注塑應(yīng)力
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-05-26
注塑應(yīng)力的視頻教程
Ansys Mechanical 短纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)仿真解決方案
Ansys Mechanical 2021R1填補(bǔ)了短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料注塑成型和結(jié)構(gòu)模擬之間溝壑，這一新的工作流程使短纖維增強(qiáng)塑料的模擬比以往任何時(shí)候都更容易和更快。 Ansys 2021 R1最新版本的Ansys Mechanical能夠模擬注塑塑料的真實(shí)和復(fù)雜細(xì)節(jié)，如纖維的方向和零件中存在的注塑應(yīng)力。這將大大提高結(jié)構(gòu)開發(fā)的準(zhǔn)確性。
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注塑應(yīng)力的實(shí)例教程
針對(duì)(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)注塑件在使用中經(jīng)常出現(xiàn)放射狀裂紋,從而造成制件報(bào)廢的問題。人們?cè)诜治鲈驎r(shí)往往只考慮成型工藝的影響,而忽視使用環(huán)境的影響。
通過試驗(yàn)找到了ABS注塑件使用中產(chǎn)生的裂紋是因乙酸、油漆稀料等造成的外應(yīng)力釋放所致,并提出了ABS注塑件設(shè)計(jì)、制造、裝配及使用的正確操作方法,為ABS注塑件的安全使用提供了科學(xué)依據(jù)。
(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)樹脂經(jīng)共混改性后,形成了多種不同的牌號(hào),其成型方法有注射、擠出、吸塑等,其中注射成型是主要的成型加工方法。注射成型主要有可成型復(fù)雜、尺寸精密的制件,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,操作簡單等優(yōu)點(diǎn),但也存在注塑件會(huì)出現(xiàn)各種各樣質(zhì)量問題的缺點(diǎn)。
ABS注塑件質(zhì)量分為內(nèi)部質(zhì)量和外部質(zhì)量兩方面的內(nèi)容。內(nèi)部質(zhì)量包括制件內(nèi)部的材料組織結(jié)構(gòu)形態(tài),制件的密度、強(qiáng)度、應(yīng)力等;
外部質(zhì)量即為制件表面質(zhì)量,常見的有欠注(未注滿)、分型線明顯(跑料)、凹陷(塌坑或縮痕)、變色(分解紋)、暗紋(黑印)、熔接痕(合料紋)、銀絲(水紋)、剝層(起皮)、流動(dòng)痕(水波紋)、噴射流(蛇行紋)、變形(翹曲、扭曲)、光潔程度差(劃傷、劃痕)、龜裂(裂紋)、無光澤(不亮)、氣泡(空洞或中空)、白化(有白印)等。
影響ABS注塑件質(zhì)量問題的因素很多,其中應(yīng)力開裂是常見的致命缺陷之一,嚴(yán)重阻礙了ABS注塑件的應(yīng)用。
1、ABS注塑件應(yīng)力開裂原因分析
應(yīng)力分類及產(chǎn)生過程聚合物受力后,內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生與外力相平衡的內(nèi)力,單位面積上的內(nèi)力即稱為應(yīng)力。根據(jù)形成的原因應(yīng)力可分為內(nèi)應(yīng)力和外應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力包括主動(dòng)應(yīng)力和誘發(fā)應(yīng)力兩種類型。主動(dòng)應(yīng)力是與外力(注塑壓力、保壓壓力等)相平衡的內(nèi)力,故也稱為成型應(yīng)力。
展開 2、影響ABS注塑件應(yīng)力的因素分析
影響ABS注塑件應(yīng)力的因素主要有樹脂的質(zhì)量、成型條件、制件和模具設(shè)計(jì)的合理性、制件的使用環(huán)境和過程等。樹脂的質(zhì)量對(duì)制件的應(yīng)力影響很大。揮發(fā)物多,分子量分布寬,制件應(yīng)力就大。
成型條件的影響因素主要有材料中的水分、料筒溫度、注塑壓力、保壓時(shí)間、模具溫度等。ABS樹脂成型前必須干燥,干燥程度越高,對(duì)降低內(nèi)應(yīng)力越明顯。
提高料筒溫度,可以降低熔體粘度,有利于解除分子取向,降低應(yīng)力,但過高的料筒溫度易使樹脂分解,反而增大了制件應(yīng)力,所以料筒溫度應(yīng)適宜。提高注塑壓力或延長保壓時(shí)間,會(huì)增加分子取向應(yīng)力,但有利于降低收縮應(yīng)力。模具溫度提高會(huì)降低應(yīng)力,但會(huì)使成型周期延長,增加了樹脂分解的可能。
制件和模具結(jié)構(gòu)主要包括制件厚度、轉(zhuǎn)角過渡、進(jìn)料方式等。如澆口位置、冷卻管道的位置會(huì)對(duì)制件的成型質(zhì)量有較大影響。增加制件壁厚會(huì)降低分子取向應(yīng)力,但使收縮應(yīng)力增加。制件轉(zhuǎn)角處用圓弧過渡,可避免應(yīng)力集中。
制件的使用環(huán)境主要包括受力情況、是否接觸溶劑等。制件裝配中與金屬組合,應(yīng)控制裝配扭矩,過大的扭矩易使ABS注塑件在組合處產(chǎn)生較大應(yīng)力。易使ABS注塑件應(yīng)力開裂的溶劑或溶劑氣體環(huán)境應(yīng)避免接觸。
展開 在注塑車間里，最令人頭疼的不是機(jī)器轟鳴，而是那些反復(fù)出現(xiàn)卻又找不到根源的質(zhì)量問題：
產(chǎn)品剛脫模或放置一段時(shí)間后，就發(fā)生翹曲、變形，導(dǎo)致裝配困難或直接報(bào)廢。
制品在后續(xù)使用或組裝時(shí)，莫名出現(xiàn)脆裂、開裂，引發(fā)客戶投訴與質(zhì)量索賠。
對(duì)于透鏡、導(dǎo)光條等光學(xué)部件，無論如何優(yōu)化設(shè)計(jì)，總會(huì)出現(xiàn)畸變、雜散光，良率難以提升。
在進(jìn)行噴涂、電鍍等二次加工時(shí)，涂層出現(xiàn)不均勻、起皺甚至剝離。
這些看似不同的問題，其根源往往指向同一個(gè)內(nèi)部因素——塑料制品內(nèi)部的殘留應(yīng)力。它是在注塑成型過程中，由于不均勻的冷卻、收縮、分子取向等因素“凍結(jié)”在產(chǎn)品內(nèi)部的內(nèi)部力量。
這種應(yīng)力肉眼無法看見，傳統(tǒng)檢測往往只能等到問題最終爆發(fā)（開裂、變形）后才能事后分析，導(dǎo)致調(diào)試周期長、廢品率高、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)大。
那么，有沒有一種方法，能讓這種隱形的“內(nèi)傷”實(shí)時(shí)、直觀地呈現(xiàn)出來，從根源上預(yù)防這些問題呢？
關(guān)注我們，下期我們將為您揭秘：如何像擁有“火眼金睛”一樣，一鍵看清塑料內(nèi)部的力量分布圖。鎖定我們，讓質(zhì)量控制從“猜”變“看”。
展開 塑料內(nèi)應(yīng)力是指在塑料熔融加工過程中由于受到大分子鏈的取向和冷卻收縮等因素而產(chǎn)生的一種內(nèi)在應(yīng)力。
當(dāng)大分子鏈間的作用力和相互纏結(jié)力蒙受不住這種動(dòng)能時(shí)，內(nèi)應(yīng)力平衡即受到破壞，塑料制品就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力開裂及翹曲變形等現(xiàn)象。
溶劑法
1、醋酸沉浸
所使用的乙酸(CH3COOH)必須是95%以上的乙酸且反復(fù)使用次數(shù)不得超過10次測試。
①表面應(yīng)力測試：將乙酸(冰醋酸)倒入玻璃器皿中，將產(chǎn)品完全浸在乙酸里，時(shí)間為30秒。30秒后用夾子將樣品取出并馬上用凈水(自來水即可)沖刷清潔，察看樣品表面有無發(fā)白及裂紋。斷定：不得有任何開裂現(xiàn)象，容許表面有稍微發(fā)白。
②內(nèi)應(yīng)力測試：將表面應(yīng)力測試及格的樣品擦干后完全浸在乙酸里，時(shí)間為2分鐘。2分鐘后將樣品取出并當(dāng)即用清水(自來水即可)沖洗干凈，視察樣品有無發(fā)白及裂紋。
展開 ④保壓壓力
保壓壓力對(duì)塑料制品內(nèi)應(yīng)力的影響大于注射壓力的影響。在保壓階段，隨著熔體溫度的降低，熔體粘度迅速增加，此時(shí)若施以高壓，必然導(dǎo)致分子鏈的強(qiáng)迫取向，從而形成更大的取向應(yīng)力。
⑤注射速度
注射速度越快，越容易造成分子鏈的取向程度增加，從而引起更大的取向應(yīng)力。但注射速度過低，塑料熔體進(jìn)入模腔后，可能先后分層而形成熔化痕，產(chǎn)生應(yīng)力集中線，易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。所以注射速度以適中為宜。最好采用變速注射，在速度逐漸減小下結(jié)束充模。
⑥保壓時(shí)間
保壓時(shí)間越長，會(huì)增大塑料熔體的剪切作用，從而產(chǎn)生更大的彈性形變，凍結(jié)更多的取向應(yīng)力。所以，取向應(yīng)力隨保壓時(shí)間延長和補(bǔ)料量增加而顯著增大。
⑦開模殘余壓力
應(yīng)適當(dāng)調(diào)整注射壓力和保壓時(shí)間，使開模時(shí)模內(nèi)的殘余壓力接近于大氣壓力，從而避免產(chǎn)生更大的脫模內(nèi)應(yīng)力。
（3）塑料制品的熱處理
塑料制品的熱處理是指將成型制品在一定溫度下停留一段時(shí)間而消除內(nèi)應(yīng)力的方法。熱處理是消除塑料制品內(nèi)取向應(yīng)力的最好方法。
對(duì)于高聚物分子鏈的剛性較大、玻璃化溫度較高的注塑件；對(duì)壁厚較大和帶金屬嵌件的制件；對(duì)使用溫度范圍較寬和尺寸精度要求較高的制件；時(shí)內(nèi)應(yīng)力較大而又不易自消的制件以及經(jīng)過機(jī)械加工的制件都必須進(jìn)行熱處理。
對(duì)制件進(jìn)行熱處理，可以使高聚物分子由不平衡構(gòu)象向平衡構(gòu)象轉(zhuǎn)變，使強(qiáng)迫凍結(jié)的處于不穩(wěn)定的高彈形變獲得能量而進(jìn)行熱松弛，從而降低或基本消除內(nèi)應(yīng)力。常采用的熱處理溫度高于制件使用溫度10~20℃或低于熱變形溫度5~10℃。
熱處理時(shí)間取決于塑料種類、制件厚度、熱處理溫度和注塑條件。一般厚度的制件，熱處理1~2小時(shí)即可，隨著制件厚度增大，熱處理時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長。提高熱處理溫度和延長熱處理時(shí)間具有相似的效果，但溫度的效果更明顯些。
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注塑應(yīng)力的最新內(nèi)容
你是否也經(jīng)常被這些生產(chǎn)問題困擾？
產(chǎn)品無緣無故變形、使用中突然開裂、光學(xué)性能不達(dá)標(biāo)……
也許，一個(gè)共同的“隱形殺手”就藏在你的產(chǎn)品內(nèi)部。
在注塑車間里，最令人頭疼的不是機(jī)器轟鳴，而是那些反復(fù)出現(xiàn)卻又找不到根源的質(zhì)量問題：
產(chǎn)品剛脫模或放置一段時(shí)間后，就發(fā)生翹曲、變形，導(dǎo)致裝配困難或直接報(bào)廢。
制品在后續(xù)使用或組裝時(shí)，莫名出現(xiàn)脆裂、開裂，引發(fā)客戶投訴與質(zhì)量索賠。
新能源領(lǐng)域電連接器冷熱沖擊CAE仿真分析初探7個(gè)月前
在實(shí)際的冷熱沖擊試驗(yàn)中，產(chǎn)品的開裂結(jié)果基本一致，所以前兩種的開裂預(yù)測是不準(zhǔn)確的，要想準(zhǔn)確精確預(yù)測開裂區(qū)域，還需要考慮塑膠成型后的殘余應(yīng)力的影響，分析結(jié)果如下：
PA6-GF30材料界面分離&注塑殘余應(yīng)力分析結(jié)果
從上面的分析結(jié)果可以看出，PA6-GF30材料的開裂趨勢為圖中紅色所示，雙孔區(qū)域，平行于長邊，且分析結(jié)果顯示，有潛在開裂風(fēng)險(xiǎn)。
</p><p><br></p><p>本文選用35%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）GF增強(qiáng)聚酰胺 66 材料 （35%GF/PA66），在溫度為 23 ℃時(shí) 0°、45°、90°方向測試注塑試樣拉伸應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)，如圖5所示。
隨著智能座艙和自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代汽車對(duì)透明部件的性能要求已從單純的防護(hù)功能升級(jí)為集光學(xué)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和智能交互于一體的復(fù)合型需求。在確保行車安全的前提下，這些部件必須滿足三大核心指標(biāo)：卓越的成像清晰度、優(yōu)異的抗沖擊性能，以及出色的光學(xué)穩(wěn)定性。本文將深入探討車載透明部件的質(zhì)量控制體系，重點(diǎn)解析先進(jìn)檢測技術(shù)在其中的關(guān)鍵作用。
車載透明部件的分類
現(xiàn)代車載透明部件主要分為無機(jī)玻璃和有機(jī)高分子兩大材料體系
而較高的注塑溫度，可以降低產(chǎn)品的注塑殘留內(nèi)應(yīng)力，從而提高材料的電鍍性能。相關(guān)研究表明，相較于注塑溫度為230℃的產(chǎn)品，溫度提高到260℃-270℃時(shí)，鍍層結(jié)合力提高約50%，同時(shí)表面外觀不良率也大大降低。
然而，注塑溫度也不能過高，如果超過了材料的裂解溫度，將會(huì)導(dǎo)致注塑產(chǎn)品表面的外觀不良，進(jìn)而影響其電鍍性能。
大致工藝流程如下：
1）去應(yīng)力：由于塑料注塑后存在內(nèi)應(yīng)力，為了減少電鍍后制品的變形，故要去除內(nèi)應(yīng)力，一般用丙酮溶液浸泡；
2）脫脂：為了保證粗化時(shí)對(duì)溶液的均勻接觸，先要去除塑料件上的油脂，一般用中低溫堿性液體清洗；
3）粗化：目的是為了保證塑膠件與液體的接觸面積，一般釆用高鉻酸溶液；
4）中和、還原：去除塑膠件表面殘留的強(qiáng)酸、氧化物等雜質(zhì)，提高塑膠件的親和性；
5）預(yù)浸：為了讓塑膠件表面附上二價(jià)鉻離子
而較高的注塑溫度，可以降低產(chǎn)品的注塑殘留內(nèi)應(yīng)力，從而提高材料的電鍍性能。相關(guān)研究表明，相較于注塑溫度為230℃的產(chǎn)品，溫度提高到260℃-270℃時(shí)，鍍層結(jié)合力提高約50%，同時(shí)表面外觀不良率也大大降低。
然而，注塑溫度也不能過高，如果超過了材料的裂解溫度，將會(huì)導(dǎo)致注塑產(chǎn)品表面的外觀不良，進(jìn)而影響其電鍍性能。
背壓
這是螺桿后退前所須要產(chǎn)生及超越的壓力，采用高背壓雖有利于色料散布均勻及塑料熔化，但卻同時(shí)延長了中螺桿回位時(shí)間，減低填充塑料所含纖維的長度，并增加了注塑機(jī)的應(yīng)力；故背壓越低越好，在任何情況下都不能超過注塑機(jī)注塑壓力（最高定額）的20%。
射嘴壓力
射嘴壓力是射嘴里面的壓力。它大約就是引起塑料流動(dòng)的壓力。它沒有固定的數(shù)值，而是隨模具填充的難度加大而增高。
易使ABS注塑件應(yīng)力開裂的溶劑或溶劑氣體環(huán)境應(yīng)避免接觸。
注塑制品的內(nèi)應(yīng)力包兩種：一種是注塑制品成型應(yīng)力，另一種是溫度應(yīng)力。當(dāng)熔體進(jìn)入溫度較低的模具時(shí)，靠近模腔壁的熔體訊速地冷卻而固化，于是分子鏈段被“凍結(jié)”。由于凝固的聚合物層，導(dǎo)熱性很差，在制品厚度方向上產(chǎn)生較大的溫度梯度。制品心部凝固相當(dāng)緩慢，以致于當(dāng)澆口封閉時(shí)，制品中心的熔體單元還未凝固，這時(shí)注塑機(jī)又無法對(duì)冷卻收縮進(jìn)行補(bǔ)料。
