塑料件變形的案例
塑料制品的翹曲變形原因分析和解決方法
結晶型塑料在流動方向與垂直方向上的收縮率之差較非結晶型塑料大，而且其收縮率也較非結晶型塑料大，結晶型塑料大的收縮與其收縮的異向性疊加后導致影響結晶型塑料件翹曲變形的傾向較非結晶型塑料大得多。
七、殘余熱應力對制品翹曲變形的影響
在注射成型過程中，殘余熱應力是引起翹曲變形的一個重要因素，而且對注塑制品的質量有較大的影響。由于殘余熱應力對制品翹曲變形的影響非常復雜，這里就不贅述。
八、金屬嵌件對制品翹曲變形的影響
對放嵌件的注塑制品，由于塑料的收縮率遠比金屬的大，所以容易導致扭曲變形（有的甚至開裂）；為減少這種情況，可先將金屬件預熱（一般不低于100℃），再投入生產。
九、結論
影響注塑制品翹曲變形的因素有很多，模具的結構、塑料材料的熱物理性能以及成型過程的條件和參數均對制品的翹曲變形有不同程度的影響。因此，對注塑制品翹曲變形的處理必須綜合考慮上述因素。
展開 塑料熱變形溫度測試影響因素，附常見塑料熱變形溫度匯總
4.結論
按照不同的測試方法得到的熱變形溫度結果存在一定的差別，并且有著相同的規律，因此在標示材料的熱變形溫度是需同時列出測試方法；硅油的使用周期需要有一定的控制，使用越久越容易引起結果的偏高；熱變形溫度測量結果隨起始溫度的升高而升高，因此控制起始溫度直接影響結果。
附：常見塑料熱變形溫度表
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展開 【可靠性】塑料蠕變——不僅僅是變形的簡單描述
你是否曾好奇過，為什么一些塑料制品在長期使用后，會突然斷裂或變形？
在長期日曬溫度場載荷作用下，塑料件會發生彈性變形及蠕變變形。蠕變是指材料在持續應力載荷作用下，應變隨時間增加的現象。它會使物體產生永久的變形，甚至斷裂。它有別于簡單的變形，而是材料在長時間內逐漸適應應力載荷的表現。這種適應過程可以理解為材料的“記憶效應”。塑料作為一種非金屬材料，其蠕變行為具有獨特的規律和特性。
蠕變應變及應變率曲線
通過觀察塑料件的蠕變曲線，我們可以發現其蠕變應變的三個階段。在初始階段，材料會發生非常快速的應變，可以稱之為“快速應變階段”，在此階段，會發生較快速的應變，但應變率會降低，直至保持一個恒定值，進入蠕變應變的第二個階段“應變保持階段”，經過較長時間的持續應力載荷作用，蠕變材料將會產生快速變形直至斷裂，進入第三個階段“材料斷裂階段”。完整和準確的材料蠕變應變測試及標定，應能夠在測定第二階段特性的同時，也準確體現第一階段的特性。
了解塑料蠕變，不僅能幫助我們更好地理解材料的性能，還能為保障我們的安全提供依據。例如，在設計和生產過程中，需要考慮材料的蠕變特性，以確保產品的穩定性和使用壽命。同時，消費者在使用過程中，也應注意避免長時間持續應力載荷作用，以防止塑料制品發生蠕變斷裂。
蠕變試驗測試過程
蠕變試驗通常是在某個較高溫度下對試樣施加恒定載荷（或恒定真應力），觀察記錄蠕變應變隨時間的變化情況。工程應用中我們通常使用恒定載荷，也就是恒定工程應力來加載；但如果想要研究內在機理問題，通常要使用恒定真應力來作為加載方式。
展開 塑料齒輪件注射成型工藝及材料解析
使用塑料齒輪的優勢
與同等尺寸的塑料齒輪相比，金屬齒輪運行良好，溫度和濕度變化時的尺寸穩定性好。但是與金屬材料相比，塑料在成本、設計、加工和性能上具有很多優勢。
與金屬成型相比，塑料成型的固有的設計自由度保證了更高效的齒輪制造。可以用塑料成型內齒輪、齒輪組、蝸輪等產品，而這很難以一個合理的價格使用金屬材料來成型。塑料齒輪應用領域比金屬齒輪寬，因此它們推動了齒輪朝著承受更高負荷、傳送更大動力的方向發展。
塑料齒輪同時也是一種滿足低靜音運行要求的重要材料，這就要求有高精度、新型齒形和潤滑性或柔韌性優異的材料出現。
塑料制造的齒輪一般不需要二次加工，所以相對于沖壓件和機造件金屬齒輪，在成本上保證了50%到90%水平的降低。塑料齒輪比金屬齒輪輕、惰性好，可用在金屬齒輪易腐蝕、退化的環境中，例如水表和化學設備的控制。
和金屬齒輪相比，塑料齒輪可以偏轉變形來吸收沖擊載荷的作用，能較好的分散軸偏斜和錯齒造成的局部負荷變化。許多塑料固有的潤滑特征使得它們成了打印機、玩具和其它低負荷運轉機構的理想齒輪材料，這里不包括潤滑劑。除了運行在干燥的環境中，齒輪還可用油脂或油來潤滑。
材料的增強作用
齒輪和結構材料的說明中，應該考慮到纖維和填料對樹脂材料性能的重要作用。例如當乙縮醛共聚物填充25%的短玻纖（2mm或更小）的填料后，它的拉伸強度在高溫下增大2倍，硬度升3倍。
使用長玻纖（10 mm或者更小）填料可提高強度、抗蠕變能力、尺寸穩定性、韌性、硬度、磨損性能等以及其它的更多性能。因為可獲得需要的硬度、良好的可控熱膨脹性能，在大尺寸齒輪和結構應用領域，長玻纖增強材料正成為一種具有吸引力的備選材料。
展開 
塑料件加工發脆，怎么辦？
二、 塑料制品發脆的原因
制品發脆很大一部分是由于內應力造成的。造成制品發脆的原因很多，主要有：
1. 設備方面
（1） 機筒內有死解或障礙物，容易引起熔料降解。
（2） 機器塑化容量太小，塑料在機筒內塑化不充分；機器塑化容量太大，塑料在機筒內受熱和受剪切作用的時間過長，塑料容易老化，使制品發脆。
（3） 頂出裝置傾斜或者不平衡，頂桿截面積或者分布不當。
2. 模具方面
（1） 澆口太小，應考慮調整澆口尺寸或增設輔助澆口。
（2） 分流道太小或配置不當，應盡量安排的平衡合理合理或增加分流道尺寸。
（3） 模具結構不良造成注塑周期反常。
3. 工藝方面
（1） 機筒、噴嘴溫度太低，應調高。如果物料容易降解，則應提高機筒、噴嘴的溫度。
（2） 降低螺桿預塑背壓壓力和轉速，使料稍為疏松，并減少塑料因剪切過熱而造成的降解。
（3） 模溫太高，脫模困難；模溫太低，塑料過早冷卻，熔接縫融合不良，容易開裂，特別是高熔點塑料如聚碳酸酯等更是如此。
（4） 型腔型芯要有適當的脫模斜度。型芯難脫模時，要提高型腔溫度，縮短冷卻時間愛你；型腔難脫模時，要降低型腔溫度，延長冷卻時間。
（5） 盡量少用金屬嵌件，想聚苯乙烯這類脆性的冷熱比容大的塑料，更不能加入嵌件注塑。
4. 原料方面
（1） 原料混有其他雜質或者摻雜了不適當的或過量的溶劑或者其他添加劑。
（2） 有些塑料如ABS等，在受潮的情況下加熱會與水蒸氣發生催化裂化反應，使制件發生大的應變。
（3） 塑料再生次數太多或再生料含量太高，或在機筒內加熱時間太長，都會促使制件脆裂。
展開 塑料注塑加工件冷卻時間的分析與計算
在注射生產中，塑料注塑加工件冷卻時間約占整個注射生產周期的80%。冷卻不良常常導致制品翹曲變形或產生表面缺陷，影響制品的尺寸穩定性。合理地安排注射、保壓和冷卻時間，可提高產品質量和生產率。
制件冷卻時間，通常是指塑料熔體從充滿注塑模具型腔起到可以開模取出制件時止的這一段時間。可以開模取出制件的時間標準，常以制件已充分固化，具有一定強度和剛性為準，在開模頂出時不致變形開裂。
即使是使用同一種塑料成型，它的冷卻時間也隨壁厚、熔融塑料的溫度、成型件的脫模溫度及注塑模具溫度而異。要在所有的場合下能百分之百正確地計算出冷卻時間的公式目前尚未發表，而只有在適當假定的基礎上進行計算的公式。計算公式還因冷卻時間定義不同而異。
目前，通常以下列三種標準作為冷卻時間參考依據:
①塑料注塑加工件壁最厚部位中心層的溫度，冷卻到該塑料的熱變形溫度以下所需要的時間;
②塑料注塑加工件斷面內的平均溫度，冷卻到規定制品的出模溫度所要的時間;
③結晶性塑料成型件壁的最厚部分中心層溫度，冷卻到其熔點以下所需要的時間，或達到規定的結晶化百分比所需的時間。
在求解公式時，一般作以下假設:
①塑料注射在注塑模具內，并把熱量傳遞給注塑模具而被冷卻;
②成型腔內的塑料與模腔緊密接觸，不因冷卻收縮而分離，熔體與模壁間的熱傳遞和流動無任何阻力，熔料與模壁接觸的瞬間其溫度已變得相同。
展開 汽車塑料件皮紋定義及設計指導
塑料件設計規避要點
塑料件結構設計的合理性與皮紋的質量、清晰度及成型難易息息相關。經借鑒行業設計經驗，針對兩種典型內飾注塑材料PP和ABS，皮紋深度對于塑料件的拔模角度要求分別不同：
零件的拔模角度與皮紋加工深度直接影響零件的脫模性能。
一般塑料件的拔模角度需定義在 0.5°以上，但對于有皮紋的飾件，常規經驗是 13μm深度的皮紋要求拔模角為 1°，比如門護板本體選用110μm的皮紋腐蝕時，那么需要求前期設計的拔模角度約8°。
但理論值必需結合實際情況，有些面如果無法做出較大的斜度，這一塊區域的皮紋可相應采用做淺處理。根據成型條件、材料、零件壁厚和零件的直立高度等因素的不同，皮紋深度和拔模角度的比例會有所不同。如果拔模角度小而皮紋太深則可能造成零件脫模時出現卡滯或白化等不良現象。
常用紋路的深度范圍：
①細皮紋, 皮紋深度為0一80μm；
②火花紋, 皮紋深度為20 一40μm, 比同深度的細皮紋, 更加細膩柔和;
③拉絲紋, 皮紋深度為20一80μm ;
④粗皮紋及幾何紋,皮紋深度為100 一150μm。
一般來說，拔模角度與皮紋加工深度的關系見下表：
表1 拔模角度與皮紋加工深度的關系
4. 皮紋區域定義的基本原則
零部件的皮紋由主機廠設計部門正式公布，一般分布在可見區域，包括高可見區和低可見區，噴漆件和鍍鉻件除外。
同一種皮紋應用于不同形狀的物體效果不同，而零部件不同的曲面及搭接部分對皮紋的要求各異，所以我們期望在汽車造型設計階段即考慮內飾不同區域的皮紋布置和定義。
展開 塑料件加工發脆，怎么辦？
二、 塑料制品發脆的原因
制品發脆很大一部分是由于內應力造成的。造成制品發脆的原因很多，主要有：
1. 設備方面
（1） 機筒內有死解或障礙物，容易引起熔料降解。
（2） 機器塑化容量太小，塑料在機筒內塑化不充分；機器塑化容量太大，塑料在機筒內受熱和受剪切作用的時間過長，塑料容易老化，使制品發脆。
（3） 頂出裝置傾斜或者不平衡，頂桿截面積或者分布不當。
2. 模具方面
（1） 澆口太小，應考慮調整澆口尺寸或增設輔助澆口。
（2） 分流道太小或配置不當，應盡量安排的平衡合理合理或增加分流道尺寸。
（3） 模具結構不良造成注塑周期反常。
3. 工藝方面
（1） 機筒、噴嘴溫度太低，應調高。如果物料容易降解，則應提高機筒、噴嘴的溫度。
（2） 降低螺桿預塑背壓壓力和轉速，使料稍為疏松，并減少塑料因剪切過熱而造成的降解。
（3） 模溫太高，脫模困難；模溫太低，塑料過早冷卻，熔接縫融合不良，容易開裂，特別是高熔點塑料如聚碳酸酯等更是如此。
（4） 型腔型芯要有適當的脫模斜度。型芯難脫模時，要提高型腔溫度，縮短冷卻時間愛你；型腔難脫模時，要降低型腔溫度，延長冷卻時間。
（5） 盡量少用金屬嵌件，想聚苯乙烯這類脆性的冷熱比容大的塑料，更不能加入嵌件注塑。
4. 原料方面
（1） 原料混有其他雜質或者摻雜了不適當的或過量的溶劑或者其他添加劑。
（2） 有些塑料如ABS等，在受潮的情況下加熱會與水蒸氣發生催化裂化反應，使制件發生大的應變。
（3） 塑料再生次數太多或再生料含量太高，或在機筒內加熱時間太長，都會促使制件脆裂。
（4） 塑料本身質量不佳，例如相對分子質量分布大，含有剛性分子鏈等不均勻結構的成分占有量過大；或受其他塑料摻雜污染、不良添加劑污染、灰塵雜質污染等也是造成發脆的原因。
展開 塑料件(卡扣等)設計標準
塑料件(卡扣等)設計標準
塑料件加工的壁厚對質量的影響有多大？
塑料件加工的壁厚對質量影響很大.壁厚過小時,流動阻力大,大型復雜的塑料件就難以充滿型腔.塑料件加工壁厚的最小尺寸應當滿足以下幾個方面的要求:
1、具有足夠的強度和剛度;
2、脫模時能經受脫模機構的沖擊和震動;
3、裝配時能承受緊固力.
注塑加工廠規定有最小壁厚值,因塑料件品種、牌號及制品大小的不同而有所差異.塑料件加工中壁厚過大不僅浪費原料,對熱固性塑料成型加工來說,還增加了模壓的時間,并且容易造成固化不完全;而對熱塑性塑料來說,則增加了冷卻時間.另外還會影響塑料件加工的質量,同一注塑件的壁厚應盡可能均勻一致,否則會因為冷卻和固化速度不均產生附加應力.
合理的確定塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先決定于塑件的使用要求：包括零件的強度、質量成本、電氣性能、尺寸穩定性以及裝配等各項要求，一般壁厚都有經驗值，參考類似即可確定 (如熨斗一般壁厚2mm，吸塵器大體為2.5mm)，其中注意點如下：
a、塑件壁厚應盡量均勻，避免太薄、太厚及壁厚突變，若塑件要求必須有壁厚變化，應采用漸變或圓弧過渡，否則會因引起收縮不均勻使塑件變形、影響塑件強度、影響注塑時流動性等成型工藝問題。
b、塑件壁厚一般在1—5mm范圍內。而最常用的數值為2—3mm。
展開 塑料件卡扣連接設計大全
塑料件的連接
通過機械、焊接、粘接等連接手段對塑料件形成特定約束的連接方式。
卡扣連接
卡扣連接是通過集成在零件上或分離的定位功能件和鎖緊功能件共同作用對零件形成特定約束的連接方式，其中鎖緊功能件在裝配過程中發生形變，隨后又恢復到它原始位置從而形成鎖緊并提供保持力。
定位功能件
定位功能件是相對非柔性的約束功能件，它們保證裝配件和基本件之間的精確定位，提供鎖緊力以外的分離抵抗力，承受約束行為中主要的載荷。
鎖緊功能件
鎖緊功能件是在裝配過程中彈性變形，并在裝配到位后恢復到原始位置從而形成鎖緊并提供保持力的約束功能件。
基體件
基體件是在連接過程中相對較大，在裝配運動中可以視為靜止不動的零件或總成，可以視為連接的基準。以汽車為例，對大部分需要裝配的飾件來說，車身就是基體件。
裝配件
裝配件是需要通過約束連接到基體件上的零件或總成。
4.2.1.1 連接類型
卡扣連接可以是最終連接也可以是其他連接出現之前的臨時連接。
當在產品的使用壽命中始終使用卡扣形式進行連接，則卡扣連接為最終連接；當卡扣僅將連接保持到其他連接出現，則卡扣連接為臨時連接，臨時連接也僅要求在該周期內保證連接可靠。
4.2.1.2 連接后的保持
保持涉及鎖緊副的特性：永久鎖緊和非永久鎖緊。保持特性由產品功能進行定義。
l 永久鎖緊是設計為連接后不再分離的，這種鎖緊一旦接合必須借助工具才能分離，并且往往會造成零件的損壞，這樣的連接是不能進行維修的。
l 非永久性鎖緊是設計為可在連接后進行分離的，這種連接的鎖緊功能件可依靠分離力變形或人為施加變形力而與對手件脫開，非永久鎖緊連接的鎖緊功能件的脫開方式應在設計時進行定義。
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【專業積累】塑料件鑲入螺母的設計，你會嗎？
超聲螺母
超聲埋置是一種通過超聲振動,使螺母與工件表面及內在分子間的磨擦而使傳處到接口的溫度升高，當溫度達到此工件自身的軟化溫度時，將螺母埋植于膠件中，當震動停止，工件同時在一定的壓力下冷卻定形。（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）
二、塑膠孔設計與螺母選擇
圖1 螺母基本尺寸
圖2 塑膠基本尺寸
注：D:螺母外徑 L:螺母長度 d:螺母底座 C:塑膠孔徑 W:塑膠孔壁厚 Y:塑膠孔深
三、塑膠孔與螺母的選擇參數
1、d尺寸為螺母底座，也稱導向定位部分，在埋入前與塑膠C部分配合，因此 螺母底端d部分要比塑膠BOSS內孔徑C尺寸小，以方便定位；
2、D尺寸為螺母外徑，它與塑膠BOSS內孔徑C尺寸相配，一般手機螺母塑膠 內孔徑比螺母外徑小約0.25-0.3mm；（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）
3、L尺寸為螺母長度，它與塑膠BOSS孔深度Y尺寸配合，一般塑膠孔深比螺 母高（長）度大0.5-1.0mm的深度用于儲膠；
4、W為塑膠孔壁厚，一般塑膠BOSS孔肉厚為0.8-1.0mm以上，螺母尺寸規格 越大，肉厚越大。
展開 塑料件出模分析及工程應用
塑料件出模分析及工程應用
Moldex3D模流分析之多元化的塑料件設計與制程
但是以此比例當基準，進一步預測產品變形問題時，我們發現產品具有嚴重翹曲問題，導致產品功能性不彰。
圖五 利用共射制程開發制造耳掛式耳機: 50%皮層料比例，會導致較堅硬核心層料穿透皮層料，造成產品質量瑕疵問題
接著，我們再利用CAE執行虛擬之設計變更，執行一系列之修改模具澆口位置設計驗證，如圖六所示；我們發現一些有趣且非常實務之解決方案，例如：應用圖六(a) 所提之澆口方案，當采用40%之皮層料比例時，會導致核心層穿透皮層，原先思考這將會是造成產品質量瑕疵之嚴重問題；然而，應用CAE軟件預測事先得知，使用40 ％皮層料生產此對象，反而是最佳比例，因為較堅硬之核心料，在0.07秒時會穿透皮層，穿透現象發生后，該耳掛鉤部結構件轉換為僅使用較硬的PP材料，剛好提供更好的強度以符合產品強度要求。上述利用CAE技術事先預測，順利解決產品制程與質量問題。
圖六 利用CAE模流軟件：幫助進行模具澆口位置優化驗證
圖七 (a) CAE軟件成功幫助預測出使用40 ％皮層料為生產此對象的最佳比例，此時較堅硬的核心層料穿透皮層料之現象會發生在0.07秒; (b) 穿透現象發生后，該耳掛鉤部結構件轉換為僅使用較硬的PP材料，來提供更好的強度以符合產品強度要求
結論
多材質射出成型（MCM）在現今的塑料產業中應用相當廣泛。然而，由于MCM制程復雜性和多材料物理機制，以傳統的單一射出成型的經驗法則來推敲MCM制程，將遭遇許多困難，無法有效提供關鍵成形條件進行優化或設計變更，造成產品質量瑕疵問題。
展開 微細發泡射出的輕量化塑料件
也經由科技的進步，高性能工程的漸進推出，慢慢在取代金屬件，例如：PEEK這種塑料，可耐高溫且尺寸穩定性不錯，可用于半導體業的晶圓盒，中原大學已有PEEK材料的微細發泡產品的開發。
現在全球的已開發及開發中國家都在推ESG，要求廠家要做好廢棄物回收，PEEK很難100%回收，但只要加入奈米材料(Clay)就可以100%回收，奈米黏土(Clay)對塑料有不少的功能（增強抗拉、抗菌、阻氣、成核劑）。塑膠發泡有不少好處，最主要的應用是在克服塑膠產品的尺寸穩定性，另外一個優點是可減震，這個應用在運動鞋或球鞋的中底和大底最適合，又可輕量化，但輕量化相對的強度也會降低，所以這也是產品設計者要去注意的地方。用一般發泡射出，減重比有極限，一般約20~30wt%，鞋材的減重比一般要達到40~50 wt%以上。
圖１：模仁后退技術概念
案例分享
大陸目前做塑膠發泡的團隊有二個，其中一個是山東大學王桂龍教授的團隊，主要做射出發泡模仁后退，高減重比的發泡研究（如圖2所示）。另外一種模仁后退方式是用馬達帶動齒輪方式把圓周運動轉為直線運動（如圖3所示）。另一個是中山大學翟文濤教授的團隊，二位教授都曾在加拿大塑膠發泡大師Chu Park教授那里擔任過博士后研究員，并在之后回國發展。他們主要的研究方向是車輛輪胎的塑膠發泡，希望整個腳踏車或摩托車輪胎是用塑膠發泡做成，且不希望有內胎。
圖2：山東團隊模仁后退的機構裝置
圖3：用馬達帶動齒輪讓黃色模仁后退裝置
10年前有業者來找我研究此課題，業者拿了德國Evonik的發泡樣品來，發現德國Evonik技術真是厲害，氣泡大小均一沒有凝固層且結構強，想要以此制作高級腳踏車的車胎。
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