当的壁厚，那么热塑制件便会存在很多缺陷。树脂充模特型能够通过壁厚的增加予以改善，并且通过壁厚的增加还能够有效降低形变、取向应力等。之间的强度以及收缩性也能有效增加。但是壁厚增加同样会带来一些弊端，例如收缩加大、生产效率降低，而耗材以及保压冷却时间却增加。若之间收缩应力加大，其表面就容易出现收缩孔以及气泡，影响外观的同时还降低了之间的强度。但是如果之间壁厚过薄，则容易在脱模过程中出现破裂，不利于充模流动，从而导致充填不足，严重影响制件的强度质量。另外，依照充模的结构特性，每种之间都有最小壁厚，因此壁厚的确定需要根据其强度要求，尽量的减少壁厚，从而节省材料、降低成本，达到最佳的质量要求。另外均匀一致是是设计壁厚时必须遵循的原则，若壁厚不一直，则会导致收缩盈利的增加引起之间的形变扭曲以及翘曲。但是如果必须存在壁厚差距大的情况，那么应当逐渐的进行过渡，从而避免界面出现突变的现象。

1.1.3 金属嵌件。注塑制件以及金属嵌件在冷却过程中尺寸变化即收缩率相差较大，因此在嵌件外围会出现较大的内应力，注塑制件就会出现开裂等问题，这种现象在一些工程塑料中较易出现，这是由于塑料刚性较高所致。针对一些流动性较大以及弹性较大的塑料嵌件，其内应力则较低。嵌件四周内应力的降低可以通过选择适宜的金属予以降低，若金属的线胀系数同塑料相近，且嵌件周围厚度足够，嵌件不存在锐边以及尖角。在注塑过程中对金属嵌件进行加温预热使之同物料相接近，以此进一步降低金属同注塑物料的收缩应力。但是一些塑料内应力无法消除，那么可以在嵌件同注塑物料之间添加弹性体以此保证退火后内应力的有效降低。并且在注塑完成后可以通过对嵌件的调节以此降低内应力值，避免制件的破裂。

1.2 注塑机选用

注塑机选用不当，也会产生内应力。那种认为使用大容量注塑机成型小模具中的制件会减小内应力的说法是不正确的，有时会因为压力过高、喷嘴结构不合适造成较大的内应力。

1.3 模具的设计

内应力会受到制件结构的影响，而之间结构则受到模具浇注系统以及定出机构的影响。

1.3.1 浇注系统。不合理的模具浇注系统一般包括流道狭窄、主流道过长以及浇口不适宜等，这些问题都会导致内应力的增加。

1.3.2 顶出机构。不合理的顶出机构会导致脱模时用力不均，或在型芯表面形成过大脱模力，这些都会影响构件内应力的大小，致使制件表面出现开裂以及龟裂等现象。

1.4 机械加工

热塑性塑料注塑件，除为切除大浇口冷凝料需进行锯、车和铣等机械加工外，当制件尺寸精度和形位公差要求很高而无法通过模具设计与调整工艺条件得到保证，或注塑制件上有难以一次成型的形状（如小而深的孔和螺纹等）时，成型之后也需要进行机械加工。对于易产生内应力的注塑制件应进行热处理。

1.5 成型工艺

成型工艺特点不同，因而在进行制件的注塑过程中内应力是无法避免的，但是通过改变成型工艺可以有效的避免内应力的出现，保证注塑件能够正常使用。反之，若工艺控制不当，那么就会导致内应力增加，降低制件强度，使得制件出现翘曲以及开裂现象。

2 消除措施

在注射成型或机械加工之后及时对注塑制件进行热处理，是降低或消除其内应力，使其内部结构加速达到稳定状态的一个有效措施。对于要求强度高、尺寸稳定性好的工程塑料制件，在加工过程中往往要进行不只一次的热处理。热处理的方法是在加热介质中先将温度从室温升到一定温度（这个温度常称为热处理温度或退火温度），使制件在此温度下保持一定的时间，然后缓慢地冷却到室温。影响热处理效果最重要的工艺因素是热处理温度和热处理时间。在理论上热处理温度越高、热处理时间越长，制件的内应力就能在更大程度上被消除，其内部结构也就愈趋于稳定。但实际操作时温度却不能太高，温度过高容易引起制件在热处理过程中翘曲变形。一般认为，热塑性塑料注塑制件的热处理温度以低于热变形温度5～10摄氏度为宜。热处理时间则主要与塑料的性质与制件壁厚有关，高聚物大分子链的刚性愈大，制件的壁愈厚，需要进行热处理的时间就愈长。

正确选用加热介质对达到满意的热处理效果也很重要。用空气作为加热介质，有操作简便和处理后不需要清洗等优点。但空气热传导效率低，制件不容易加热均匀，并且还容易引起尼龙类和聚甲醛等塑料氧化变色。高沸点油作为热处理介质有传热快、制件加热均匀等优点，但操作比较麻烦，而且处理后的制件上存留的油斑有时很难除去。吸水性强的尼龙类塑料制件用水或乙酸钾的水溶液（沸点可达121℃）作热处理介质比较好。用这种介质既有利于防止制件在热处理过程中氧化变色，又能使其加速达到吸湿平衡。

通过热处理虽然无法直接使得热塑制件质量达到理想效果，只能是加工过程中一项有效的辅助工序，使用热处理完全消除应力开裂是不可能的。想要完全预防消除应力裂缝需要从多方面综合考虑热塑制件内应力分布影响因素，并针对性的提出有效措施，同热处理方法共同维持热塑制件结构稳定，从而达到防治应力裂缝的效果。

参考文献

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[2]陈中一.实用塑料成型及故障处理手册[M].上海：上海科技文献出版社，1993.