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　　亚克力在加工注塑成型时经常会出现变形问题，亚克力注塑中的翘变形是很棘手的问题，该如何解决呢?亚克力展示架厂家金晖展示认为这些都是高应力取向造成的变形的表现，主要应从模具设计方面着手解决，而成型条件的调整效果则是很有限的。亚克力变形的原因及解决方法可参照以下几点：
　　1、由于冷却方法不合适，使冷却不均匀或冷却时间不足时，可调整冷却方法及延长冷却时间等。例如，可尽可能地在贴近变形的地方设置冷却回路。
　　2、对于亚克力制品成型收缩所引起的变形，就必须修正模具的设计了。其中，最重要的是应注意使制品壁厚一致。有时，在不得已的情况下，只好通过测量制品的变形，按相反的方向修整模具，加以校正。收缩率较大的树脂，～般是结晶性树脂(如聚甲醛、尼龙、聚丙烯、聚乙烯及PET树脂等)比非结晶性树脂(如亚克力树脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂及AS树脂等)的变形大。另外，由于玻璃纤维增强树脂具有纤维配向性，变形也大。
　　3、由亚克力制品成型条件引起残余应力造成变形时，可通过降低注射压力、提高模具并使模具温度均匀及提高树脂温度或采用退火方法予以消除应力。
　　4、脱模不良引起应力变形时，可通过增加推杆数量或面积、设置脱模斜度等方法加以解决。
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产品参数性能项目试验条件[状态]测试方法测试数据数据单位基本性能吸水率23℃ISO 620.02%物理性能比重ISO 11831.95g/cm3模具收缩率ISO 25770.2-0.6%机械性能拉伸模量ISO 527-119000MPa拉伸强度ISO 527-1130MPa断裂伸长率ISO 527-11.2%弯曲模量ISO 17818800MPa弯曲强度ISO 178210MPaIZOD缺口冲击强度23℃ISO 180/1A6KJ/m2洛氏硬度ISO 2039-2100M-Scale热性能热变形温度1.80MpaISO 75-1270℃阻燃等级0.750mmUL94V-0
聚苯硫醚英文名称Poly phenylene sulfide，简称PPS，是一种新型的工程塑料，在美国于1973年才开始工业化生产，近年发展得很快，已成为继尼龙（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、热塑性聚酯（PET和PBT）及聚苯醚（PPO）之后的第六大工程塑料和大特种工程塑料。产品分为两类：一类是支链型热塑性聚合物，粘度较高。另一类是热固性聚合物，固化前具有线性分子结构，固化后加热充分也艰软化到一定程度。下面主要介绍热塑性PPS。PPS是分子主链上具有苯硫基的高聚物，由于其结构为苯环与硫交替连接，分子链具有很大的刚性及规整性，因而PPS为结晶性聚合物，具有很多优异性能，如耐热性、刚性、阻燃性及电绝缘性。硫原子上的孤对电子使得PPS与玻璃纤维、无机填料及金属具有良好的亲和性，易于制成各种增强复合物及合金材料。一、PPS的性能1、物理力学性能PPS是一种白色、结晶度高的聚合物，密度为1.34。其力学性能优良、拉伸强度和弯曲强度优于PA、PC、PBT等，具有极高的刚性和抗蠕变性，但其脆性较大，缺口冲击强度较低，低于PA、PC、PBT高于POM。加入玻璃纤维增强后其力学性能更优。PPS属惰性物质，无毒。2、热性能由于PPS为结晶性聚合物，结晶度可达65%，其结晶温度为127℃，熔点为286℃，热变形温度260℃，在空气中430-460℃以上才分解，热稳定性远超出PA、PBT、POM等工程塑料，长期使用温度在热塑性塑料，可达220-240℃。PPS还是具有良好的绝热性和阻燃性，其临界氧指数与PVC相当，可达47%，无需加入阻燃剂，PPS可达到UL94-V0级水平。3、电性能PPS的分子结构对称，无极性，吸水性低，故其电绝缘性十分优良，与其他工程塑料相比，其介电常数小，耐电弧性相当于热固性塑料，在高温、高湿、变频等条件下，PPS还能保持优良的电绝缘性。加入导电填料，可制得导电性PPS复合材料，用于防静电及电磁屏蔽。4、耐化学性由于PPS具有较高的结晶度，故其具有优良的耐化学药品性，在200℃以下不溶于任何有机溶剂，除强氧化性酸外，可经受各类酸、碱、盐的侵蚀，在高温下经各种化学药品长期浸泡后，还保持较高的强度，仅次于聚四氟乙烯。PPS还具有良好的耐候性和耐射性。5、加工性能1）吸水性
PPS的吸水性较低，只有0.02%。2）流动性
PPS的流动性较好，可加工薄壁制品，其流动性根据PPS的品种、规格而不同，线性PPS比支化交联PPS的流动性高，随温度升高，物料的流动性增加，但温度过高或物料在机筒内停留时间过长，物料会发生部分交联，导致流动降低。3）结晶性
PPS为结晶性聚合物，其结晶度随成型时的冷却温度及速率而变，冷却速度越快，其结晶度越低。而结晶度大小又对其强度、耐热性、耐候性、尺寸稳定性都有较大影响。随结晶度增加，制品的热变温度提高，刚性、表面光洁度、表面硬收缩率等增加，尺寸稳定性也增加。4）热稳定性
PPS在高温下时间长会发生部分氧化交联反应，导致物料的流动性降低，色泽变深，影响制品的质量和性能。此外，PPS
对金属有较强的粘附性，要防止物料在机筒内固化。5）收缩性 对于结晶性塑料，在成型加工时，结晶度随模具温度增加而增大，而结晶度增大，收缩率也增加，故收缩率随模具温度而增大。通常PPS的收缩率都较小，但与流动方向垂直的收缩率大于流动方向的2-4倍。产品厚度、形状、注射速度也会对收缩率须影响。6）二次加工PPS制品可以切削、攻丝等机械加工和超声波焊接、粘合剂接等加工。二、成型设备与模具1、注塑机的选用1）锁模力PPS的流动性与ABS、POM相近，在计算锁模力时，要考虑流动性这个因素，选择材料流动特性系K值，可按第四组与ABS、POM等到相同。2）注射量根据产品的重量来选择合适的注射量，不宜选用注射量超出过多的注塑机，以免胶料在机筒内停留时间过长而发生氧化交联反应甚至固化，导致产品变色，影响产品的性能和质量。3）螺杆、机筒根据PPS
的特征，PPS没有腐蚀性，因此，对于一般的PPS料，可以采用普通螺杆，但由于加工温度高且有结晶体熔化吸热，所以机筒加热器的功率须足够。在多数情况下，PPS都加入玻璃纤维以增强其各种性能，这些材料对机筒和螺杆的磨损很大，必须采用耐磨的机筒螺杆，台镀硬铬螺杆或双金属螺杆、机筒。4）射嘴采用开放式射嘴，内径&3-6mm，射嘴的加热器是能单独控制，这样可使成型加工更方便。若有些制品要求防止流涎，可以使用自锁射嘴，但清理比较困难。2、产品造型与模具设计1）产品造型PPS属结晶性聚合物，产品的转角及壁厚变化的部位会引起应力集中，导致应力开裂、尺寸变化、强度下降等问题出现，产品设计时产品的转角应为圆弧过渡，并尽量避免厚薄不均，一般情况下制品的厚度不要超出7-10mm。合理的加强筋设计可以增加制品的刚性，防止制品翘曲、消除残余应力、提高流动性，增加筋条的数目比增加筋条的高度与厚度效果更好，通常筋条的选取为制品厚度的一半并圆角过渡，筋条的脱模斜度为2-3&。2）模具材料PPS的加工温度较高，胶料温度为290-330℃，模具温度为130-180℃，同时PPS在大多数情况下以玻璃纤维增强，内含较大量的玻璃纤维，磨损问题必须考虑，故模具材料应以140-150℃为基准，选用合适的合金材料，如SK、SKD、SKH等，硬度为HRC60-65，表面电镀。3）流道流道形状以圆形、梯形为宜，流道锥度为2-3&，在流道末端设置冷料井。4）浇口浇口可以采用针型、圆盘型、扇型、轮辐型、侧入型等，不宜采用潜伏型浇口，因为PPS制品硬度大，收缩率小。浇口应设置在制品截面最厚的部位，浇口直径不小于0.6mm，对于增强PPS，因结晶取向引起强度和收缩率的方向各异，故在设计浇口形状及位置时，必须考虑胶料流动方向引起的尺寸变化和强度变化，以及因熔合纹引起的强度下降，垂直使熔合纹出现在没有负荷或负荷较小和不明显的部位。5）脱模为了保证制品的表面光洁平整度及易于脱模，模具的型腔、流道等部位应有较高的光洁度和脱模斜度，脱模斜度一般为1-3&。脱模顶针的直径、数量、位置的设计也很重要，根据制品的形状而定，使顶出力均衡和顶出平稳，否则，会使制品产生局部残余应力，从而引起制品裂纹和尺寸精度不一等问题。6）排气PPS制品内有气泡会使其性能明显下降，由于排气不良而引起原烧焦、变色和表面粗糙，影响制品的外观和质量，模具必须合理地开设排气槽或排气孔，也可以利用分型面和脱模顶针间隙来排气。7）模具的温控由于PPS
的成型加工、要求模具温度在130-180℃，这样的温度一般需要加热，而模具温度的性和均匀性影响到产品的性能和尺寸精度；根据模具的大小、制品形状、生产量及温控设备等因素，可选择电热式和油循环加热式温控，电热式温控方便、经济、温升快，但温度均匀性和度较差，模温机油循环加热式温控的温度均匀性和度较高，对性能和尺寸精度要求较高的产品可以选用这种方式。为了保证模具温度的均匀性和防止散热，可以在模具的侧面和模具与注塑机模板之间加装石棉板隔热。三、成型工艺1、原材料干燥因为PPS吸水性小，所以加工前可以不干燥。但如果原料开放式放在温度高、湿度大的环境下时间较长，则需干燥，干燥温度为150-160℃，时间2-3H。2、成型温度PPS的成型温度较高，机筒温度在280-360℃之间，在保证顺利充模和制品质量的前提下，机筒温度尽量不要太高，以免引起胶料在机筒内氧化交联甚至固化。射嘴温度要单独控制，以保持胶料良好的流动性而又不堵塞、不流涎为宜。3、注射压力注射压力在50-200MPa之间，为了保证制品的力学性能和尺寸精度，使用较高的注射力为佳，特别是形状复杂、薄壁件更应如此。4、注射速度注射速度快，制品的表面光洁度高、强度也较高，但过高的注射速度会使产品翘曲、烧焦等现象，一般采用中等注射速度。5、螺杆转速螺杆转速可以在50-200rpm之间，高速成型可以采用较高的转速，这时胶料因剪切速率大而温升大，必须将机筒温度调低。6、保压压力为了防止内应力的产生，保存压压力应尽量低，满足补缩便可，以制品不出现凹陷为准。7、背压一定的背压有利于胶料的排气和混合，以便得到质量较稳定的制品，一般背压在0.5-1.5MPa之间，对于干燥不好的材料，背压可以大些。8、模具温度PPS是结晶性聚合物，模具温度直接影响制品的结晶度，从而得到不同的性能和尺寸精度，模具温度不同引起结晶的差异很大，如94℃时结晶为8%，而150℃时则为48%。模具模具高，得到制品的结晶度也高，其力学性能较好，但有收缩大、凹陷、翘曲、耐冲击强度差等问题，模具温度低，制品的结晶度低，收缩小、尺寸再现性好（制品尺寸与模具尺寸的复制程度）、耐冲击强度增大、超声波焊接性提高，但力学性能较差。因此，要根据产品的要求来确定成型模具温度。9、成型周期由于PPS
为结晶性聚合物，为了得到良好的力学性能，需采取较高的模具温度，较长的冷却时间，以提高结晶度，对于厚壁制品，注射时间、保压时间、冷却时间都应长于薄壁制品。为了防止冷却收缩和内应力的产生，对复杂件，蒲壁产品，也需要适当延长保压时间。10、制品后处理为了提高制品的性能，消除内应力以及保持制品的性能和尺寸稳定性，可以将制品放入烘箱内进行退火处理，条件通常为200-240℃，2&4H，具体根据制品的厚度和用途而定，厚制品时间长些，退火处理使制品再结晶从而结晶度提高，其性能也随之而提高，但也导致再收缩而使制品的尺寸变化，模具设计时要考虑这因素。11、再生料的使用再生料可以与新料混合一起使用，其比例视制品的性能要求而定，再生料的比例大，制品的性能会下降，一般不要超过30%，以免造成产品的性能和质量明显下降。12、停机处理由于PPS对金属有较强的粘附性，故加工完成后，在停机之前必须把机筒内、螺杆上粘附的PPS料清洗出来，否则胶料冷却后会牢固地粘在螺杆上，影响下次或其它材料的生产，通常可以采用高密度聚乙烯（HDPE）来清洗；为了缩短时间，也可以先用玻璃纤维示强PC料，再用HDPE料进行清洗，这样清洗效果较好但费用较高。生产过程中需要中断成型一段时间，必须将机筒内的胶料全部排出，并将机筒温度降低至270℃以下，因为熔料在高温的条件下长时间受热会分解，并放出毒气体，所以生产场所必须注意通风。四、常峥缺陷与解决方法1、填充不足原因：1）注射压力不足2）注射速度慢3）熔料温度低4）排气不良5）浇口过小6）过胶圈磨损解决方法：1）提高注射压力2）提高注射速度3）提高机筒温度4）在未填满的部位加排气孔5）扩大浇口尺寸或缩短浇口流道的距离6）检查过胶圈的磨损程度，更换2、表面无光泽原因：1）制品密度不足2）填充速度慢3）模具温度低4）排气不良解决方法：1）增加熔胶量，提高注射压力2）提高机筒温度，提高注射速度3）提高模具温度4）充分排气3、翘曲原因：1）制品冷却不均匀2）制品壁厚不均匀3）填充过度4）注射速度过快解决方法：1）调整模具的温度控制，使其冷却均匀2）产品的设计尽量使其壁厚均匀3）降低注射压力和保压压力4）降低注射速度4、收缩、凹陷原因：1）制品密度不足2）熔料含有气体3）制品壁厚过厚4）热收缩大解决方法：1）增加熔胶量，提高注射压力，延长注射时间2）充分干燥材料3）制品厚度不要超过7-10mm4）降低机筒温度及模具温度5、内部裂纹1）制品冷却过快2）残余应力解决方法：1）提高模具温度，制品取出后浸入热水或放入烘箱中缓慢冷却2）降低注射速度，提高模具温度6、熔合纹原因：1）熔料充模后冷却快引起2）更改浇口位置，使熔合纹出现在不受负荷或不显著的部位3）开设冷料井，使熔合纹处的冷料排出7、烧焦原因：1）排气不良2）熔料温度过高解决方法：1）增加排气孔2）降低机筒温度、注射速度3）加大浇口8、脱模困难、顶出破裂原因：1）模具的脱模锥度不足，表面光洁度不足2）脱模顶针的位置不当或直径过小解决方法：1）加大脱模锥度，模具表面抛光2）增加顶针数量或加大顶针直径3）延长冷却时间，降低机筒温度、模具温度五、应用1、电子电器及家电利用其耐高温、电绝缘性，用于接插件、变压器、继电器、电饭煲、微波炉、风筒等。2、机械及精密零件利用其良好的加工性和耐高温、耐腐蚀等特征，用于照相机、、手表、复印机、电脑等零配件。3、汽车利用其耐高温、耐油、耐腐蚀、强度高等特性，用于盖、排气装置、散热装置、配油器等零配件。4、石油化工利用其耐热、耐腐蚀的特性，用于泵、管、阀、容器等。
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金属材料残余应力分析与探讨
论文人气：0&&时间： 18:27:01&&来源：&&作者：董捷
摘& 要：残余应力在金属材料变形中是一种内应力，对工件的使用性能可能造成不良影响，对残余应力的研究和分析将合理掌握其变化规律和相应害处，使得尽可能降低残余应力的产生从而大幅度的提高工件的使用性能和寿命。
关键词：残余应力 热处理 相变 性能
前言:通常把没有外力和外力矩作用而在物体内部依然存在并自身保持平衡的应力叫做残余应力，又称内应力、残留应力、自有应力等。凡是塑性变形不均匀的地方都会出现残余应力。残余应力的存在必然会对物体内部本身产生影响，在热处理过程中同样也会相应使得残余应力发生改变，有必要对其过程进行一定分析和探讨，从而有利于物体本身的性能提升。
1.1& 残余应力定义及分类
残余应力是材料中发生了不均匀的弹性变形或不均匀弹塑性变形的结果。一般把残余应力分为三类：
(1)第一类残余应力又称宏观残余应力，是物体各部分不均匀变形所引起，在整个物体范围内处于平衡。这种力或力矩的改变使物体产生变形。
(2)第二类残余应力也叫微观残余应力，由晶粒或亚晶变形不均匀引起，在晶粒或亚晶范围内互相平衡。只有当它发生剧烈的变化时，才会使物体的宏观尺寸变化。
(3)第三类残余应力也叫点阵畸变，约占储存能的90%。由形变金属内部产生的大量位错等晶体缺陷引起，其作用范围仅为几十到几百个纳米。点阵畸变使金属强度、硬度升高，塑性、韧性下降。
各类残余应力中，到目前为止有关第一类残余应力的测量技术最为完善，它们对材料性能的影响也研究得最为透彻。
1.2残余应力产生机理
残余应力作为材料内部应力，产生的原因主要有以下三点：
(1)不均匀塑性变形产生的残余应力
工件在加工过程中和表面形变强化处理(如喷丸，滚压等)时，材料表面或部分区域发生了塑性变形。当外力去除后，表面将形成残余应力，为了与之平衡，在未塑性变形的部分将产生与表层相反的残余应力。机械加工时，因不同的工艺参数会产生残余拉伸或压缩内应力。表面形变强化则可在一定层深内产生较大的残余应力。
(2)不均匀温度场产生的残余应力
工件材料在加热或冷却过程中，由于各部分的热传导状况不同，工件的温度场不均匀，致使部分的弹性模量、热膨胀系数等各不相同，从而在工件内部产生的塑性变形也是不均匀的，这时产生的应力称为热应力。
(3)化学变化产生的残余应力
金属材料在化学热处理、电镀、喷涂等工艺后，由于工件表面向内部扩展的化学成分，或者物理化学变化引起的组织转变或密度变化也会产生残余应力。
各种工艺过程产生的残余应力往往是变形、热和相变引起的残余应力的综合结果。在实际生产过程中，各种工艺参数和机件的几何形状、尺寸大小对工艺过程产生的残余应力有着错综复杂的影响。
1.3& 残余应力对工件的影响
一般情况下，残余应力是有害的，可能引起如下不良后果：
(1)具有残余应力的构件承受外载作用，改变了应力-应变曲线。因此，拉伸残余应力将降低拉伸屈服极限，提高压缩屈服极限；而压缩残余应力效应则相反。
(2)缩短制品的使用寿命。具有残余应力的制品在使用时承受载荷，零件将产生塑性变形而扭曲或破坏，这不但缩短了制品的使用寿命，并且容易使设备出现故障。
(3)工件中的残余应力在加工或使用过程中其平衡状态可能受到破坏，相应部分的弹性变形也发生了变化，从而引起工件形状与尺寸的变化。
(4)残余应力会增加塑性变形抗力，使金属的塑性、冲击韧度以及抗疲劳强度降低。在应力腐蚀开裂问题中，残余应力还可能会降低金属的耐腐蚀性。
1.4热处理残余应力
热处理工艺是通过金属零件的温度改变或者材料化学成份改变来提高金属零件性能的一种重要的强化方法，它能显著改善零件的机械性能。一般情况下，钢铁的淬火热处理应力主要由两种原因造成的，分别是温度变化引起的热应力和组织变化不均匀引起的组织应力。
1.4.1& 淬火产生的热应力
热应力是指在加热和冷却时，由于工件表层和心部存在温度差，使得工件的内外膨胀和收缩不一致而产生的应力。
热处理开始时，钢件首先被加热达到一定温度后保温，当零件内外的温度达到平衡后开始冷却。在冷却时，由于表层散热条件好，它的冷却速度比心部快，形成了表层和心部的温度差。表层冷却比心部快，因热胀冷缩的原因，材料发生收缩，由于表层的温度比心部的低，表层材料的收缩比心部大，结果使表层材料的收缩受到温度较高的心部制约，从而使表层形成拉应力而心部为压应力。随着冷却的继续，拉应力和压应力都逐渐增大。因在高温时材料的弹性模量较小，材料的屈服极限小，热应力很容易达到高温下的屈服应力。当应力达到材料在当时温度下的屈服应力时，材料发生塑性变形，这时应力不再上升。
随着冷却的继续，表层与周围环境的温度差减小，冷却速度降低，而此时心部材料处于快速冷却状态，冷却速度超过表层，使表里温差不断减小。同时因温度的降低，工件材料的弹性模量增大，由温度差引起的零件内外热变形差异减小，使表层拉应力和心部压应力都逐渐下降，直至全部消失。
继续冷却时，表层材料的温度接近环境的温度，材料的收缩变形基本上停止下来。但此时心部材料的温度仍较高，将继续冷却下去，心部材料因冷却也将继续收缩。因此，表层材料将制约心部材料的冷却收缩，最终形成表层时压应力而心部为拉应力的分布状态，即由热传导不均匀所产生的残余应力分布。
零件热应力大小还与起始温度及冷却速度有关。起始温度越高，产生的热应力的影响越大。冷却速度越高，表、里的温差越大，热应力也相应增大。如水冷淬火的钢件其热应力明显高于油冷和炉冷时的应力。
1.4.2& 淬火过程的相变应力
相变应力是指金属材料在热处理时所发生的组织结构转变过程中，也就是相变过程中出现的应力，包括不均匀相变引起的组织应力和不等时相变引起的附加应力。
两种相变应力都起源于不同组织比容的差异。例如，零件表面淬火时，由于表层马氏体组织的比容大于心部，从而在表层形成残余压应力，心部呈现拉应力。这种残余应力分布就是由不均匀相变而引起的。碳钢零件整体淬火时，零件被加热到奥氏体转变温度以上。保温一段时间后，再进行快速冷却而得到马氏体组织。在这样的热处理过程中，由于表层和心部冷却速度的不同而使相变出现时差，最终导致表层为拉应力，而心部为压应力的分布状态，这种残余应力分布就是由不等时相变而引起的。
热处理应力除热应力和相变应力之外，材料化学成分的变化也可以引起应力。例如渗碳、氮化等化学热处理方法都使零件表层的化学成分发生变化，使表层含碳或者含氮量提高，从而使零件表面将得到很高的残余压应力。不管是由均匀相变引起的组织应力还是由不均匀相变引起的附加应力，它们的分布基本上都是规则的，其分布形式与零件的形状有关。
根据上述分析可知，零件经热处理后的残余应力主要是热应力和相变应力之和。如果表层化学成分有变化，则还应包括化学成分变化所引起的应力。总的来讲，不管是在热处理中还是在工件本身变形所产生的应力一般都是有害的，在实际加工中，应当合理的控制其产生，分析规律，从而尽量降低残余应力产生，使工件在使用过程中向有益方向发展，这样能大大提升工件本身的使用性能和使用寿命。
参考文献：
[1][日]米古茂. 残余应力的产生和对策[M]. 北京：机械工业出版社, 1983.
[2]方博武. 金属冷热加工的残余应力[M]. 北京：高等教育出版社, 1991.
[3]蒋刚, 谭明华, 王伟明等. 残余应力测量方法的研究现状[J]. 机床与液压, ).213-216.
[4]王秋成. 航空铝合金残余应力的消除及评估技术研究[D]. 杭州：浙江大学, 2003.
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