羅孝輝，姜勇

（延鋒彼歐汽車(chē)外飾系統(tǒng)有限公司技術(shù)中心，上海 201805）

0 前言

注塑制品翹曲變形是指注塑制品的形狀偏離了模具型腔的形狀，它是塑料制品常見(jiàn)的缺陷之一，產(chǎn)生的主要原因是收縮不均勻。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)塑料制品的外觀和使用性能要求越來(lái)越高，翹曲變形的程度作為評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一也越來(lái)越多地受到模具設(shè)計(jì)者和工藝開(kāi)發(fā)者的關(guān)注與重視。工藝開(kāi)發(fā)人員希望在制造階段能夠消除產(chǎn)品翹曲造成的外觀匹配問(wèn)題，模具設(shè)計(jì)者更希望能夠在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)出塑料件可能產(chǎn)生翹曲的原因及變形量，以便加以優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高注塑生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，縮短模具設(shè)計(jì)周期，降低后期開(kāi)發(fā)成本。

文中著重介紹了運(yùn)用不同的方法解決注塑件翹曲變形的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及預(yù)變形分析的應(yīng)用。

1 原始方案分析

如圖1所示，制件為某款車(chē)型的電鍍裝飾條，選定兩個(gè)進(jìn)膠點(diǎn)，按默認(rèn)工藝進(jìn)行初步分析，具體設(shè)定見(jiàn)表1。

表1 工藝設(shè)置

此次分析的電鍍飾條，厚度均勻，基本料厚為2.5 mm，尺寸為680 mm×172 mm×25 mm，產(chǎn)品理論質(zhì)量73 g，選用Dow公司的3219 HH材料。分析結(jié)果如圖2所示:圖 （a）為充填時(shí)間，上下兩模流動(dòng)基本平衡;圖 （b）為充填百分比，對(duì)于單一模腔，可以看出尖端頭的充填率較平端頭低，可能會(huì)導(dǎo)致尖端頭的收縮更大;圖 （c）為綜合變形的情況，平端頭的變形量在13 mm左右，尖端頭的變形量在32 mm左右。

按此設(shè)計(jì)工藝開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品實(shí)際變形量:平端頭10 mm，尖端頭16 mm。

由于此變形量的存在，導(dǎo)致零件在裝車(chē)過(guò)程中存在面差過(guò)大、間隙過(guò)大的外觀缺陷，如圖3所示。

針對(duì)此翹曲變形引起的質(zhì)量問(wèn)題，作者考慮了多方面因素來(lái)消除此變形量，從而優(yōu)化匹配的效果，并在多個(gè)方面取得了重大的突破。

2 優(yōu)化方案分析

主要涉及的優(yōu)化方案:（1）預(yù)變形模具的開(kāi)發(fā);（2）整形工裝 （工位器具）應(yīng)用;（3）其他 （如電鍍掛具、梅花樁、結(jié)構(gòu)更改）。下面將分別介紹這幾種方案的分析過(guò)程。

2.1 預(yù)變形模具的研究

說(shuō)明1:實(shí)際變形量的計(jì)算。作者選擇固定的基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)產(chǎn)品投影的方式，較精確地統(tǒng)計(jì)變形值，如圖4所示。

說(shuō)明2:預(yù)變形產(chǎn)品中變形原點(diǎn)的選擇。以模流分析中的原點(diǎn)坐標(biāo) （即變形量最小值處）作為預(yù)變形下的原點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，如圖5所示。

2.1.1 工藝分析對(duì)比

通過(guò)調(diào)整注塑工藝，包括注射速度、保壓壓力時(shí)間等參數(shù)（由于影響較小未計(jì)入表格），統(tǒng)計(jì)兩端的實(shí)際變形量，見(jiàn)表2。

表2 二點(diǎn)澆口在不同工藝下的變形量 mm

由表2可知:在澆口形式、模具形式固定的情況下，調(diào)整澆口的打開(kāi)順序和模具溫度，變形量差異在±1 mm之間，對(duì)減小變形量的意義不大。

2.1.2 二點(diǎn)澆口的模流分析對(duì)比

在基本工藝設(shè)置 （見(jiàn)第1節(jié)）不變的前提下，通過(guò)設(shè)置不同澆口形式和打開(kāi)方式對(duì)比變形量。

由圖6、圖7、表3可以得到推論:不論工藝條件如何變化，模流分析與實(shí)際變形量之間對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)基本一致，這對(duì)于選擇變形量數(shù)值具有重要的指導(dǎo)意義。

表3 二點(diǎn)澆口模流分析變形量與實(shí)際變形量對(duì)比 mm

2.1.3 二點(diǎn)與三點(diǎn)澆口的模流分析對(duì)比＆預(yù)變形量的確認(rèn)

由圖8、圖9、表4可以得到推論:兩點(diǎn)和三點(diǎn)澆口下的翹曲變形量略有不同，但是變形趨勢(shì)一致，因此通過(guò)二點(diǎn)和三點(diǎn)變形量類(lèi)比的方式，初步計(jì)算三點(diǎn)澆口下實(shí)際變形量:左側(cè)10 mm，右側(cè)14 mm。

表4 二點(diǎn)和三點(diǎn)模流分析及實(shí)際對(duì)比 mm

確定了基準(zhǔn)原點(diǎn)和變形量后，進(jìn)行新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，效果如圖10所示。

其中紅色為原產(chǎn)品三維圖，藍(lán)色為預(yù)變形產(chǎn)品三維圖。將預(yù)變形產(chǎn)品再次與原產(chǎn)品進(jìn)行模流分析對(duì)比。

由圖11、圖12、表5進(jìn)一步得到理論驗(yàn)證:用Dow 3219 HH材料，用三點(diǎn)順序閥開(kāi)的方法，分別用原數(shù)據(jù)和預(yù)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行模流分析對(duì)比，兩者變形量幾乎一致，即可以推測(cè)預(yù)變形后的產(chǎn)品變形趨勢(shì)、變形量 （左13.09 mm，右27.28 mm）與未預(yù)變形的產(chǎn)品變形趨勢(shì)、變形量 （左14.49 mm，右26.3 mm）基本一致。

表5 原產(chǎn)品與預(yù)變形產(chǎn)品模流及實(shí)際最大變形量對(duì)比 （三點(diǎn)順序閥開(kāi)） mm

2.1.5 預(yù)變形產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用

（1）制件自測(cè)效果展示。通過(guò)調(diào)整不同注塑工藝，將預(yù)變形后的產(chǎn)品 （圖13）上檢具測(cè)量長(zhǎng)度，用卡尺測(cè)量寬度，用弧度檢測(cè)工裝測(cè)量弧度，目視檢測(cè)外觀狀態(tài)，通過(guò)與對(duì)手件匹配，得到的結(jié)果如表6所示。

表6 預(yù)變形飾條的實(shí)際測(cè)量結(jié)果

由表6可以看出:預(yù)變形產(chǎn)品的實(shí)際變形量與當(dāng)初設(shè)定的左側(cè)10 mm、右側(cè)14 mm基本接近，變形后與理論值偏差在±3 mm之內(nèi)，因此變形后能夠符合產(chǎn)品初始設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了原先預(yù)計(jì)的變形效果。

（2）制件與對(duì)手件匹配效果展示。制件與對(duì)手件匹配情況見(jiàn)圖14，匹配效果見(jiàn)表7。

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表7 預(yù)變形飾條與對(duì)手件的實(shí)際匹配效果 （上檢具狀態(tài)）

由表7可以看出:預(yù)變形的產(chǎn)品與對(duì)手件匹配的間隙和面差均能保證在標(biāo)準(zhǔn)值±0.5 mm之內(nèi)，更進(jìn)一步證明了，該預(yù)變形產(chǎn)品在變形后能夠滿足匹配的所有要求。

2.1.6 預(yù)變形方案的驗(yàn)證結(jié)論

通過(guò)飾條類(lèi)預(yù)變形產(chǎn)品的實(shí)例研究，找到了預(yù)測(cè)變形量的方法，對(duì)于類(lèi)似長(zhǎng)條類(lèi)產(chǎn)品，在工藝設(shè)置相同的情況下，選擇固定的基準(zhǔn)點(diǎn)后 （原點(diǎn)坐標(biāo)），可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同澆口下的模流分析變形量進(jìn)行自身對(duì)比，同時(shí)根據(jù)目前研究的飾條變形量的比例趨勢(shì)去預(yù)測(cè)其他產(chǎn)品的變形趨勢(shì)。這樣就可以在開(kāi)模前較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)產(chǎn)品的理論變形量，直接根據(jù)分析結(jié)果來(lái)修改產(chǎn)品數(shù)據(jù)和調(diào)整模具結(jié)構(gòu)，可以有效地避免后期開(kāi)發(fā)過(guò)程中因產(chǎn)品翹曲造成的匹配及外觀不良問(wèn)題。

2.2 整形工裝的研究

對(duì)于已經(jīng)翹曲的產(chǎn)品，文中也對(duì)幾種方法進(jìn)行了相關(guān)研究，并獲得了顯著的成效，特別是泡沫盤(pán)整形方案的成功對(duì)于以后項(xiàng)目有著重大的指導(dǎo)意義。雖然在其他很多項(xiàng)目中都會(huì)有各自的整形方案，但是在此次的飾條案例中，必然是目前最經(jīng)濟(jì)、最便捷、最實(shí)用的方法。

2.2.1 檢具、工裝整形

最常見(jiàn)的整形手段之一，如圖15所示。

由于這兩種方案是按照產(chǎn)品數(shù)據(jù)弧度整形，對(duì)于需要后處理的飾條產(chǎn)品，在整形后，短時(shí)間內(nèi)雖然可以保證弧度，但是在經(jīng)過(guò)高溫去應(yīng)力的工藝后，零件會(huì)重新反彈，整形效果消失。而且這兩種整形方式，操作不便捷、無(wú)法量化、成本高、時(shí)間長(zhǎng)，因此局限性較大，不能推廣。

2.2.2 夾鉗＆梅花樁整形

用價(jià)格低廉的樹(shù)脂做基材，用金屬夾鉗或金屬定位柱做定量整形，如圖16所示。

圖16（a）所示為便攜工裝，可以在紅色圈位置處粘貼泡沫塑料塊來(lái)支持零件，用夾鉗固定住產(chǎn)品，且變形量可通過(guò)夾鉗調(diào)整;而圖16（b）所示的梅花樁整形方法也可以對(duì)變形量進(jìn)行定量調(diào)整，且同一工裝可以應(yīng)用于幾套零件。這兩種方案雖然解決了之前檢具和工裝在變形量和后處理工藝上的局限性，且在整形后確實(shí)能達(dá)到消除翹曲的效果，但是由于工裝體積大、質(zhì)量大，操作仍不便捷，而且成本仍很高，無(wú)法大批量推廣。但是不可否認(rèn)，這兩種整形方式達(dá)到了消除翹曲的效果，對(duì)于其他整形方案的研究有很大的借鑒意義。

2.2.3 掛具整形

通過(guò)掛具來(lái)控制零件的變形量也是比較常見(jiàn)的整形方案之一，見(jiàn)圖17。

在電鍍工藝過(guò)程中，選擇產(chǎn)品上的定位點(diǎn)，通過(guò)掛具上的結(jié)構(gòu)固定，并在電鍍過(guò)程中保持既定的變形量，從而在電鍍后實(shí)現(xiàn)消除翹曲的效果。此方案有很多優(yōu)點(diǎn)，操作便捷、成本低、可量化。但有兩個(gè)最大的缺陷:（1）電鍍后的變形量雖然可以有效控制，但是不穩(wěn)定，有的時(shí)候會(huì)超出預(yù)想的變形效果;（2）電鍍過(guò)程中是通過(guò)強(qiáng)行施加力使其達(dá)到消除翹曲的效果，其實(shí)零件本身仍存在著應(yīng)力，當(dāng)外界溫度較高時(shí)，應(yīng)力仍會(huì)釋放，翹曲也會(huì)重新反彈。這在很多項(xiàng)目上都曾發(fā)生，當(dāng)車(chē)輛在炎熱天氣中或者在陽(yáng)光暴曬下時(shí)，飾條就會(huì)有翹曲的反應(yīng)。

2.2.4 注塑件定型

注塑件工位器具整形，這是一個(gè)全新的想法，也是非常成功的案例。

圖18（a）表面上看就是普通的飾條類(lèi)周轉(zhuǎn)工裝——泡沫盤(pán)，但是考慮到翹曲問(wèn)題，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)泡沫盤(pán)進(jìn)行了過(guò)定位設(shè)計(jì)，即零件放進(jìn)泡沫盤(pán)后，就相當(dāng)于放進(jìn)了一個(gè)定量整形工裝，過(guò)量的數(shù)值可通過(guò)試制驗(yàn)證得到。零件隨著泡沫盤(pán)一起周轉(zhuǎn)，并在泡沫盤(pán)內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力，這樣在注塑件的過(guò)程中就完成了零件的整形，如圖18（b）。這樣的整形方式成本低、操作性強(qiáng)、應(yīng)用廣、效果佳。

2.2.5 注塑整形與電鍍整形的對(duì)比

說(shuō)明:弧度測(cè)量工裝，采用兩點(diǎn)定位，一點(diǎn)讀數(shù)的方式，進(jìn)行簡(jiǎn)易的弧度測(cè)量，如圖19所示。注塑件整形與電鍍掛具整形的對(duì)比見(jiàn)表8。

表8 注塑件整形與電鍍掛具整形的對(duì)比

2.2.6 整形方案的驗(yàn)證結(jié)論

通過(guò)飾條類(lèi)翹曲產(chǎn)品的實(shí)例研究，找到了消除翹曲變形量的方法，對(duì)于類(lèi)似長(zhǎng)條類(lèi)產(chǎn)品，在翹曲已經(jīng)既成事實(shí)的情況下，選擇在工藝中不可缺少的環(huán)節(jié)，比如工位器具，加以設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮將工藝條件與工位器具匹配，將周轉(zhuǎn)器具與產(chǎn)品一同進(jìn)行去應(yīng)力，這樣可以準(zhǔn)確地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行矯正，達(dá)到整形的效果。

3 結(jié)論

對(duì)于易翹曲類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可以通過(guò)預(yù)變形的方式，參考此次案例中變形量的預(yù)測(cè)手法，利用Moldflow軟件，對(duì)制品進(jìn)行澆口布置、工藝設(shè)置等分析，較準(zhǔn)確地給出變形量參考數(shù)值，從而有效降低制品的翹曲情況，以達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目的，避免后期開(kāi)發(fā)過(guò)程中，因產(chǎn)品翹曲造成的匹配及外觀不良問(wèn)題。

對(duì)于已經(jīng)翹曲的產(chǎn)品，解決的方案很多，文中采用工位器具進(jìn)行整形是一個(gè)非常實(shí)用的方式，可以作為借鑒，但是在實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)具體情況靈活運(yùn)用。

【1】貢曉潔，魏愛(ài)思，管旭明.運(yùn)用Moldflow針對(duì)翹曲問(wèn)題優(yōu)化塑料制品的應(yīng)用［J］.塑料制造，2010（7）:62－63.

【2】黃鋼華，張益華，魯世紅.Moldflow_MPI翹曲分析在注塑模中的應(yīng)用［J］.塑料制造，2008（8）:64－67.