注塑應力的案例
ABS注塑件總是應力開裂？
針對(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)注塑件在使用中經常出現放射狀裂紋,從而造成制件報廢的問題。人們在分析原因時往往只考慮成型工藝的影響,而忽視使用環境的影響。
通過試驗找到了ABS注塑件使用中產生的裂紋是因乙酸、油漆稀料等造成的外應力釋放所致,并提出了ABS注塑件設計、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依據。
(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)樹脂經共混改性后,形成了多種不同的牌號,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雜、尺寸精密的制件,易于實現自動化,操作簡單等優點,但也存在注塑件會出現各種各樣質量問題的缺點。
ABS注塑件質量分為內部質量和外部質量兩方面的內容。內部質量包括制件內部的材料組織結構形態,制件的密度、強度、應力等;
外部質量即為制件表面質量,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注塑件質量問題的因素很多,其中應力開裂是常見的致命缺陷之一,嚴重阻礙了ABS注塑件的應用。
1、ABS注塑件應力開裂原因分析
應力分類及產生過程聚合物受力后,內部會產生與外力相平衡的內力,單位面積上的內力即稱為應力。根據形成的原因應力可分為內應力和外應力。內應力包括主動應力和誘發應力兩種類型。主動應力是與外力(注塑壓力、保壓壓力等)相平衡的內力,故也稱為成型應力。
展開 ABS注塑件應力開裂原因及解決措施
2、影響ABS注塑件應力的因素分析
影響ABS注塑件應力的因素主要有樹脂的質量、成型條件、制件和模具設計的合理性、制件的使用環境和過程等。樹脂的質量對制件的應力影響很大。揮發物多,分子量分布寬,制件應力就大。
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、保壓時間、模具溫度等。ABS樹脂成型前必須干燥,干燥程度越高,對降低內應力越明顯。
提高料筒溫度,可以降低熔體粘度,有利于解除分子取向,降低應力,但過高的料筒溫度易使樹脂分解,反而增大了制件應力,所以料筒溫度應適宜。提高注塑壓力或延長保壓時間,會增加分子取向應力,但有利于降低收縮應力。模具溫度提高會降低應力,但會使成型周期延長,增加了樹脂分解的可能。
制件和模具結構主要包括制件厚度、轉角過渡、進料方式等。如澆口位置、冷卻管道的位置會對制件的成型質量有較大影響。增加制件壁厚會降低分子取向應力,但使收縮應力增加。制件轉角處用圓弧過渡,可避免應力集中。
制件的使用環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,應控制裝配扭矩,過大的扭矩易使ABS注塑件在組合處產生較大應力。易使ABS注塑件應力開裂的溶劑或溶劑氣體環境應避免接觸。
展開 【讓隱形應力無所遁形—1】注塑件總是莫名翹曲、開裂？元兇可能就是它——看不見的“內應力”
在注塑車間里，最令人頭疼的不是機器轟鳴，而是那些反復出現卻又找不到根源的質量問題：
產品剛脫模或放置一段時間后，就發生翹曲、變形，導致裝配困難或直接報廢。
制品在后續使用或組裝時，莫名出現脆裂、開裂，引發客戶投訴與質量索賠。
對于透鏡、導光條等光學部件，無論如何優化設計，總會出現畸變、雜散光，良率難以提升。
在進行噴涂、電鍍等二次加工時，涂層出現不均勻、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內部因素——塑料制品內部的殘留應力。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”在產品內部的內部力量。
這種應力肉眼無法看見，傳統檢測往往只能等到問題最終爆發（開裂、變形）后才能事后分析，導致調試周期長、廢品率高、質量風險大。
那么，有沒有一種方法，能讓這種隱形的“內傷”實時、直觀地呈現出來，從根源上預防這些問題呢？
關注我們，下期我們將為您揭秘：如何像擁有“火眼金睛”一樣，一鍵看清塑料內部的力量分布圖。鎖定我們，讓質量控制從“猜”變“看”。
展開 檢測注塑件內應力的三種方法
塑料內應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生的一種內在應力。
當大分子鏈間的作用力和相互纏結力蒙受不住這種動能時，內應力平衡即受到破壞，塑料制品就會產生應力開裂及翹曲變形等現象。
溶劑法
1、醋酸沉浸
所使用的乙酸(CH3COOH)必須是95%以上的乙酸且反復使用次數不得超過10次測試。
①表面應力測試：將乙酸(冰醋酸)倒入玻璃器皿中，將產品完全浸在乙酸里，時間為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白及裂紋。斷定：不得有任何開裂現象，容許表面有稍微發白。
②內應力測試：將表面應力測試及格的樣品擦干后完全浸在乙酸里，時間為2分鐘。2分鐘后將樣品取出并當即用清水(自來水即可)沖洗干凈，視察樣品有無發白及裂紋。
展開 
注塑產品內應力詳細分析與解決方案
④保壓壓力
保壓壓力對塑料制品內應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，此時若施以高壓，必然導致分子鏈的強迫取向，從而形成更大的取向應力。
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力。但注射速度過低，塑料熔體進入模腔后，可能先后分層而形成熔化痕，產生應力集中線，易產生應力開裂。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束充模。
⑥保壓時間
保壓時間越長，會增大塑料熔體的剪切作用，從而產生更大的彈性形變，凍結更多的取向應力。所以，取向應力隨保壓時間延長和補料量增加而顯著增大。
⑦開模殘余壓力
應適當調整注射壓力和保壓時間，使開模時模內的殘余壓力接近于大氣壓力，從而避免產生更大的脫模內應力。
（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間而消除內應力的方法。熱處理是消除塑料制品內取向應力的最好方法。
對于高聚物分子鏈的剛性較大、玻璃化溫度較高的注塑件；對壁厚較大和帶金屬嵌件的制件；對使用溫度范圍較寬和尺寸精度要求較高的制件；時內應力較大而又不易自消的制件以及經過機械加工的制件都必須進行熱處理。
對制件進行熱處理，可以使高聚物分子由不平衡構象向平衡構象轉變，使強迫凍結的處于不穩定的高彈形變獲得能量而進行熱松弛，從而降低或基本消除內應力。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小時即可，隨著制件厚度增大，熱處理時間應適當延長。提高熱處理溫度和延長熱處理時間具有相似的效果，但溫度的效果更明顯些。
展開 解決應力問題，需要調節哪些注塑成型工藝參數？
在保壓階段，跟著熔體溫度的降低，熔體粘度敏捷增加，此時若施以高壓，必定導致分子鏈的逼迫取向，從而形成更大的取向應力。
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力。但注射速渡過低，塑料熔體進入模腔后，可能先后分層而形成熔化痕，產生應力集中線，易產生應力開裂。
所以注射速度以適中為宜。最好采用變速注射，在速度逐步減小下停止充模。
⑥保壓時間
保壓時間越長，會增大塑料熔體的剪切作用，從而產生更大的彈性形變，凍結更多的取向應力。所以，取向應力隨保壓時間延長和補料量增長而明顯增大。
⑦開模殘余壓力
應適當調劑注射壓力和保壓時間，使開模時模內的殘余壓力瀕臨于大氣壓力，從而避免產生更大的脫模內應力。
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比如注塑成型是將融化的高分子材料填充至模具里，隨著溫度的差異一邊固化一邊流動，研發者必須把握流動狀況來提升產品良率。
雖然可以通過模擬軟件大概推測模流方向，但是并不能保證實際成品無法準確得知。但是通過應力雙折設備的軸方位信息，就可以準確的知道實際的模流方向，就是這么神奇！
當然真正高端的儀器設備怎么能少數據功能，例如PA系列配備的500萬像素的CCD，十秒就可以采集500萬個點的應力雙折射數據，然后再搭配軟件的分析功能，研發人員的福音。
精確、高效的產品質量控制方案
量產作為產品走向市場的最后一步，雖然有其他設備進行檢測，不過應用于產線卻仍然存在很多問題。
產品缺陷不能及時發現和解決；
不易用簡單有效的數字進行良品、不良品判斷等。
國高材分析測試中心率先引入WPA-200設備，為產業客戶提供從材料研發到量產的全鏈條應力檢測服務，解決了許多量產中的痛點。
展開 7/20 Ansys Mechanical 短纖維復合材料結構仿真解決方案
Ansys Mechanical 2021R1填補了短纖維增強復合材料注塑成型和結構模擬之間溝壑，這一新的工作流程使短纖維增強塑料的模擬比以往任何時候都更容易和更快。 Ansys 2021 R1最新版本的Ansys Mechanical能夠模擬注塑塑料的真實和復雜細節，如纖維的方向和零件中存在的注塑應力。這將大大提高結構開發的準確性。
本直播將介紹在Ansys Mechanical中開展短纖維注塑結構強度、振動特性分析的流程、方法及Demo。
新能源領域電連接器冷熱沖擊CAE仿真分析初探
考慮界面剝離后，分析結果有明顯變化，等效總應變最大數值在孔周邊均布，假如開裂則位置塑膠在孔周邊，但是方向不能確定；
4.注塑后殘余應力的影響
在實際的冷熱沖擊試驗中，產品的開裂結果基本一致，所以前兩種的開裂預測是不準確的，要想準確精確預測開裂區域，還需要考慮塑膠成型后的殘余應力的影響，分析結果如下：
PA6-GF30材料界面分離&注塑殘余應力分析結果
從上面的分析結果可以看出，PA6-GF30材料的開裂趨勢為圖中紅色所示，雙孔區域，平行于長邊，且分析結果顯示，有潛在開裂風險。
短纖維增強復合材料力學仿真技術
如何實現力學分析
ANSYS Mechanical 2021R1短纖維增強復合材料力學特性仿真功能得到了增強，該功能能夠模擬注塑材料的真實和復雜細節，如纖維的方向和零件中存在的注塑應力等。下文主要闡述在Mechanical 2021R1中如何實現短纖維增強復合材料的力學分析。
總體上需要建立圖1的項目流程并分析一個短纖維復合材料注塑而成的簡單模型。其中Material Designer模塊主要計算短纖維復合材料各向異性彈塑性力學性能。Injection Molding Data 為2021R1版本的新增模塊，可以導入專業注塑成型仿真軟件的相應結果，為后續分析提供輸入條件。
圖1
第一步
從Component Systems拖入Mechanical Designer、Injection Molding Data兩個模塊。從Analysis Systems拖入Static Structural模塊，并在Static Structural完成基本幾何建模。
第一步示意圖
第二步
進入Material Designer > Engineering Data，選擇復合材料基體及纖維的材料，本例選擇Resin Polyamide
/Nylon 66為基體材料，E-Glass為纖維材料。
第二步示意圖
第三步
進入Material Designer模塊，Material Designer> Short Fiber Composite > Analytical Model,使用分析模式快速計算均質化平均場參數。
展開 工藝討論：內應力是如何形成的？
1、內應力產生
在注塑制品中，各處局部應力狀態是不同的，制品變形程度將決定于應力分布。如果制品在冷卻時。存在溫度梯度，則這類應力會發展，所以這類應力又稱為“成型應力”。
注塑制品的內應力包兩種：一種是注塑制品成型應力，另一種是溫度應力。當熔體進入溫度較低的模具時，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”。由于凝固的聚合物層，導熱性很差，在制品厚度方向上產生較大的溫度梯度。制品心部凝固相當緩慢，以致于當澆口封閉時，制品中心的熔體單元還未凝固，這時注塑機又無法對冷卻收縮進行補料。
這樣制品內部收縮作用與硬皮層作用方向是相反的；心部處于靜態拉伸而表層則處于靜態壓縮。
在熔體充模流動時，除了有體積收縮效應引起的應力外。還有因流道，澆口出口的膨脹效應而引起的應力；前一種效應引起的應力與熔體流動方向有關，后者由于出口膨脹效應將引起在垂直于流動方向應力作用。
2、影響應力的工藝因素
（1）向應力的影響在速冷條件下，取向會導致聚合物內應力的形成。由于聚合物熔體的粘度高，內應力不能很快松馳，影響制品的物理性能和尺寸穩定性。
各參數對取向應力的影響：
熔體溫度，熔體溫度高，粘度低，剪切應力降低取向度減小；另一方面由于熔體溫度高會使應力松馳加快，促使解取向能力加強。
可是在不改變注塑機壓力的情況下，模腔壓力會增大，強剪切作用又導致取向應力的提高。
在噴嘴封閉以前，延長保壓時間，會導致取向應力增加。
提高注射壓力或保壓壓力，會增大取向應力，
模具溫度高可保證制品緩慢冷卻，起到解取向作用。
展開 
報名 | Ansys 2021 R1新品發布，為工程團隊解鎖無限可能
Ansys Discovery現包括自動流體固體熱分析，可輕松預測流體和固體熱行為
Ansys 2021 R1也有助于制造企業填補短纖維增強復合材料的注塑成型與結構仿真之間的空白，短纖維增強復合材料越來越多地應用在汽車組件和消費類產品中。蒂森克虜伯普利斯坦汽車零部件有限公司（thyssenkrupp Presta AG）運用這些改進的仿真技術，通過短纖維工作流程幫助他們引領未來交通。
thyssenkrupp Presta AG結構與耐久性工程師Francesco Fiorini表示：“Ansys 2021 R1的最新版本Ansys? Mechanical?能夠為注塑成型塑料進行復雜逼真的細節建模，例如纖維的方向和部件中存在的注塑應力。這顯著提高了我們工程研發的精度。”
Ansys高級副總裁Shane Emswiler指出：“Ansys 2021 R1將為各種規模的企業和工程團隊提供研發產品所需的行業領先技術，這將塑造我們全球社區的未來。Ansys 2021 R1為工程師提供了獨特功能，幫助工程師開拓過去無法想象的創新，為企業創造顯著的競爭優勢并加快產品上市進程。”
Ansys 2021 R1新版本亮點一覽
電子技術的進步有助于工程師對過去無法實現的大型電磁（EM）系統進行仿真，同時提高效率和可擴展性
面向自動駕駛汽車的豐富傳感器套件（包括基于物理的實時雷達傳感器）可用于閉環仿真驗證，以確保自動駕駛汽車的安全性。
展開 如何優化注塑工藝，提高PC/ABS電鍍性能？
材料配方設計和電鍍工藝通常是人們認為影響PC/ABS電鍍性能的主要因素，然而很少有人關注注塑加工工藝對電鍍性能的影響。
注塑溫度
在保證材料不會裂解的情況下，較高的注塑溫度可以得到更好的電鍍性能。
在較低的注塑溫度下，PC/ABS材料的流動性差，注塑出的產品有較大的內應力，在粗化過程中應力釋放，導致產品表面的刻蝕不均勻，進而導致電鍍產品外觀不良，以及電鍍結合力差的狀況產生。
而較高的注塑溫度，可以降低產品的注塑殘留內應力，從而提高材料的電鍍性能。相關研究表明，相較于注塑溫度為230℃的產品，溫度提高到260℃-270℃時，鍍層結合力提高約50%，同時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，將會導致注塑產品表面的外觀不良，進而影響其電鍍性能。
注塑速度和壓力
較低的注塑壓力和適當的注塑速度有利于提高PC/ABS的電鍍性能。
注塑壓力過大，將導致產品內部分子的過分擠壓，產生較高的產品內應力，進而導致產品粗化不均及電鍍結合力較差；
適當提高注塑速度，可以使澆口位置的剪切加大，導致流體溫度的提高，進而會提高整個材料的流動性，有利于產品的充填，降低產品的內應力；但剪切太大會導致材料的裂解，產生氣痕，起皮，毛邊等問題。
保壓壓力及保壓切換點
過高的保壓壓力和較晚的保壓切換位置，容易導致產品的過度填充和澆口位置的應力集中及產品內部較高的殘留應力。因此要結合實際產品充填狀態來設定保壓壓力和保壓切換點。
模具溫度
高模溫有利于提高材料的電鍍性能。
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注塑溫度
在保證材料不會裂解的情況下，較高的注塑溫度可以得到更好的電鍍性能。
在較低的注塑溫度下，PC/ABS材料的流動性差，注塑出的產品有較大的內應力，在粗化過程中應力釋放，導致產品表面的刻蝕不均勻，進而導致電鍍產品外觀不良，以及電鍍結合力差的狀況產生。
而較高的注塑溫度，可以降低產品的注塑殘留內應力，從而提高材料的電鍍性能。相關研究表明，相較于注塑溫度為230℃的產品，溫度提高到260℃-270℃時，鍍層結合力提高約50%，同時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，將會導致注塑產品表面的外觀不良，進而影響其電鍍性能。
注塑速度和壓力
較低的注塑壓力和適當的注塑速度有利于提高PC/ABS的電鍍性能。
注塑壓力過大，將導致產品內部分子的過分擠壓，產生較高的產品內應力，進而導致產品粗化不均及電鍍結合力較差；
適當提高注塑速度，可以使澆口位置的剪切加大，導致流體溫度的提高，進而會提高整個材料的流動性，有利于產品的充填，降低產品的內應力；但剪切太大會導致材料的裂解，產生氣痕，起皮，毛邊等問題。
保壓壓力及保壓切換點
過高的保壓壓力和較晚的保壓切換位置，容易導致產品的過度填充和澆口位置的應力集中及產品內部較高的殘留應力。因此要結合實際產品充填狀態來設定保壓壓力和保壓切換點。
模具溫度
高模溫有利于提高材料的電鍍性能。
展開 溫度、壓力、速度，這些注塑工藝怎么調？
不過在注塑一些半結晶性熱塑性塑料（如PA及POM）時，由于壓力驟變，會使結構惡化，所以有時無須使用次階段壓力。
鎖模壓力
為了對抗注射壓力，必須使用鎖模壓力，不要自動地選擇可供使用的最大數值，而要考慮投影面積，計算一個適合的數值。注塑件的投影面積，是從鎖模力的應用方向看到的最大面積。
對大多數注塑情況來說，它約為每平方英寸2噸，或每平方米31兆牛頓。然而這只是個低數值，而且應當作為一個很粗略的經驗值，因為，一旦注塑件有任何的深度，那么側壁便必須考慮。
背壓
這是螺桿后退前所須要產生及超越的壓力，采用高背壓雖有利于色料散布均勻及塑料熔化，但卻同時延長了中螺桿回位時間，減低填充塑料所含纖維的長度，并增加了注塑機的應力；故背壓越低越好，在任何情況下都不能超過注塑機注塑壓力（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的壓力。它沒有固定的數值，而是隨模具填充的難度加大而增高。射嘴壓力、線壓力和注射壓力之間有直接的關系。
射嘴壓力大約比注射壓力少大約百分之十左右。而在活塞式注塑機時壓力損失可達到百分之十左右。而在活塞式注塑機時壓力損失可達到百分之五十。
注塑速度
這是指螺桿作為沖頭時，模具的填充速度。注塑薄壁制品時，必須采用高射速，以便于熔膠未凝固時完全填充模具，生產較為光滑的表面。填充時使用一系列程序化的射速，避免產生噴射或困氣等缺陷。注射可在開環式或閉環式控制系統下進行。
無論采用那種注射速度，都必須將速度值連同注射時間記錄于記錄表上，注射時間指模具達到預定的首階段射壓所須的時間，是螺桿推進時間的一部分。
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