基于变形补偿法研究汽车薄壁塑件的翘曲变形研究

张田荣

（甘肃机电职业技术学院，甘肃 天水 741001）

翘曲变形一直是汽车薄壳常见的缺陷之一，不同材料和形状的注塑件的翘曲变形有误差性，翘曲的出现会影响注塑件的形状、密度和表面质量，会引起不可避免的缺陷，是难以完全消除的问题，后期主要做到优化塑料零件的结构、模具形态，以及成型工艺优化，以减少翘曲变形。本文以某汽车薄壁塑件为例，论述合理设置注塑件的浇注系统、冷却系统和工艺参数。

1 翘曲变形原理及分析

1.1 翘曲变形的介绍

日益激烈的市场竞争对制造业的精度要求越来越高。对于翘曲变形问题，主要是考虑翘曲变形的模拟精度，研究补偿工业实践中它的误差，调整过程参数的范围来减少误差，若缺陷较严重，可采用模具补偿法或修改产品，以确保精度。模具工艺参数补偿方法对翘曲变形问题具有重要的指导意义。

1.2 造成注塑翘曲变形的因素分析

在注射成型时，产品存在收缩，会导致薄壁塑件的形状与模具中型腔的形状不同，原定的尺寸会有误差，影响产品的使用效果和观感。对于薄壁塑件而言，翘曲变形是由多种因素引起的，受模具结构、加工精度、强度以及表面粗糙度都会对翘曲变形产生影响。对于力学、塑件的物理性而言，还要考虑结构参数、抗拉强度、抗弯强度、冲击韧性、表面电阻率、最低成型温度、最高成型温度等。

2 导致翘曲变形影响

2.1 残余热量对薄壁塑件翘曲变形的影响

在成形过程中，熔体会发生不均匀收缩，从力学角度影响并导致翘曲变形。在注塑冷却阶段，在温度大于玻璃化转变温度时，为黏弹性流体，伴随着应力松弛，在温度小于玻璃化转变温度时，会变成固体。薄壁塑件由液体向固体的转变，其中残余热对变形影响很大。

2.2 冷却阶段还有充模对翘曲变形的影响

薄壁塑件在注射压力下，在冷却和凝固过程中的两种状态是成型的关键因素。不同的温度状态会影响塑体的收缩程度，塑体之间的温差会导致不同位置的收缩不均匀，从而影响塑件的生产效率和质量。如果压力和流量增加，会引起冻结应力，引起翘曲变形。

2.3 脱膜阶段对翘曲变形的影响

通常型腔流出的塑件脱模力不平衡，脱模强度大，运动不平稳，容易变形。当模具冷却后，薄壁塑件的应力会以变形的形式失去约束，造成翘曲变形。塑料本体的质量问题无法得到保证，这对脱模有一定的影响。成型后，必须室温下使用校正器进行维护，能略微防止变形。

3 变形补偿法原理及依据

3.1 变形补偿法原理、理论依据

为了减少翘曲变形，采用变形补偿法对薄壁塑件的翘曲变形进行了重新设计，简而言之，就是根据数值建模得到的产品变形量或实际成型过程中产品的变形量，对产品进行一定的预变形（逆向变形），达到改变模具工作零件的结构和尺寸目标。增加预变形产品和模具设计可以补偿大部分变形，从而达到提高产品精度的目的。

注塑件变形预补偿的理论是在尺寸缩小区域提高一个变形量，在尺寸增加区域减少一个变形量。通常，注塑件每个零件的翘曲变形量不一致，因此有必要反转每个零件的翘曲变形，并将其附着到初始零件上。当然，变形的增加或减少，在一般情况下，并不能完全补偿翘曲变形，还会有一些偏差。

3.2 影响变形补偿法实施因素

从理论上讲，采用变形补偿重新设计薄壁塑件，然后，根据重新设计的薄壁塑件塑件设计注塑模具，可以修正翘曲变形对尺寸精度的影响。但实际上，数值模拟软件中存在一些误差，尤其是翘曲变形与注射模的浇注系统、冷却系统和工艺参数息息相关，因此，在变形补偿法试验中，应考虑影响翘曲变形的不利因素。

4 防止成型收缩率的误差

4.1 注塑压力改变收缩率

收缩率会随注射压力的变化而变化，要使单腔模具内的腔压尽可能一致，对于多型腔模具，型腔彼此之间的膜腔压力差别要小，但是，对于单型腔多交口，或者是多型腔多浇口的情况下，就必须以相同的注塑压力注射，这样就可以使型腔的压力一致。要保持腔体压力的平衡，首先，要保持流量的平衡，浇口处的压力平衡与水流中的流动阻力有关。在精密注射模型腔的设计中，要注意型腔的布置，避免注射压力改变收缩力。

4.2 熔体温度和模具温度对收缩力影响

熔体温度和模具温度对成型收缩率影响很大，这会导致产品表面出现缺陷，必须持续在规定的温度范围内，并确保模具温度不会随时间变化，应特别注意温差冷却时回路的设计。为了减小每个空腔的温差，应特别注意温度的变化，主要有串联冷却和并联冷却两种方法。因为进到每个回路的冷却水温度一样，所以每个腔体的温度将一样。每个回路的热量不一样，每个回路的冷却能力也不一样，会造成腔体的温度不同。冷却水入口与出口之间的温差随热量有所差异，对于汽车塑料件小型精密注塑模具的成本而言，使用串联冷却回路比较恰当。在冷却回路的设计中，腔体和芯体的取热量不一样，回路结构的热阻也不一样。然后，腔体温度和堆芯入口温度将出现误差。用于一般汽车塑料件的小型注射模芯非常小，有着冷却水系统使用困难问题。

4.3 保持模具的精度

为了使注射压力和模具精度提高，在进行模具结构设计时，需要顾及研磨和抛光型腔零件的实用性，尽管腔体等加工已经达到高精度需求，但在成型过程中，会出现中心偏移，这样成型的内侧还有外侧尺寸仍旧无法满足设计标准的需求，为了让模具表面型腔的标准尺寸准确，除了常规模具中应用的导套设置中心外，还要求使用锥形定位销等，以确保尺寸的准确性。注塑模具的材料采用具有良好机械性能的合金工具钢，它具有很强的耐腐蚀性、很强的热压性和很强的耐磨性。在模具设计中，对精密注塑模具容易损坏零件，要考虑可修复的可能性，以保证模具修复的准确性。

5 优化措施

5.1 构建强化建模

由于稳健优化模型的强化结果是为变形预补偿提供参照，因此，在建模过程中应考虑变形预补偿后的尺寸精确度。

5.2 参数的优化

一般而言，减轻整个注塑过程中最大翘曲变形的平均值和标准偏差，可以提升大多数注塑零件的尺寸精确度。因此，最大翘曲变形指数仍然是稳健强化模型的最终目标函数。由于最大翘曲变形的平均值可以通过注塑件的预变形来消除，因此，稳健优化模型的目标函数不同于以往稳健优化模型的目标函数。稳健强化后是最优化的模具参数及工艺参数，将最优化的参数代入Moldflow做分析，得到若干个塑料物性参数取不同值的分析数据。然后，可将初始的网格模型及若干个翘曲结构借由Patout输出，并可应用高级编程语言对文件中的节点坐标、变形数据进行算出。

6 结语

随着各种车型的不断增多和不断改进，翘曲变形是注塑成型中最常见的缺陷之一，也是最难完全解决的问题，严重的翘曲变形会影响产品的外观和性能。因此，如何减少薄壁塑件的翘曲变形是塑料生产领域的一项重要任务。通过变形补偿方法，根据最佳补偿方案进行开模生产，并与实际制件的装配精度要求进行比较，验证了该方法的可行性。实践证明，该方法可以提高开模成功率，节约成本，提高生产效率。