11塑胶制品翘曲原因及解决对策
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模具知识库 类别 射出成型
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塑料制品翘曲原因及解决对策
教育训练教材
面，太高的射压，会导致模穴内局部性的充填过饱，引起收缩不一及可能的翘曲。 模具设计或射出条件所引起的翘曲有时可藉退火或夹具加以矫正， 但因成品结构所引起的翘 曲，藉退火会更糟。因此，必须强调的一件事是：成品须经良好的设计以预防翘曲，使得成 型时可以矫正。 下列为引起塑件翘曲的原因及其对策一览表。 原 因 对 策 1、成品设计 A、肉厚变化* 心型加大肉厚。 B、肋及 boss 采用塑料厂商提供的推荐肉厚。 2、模具设计 A、浇口位置 (1)流动方位* (2)压力分布 B、浇口大小
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模具知识库 类别 例 15： 射出成型
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塑料制品翘曲原因及解决对策 例 16：
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塑件不适当的顶出亦可能会引起明显的翘曲，例如塑件有倒勾(undercut)时，或是顶出系统精 度差时。 四、射出条件(molding conditions) 射出条件会影响翘曲， 因此我们必须知晓影响成型塑料及其后收缩行为的各种机器操作条件 (功能)，逐一于下面说明。 (A) 射出速度：射速主要以浇口大小为关联的基础；但是，若浇口是正确时，还是尽可能快速注 射的好，快速注射保证在模穴内的塑料温度均一，而有均一的收缩。 (B) 模具温度：对于欲获得最佳的塑件性质或表面光泽度来讲，模温较高较好；如此，塑件冷却 会较慢，成型压力较易释放；但这会导致翘曲的倾向发生 (假若因塑件形状而发生不均匀的 收缩)，若是这样，模具温度须降低以抑制收缩。 模温可降低至塑件不会有“因应力释放而翘曲”的状况(无论在后收缩或装配使用时)。 假如塑件要在高温环境中使用， 建议下面的试验： 使用一小批量在 80~90℃温度， 经过 10~12 小时在慢慢冷却至室温，若发生翘曲，表示当初的模温太低；逐一调高模温再重复上述的试 验，直到塑件仍保持平坦的模温为止。 (C) 塑料温度：料温设定至高到足以均匀熔融塑料为止，若料温太低，未完全熔融，会发生收缩 不均而导致翘曲(压力传递不均) 。 相同的情况也会发生于料筒内有局部性的过热，或机台容量(capacity)太大， 因此必须检查有否塑料滞留之处，并且射出容量不要超过机器的 75%以上。 (D) 成型周期：冷却太短，塑件未冷却到足够的结构性稳定时，即有导致顶出变形的麻烦，更由 于时间的缩短，后收缩率将会跟随应力释放而较大，当应力释放时，任何不均的收缩将导致 翘曲。 射出机的活塞(ram)前进时间太短亦会导致翘曲问题，若浇口未封闭前退回，塑料会从模穴 倒流，模穴内低且不均匀的压力引起较大且不均匀的收缩。 (E) 射出压力：射压低则收缩率大，除了尺寸变小且易变动外，若此塑件本身就有益于产生收缩 不均的倾向，则此增加的收缩率会扩大翘曲的发生。另方 核准： 审核： 制表：
在可容许范围内最快速。 调整至适合范围，模温较高则增大收缩，应力释放及翘曲；较低 温则产生成形应力。 确定塑料熔融均匀，不均则收缩不均，料温太低会有不适当的压 力和/或不均匀的收缩。 保持射出时活塞前进时间够长到浇口封闭为止，全部周期须够长 到顶出时塑件能保持结构的稳定 在充填良好的条件下，尽量降低压力，但压力过低会引起过大的 收缩，射压太高会导致局部性的过渡充填。
* 成品及模具设计时的关键项目。
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缩(高压 低收缩)。(3)流动愈长，压力愈小。 由上述之事可知， 圆形塑件外缘的压力比浇口部位小， 所以外径部位的收缩比浇口部位大(虽 然肉厚均一)。假如发生应力释放必会产生翘曲。经由射出条件控制以使此塑件保持平坦的技术 乃是降低收缩率(亦即降低模具及塑料温度，并降低射出速度，提高射出压力、周期及加大浇口 等)，如此即可将应力锁住而保持塑件的正确形状。 由上述之三原理，欲得此良好塑件的方式是使肉厚由中央较厚逐渐至外缘变薄，如此压力损 失会减少，边缘得到较有效的压力，边缘收缩率会减少，同时中央较厚处收缩率也会提高。 这样导致第二个考虑，即尽量使压力差最小，也就是把浇口置于最厚处。再提出控制收缩的 因素一次：肉厚愈厚之处收缩愈大，并且压力愈高部位收缩愈小，因此若是浇口位于肉厚较薄部 位，此邻近部位产生最大压力，此部位收缩即会最小，而导致翘曲。总之，浇口必须位于肉厚较 厚部位，则此处有最大压力，以使因肉厚不一而产生的收缩不一的收缩差减至最低。 最后，还须考虑到浇口大小，浇口大小不但控制了塑料进入模穴的流量，并且控制了填饱塑 料时有效的压力传递。若浇口太小，可能在塑料完全充满前即凝固封死，这样会减低有效压力及 不适当的填充(packing)而导致较大的收缩，成品除了尺寸较小外，高收缩也会扩大可能翘曲的倾 向。 其它在模具设计会遇到招致翘曲的情形是使用不同的模具材料。不同的材料热传性质不同， 假如静侧与动侧使用两种材料，具较低热传系数之材料，欲使其降至同一温度时，时间较长；若 两材料同时冷却，则其模温会较高，因此动静侧产生温度差；既然模温提高会提高收缩率，塑件 即会弯向较热一侧，其结果就是：翘曲。 例 11 所示为使用钢铁及铍铜构成模穴的例子。
例 5(a)：
例 5(b)： 核准： 审核： 制表：
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对于圆形塑件如例 6 所示， 若中心有破孔时， 其它种浇口也可得到均一的流动(例 7、 8 所示)。 例 6： 例 7：
例 8：
玻璃纤维塑料由于其异方向性程度颇大， 例 8 所示的浇口系统有时也会因排列方位而引起轻 微的偏摆或翘曲。如果可能的话，采用环形浇口(ring gate)或盘形浇口(disk gate)。 与灌点有关系的另种翘曲形式乃是模穴内的压力分布状况。可参考例 6，而且假设圆盘塑件 具有均一肉厚。 请记住下面三件事：(1)翘曲乃是同一塑件收缩不均的结果。(2)压力影响收 核准： 审核： 制表：
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例 12： 例 13：
“A”板有较大的散热区域， 结果“B”较热而引起更多的 收缩。
散热不均使得一侧趋向较热一侧，而且对于热塑性塑料当模温提高时收缩增加，模具较热一 侧发生较大的收缩，伴随的翘曲乃无法避免，要改善此情况有下列几点： (a) 在需要散热最多之处，提供更多的冷却管路。 (b) 利用热传能力之差距，在需要较大散热部位使用高热传系数的金属，例 12 之动心可使用 Be-Cu。 在玻璃纤维塑件之弯角处，纤维可能会形成捆成一束的现象，这些纤维没有 正常流动方向的排列方位，由于非均等方向的收缩，发生向邻近壁侧扯拉的作用。 例 14 示此种可能性，例 15&例 16 为改善情形。 例 14：
例 11： 因为铍铜比钢热发散较快，虽两侧吸收相等的热量，其模温会较冷，要解决此情形乃是两侧 个别模温控制，使两侧同时间内降至温度一致，或是在钢铁侧加冷却管路以得到两侧平衡。 最后，有关模具设计的是模具散热不均匀的问题，此情形可能是翘曲塑件的第二大要因，但 开模设计时常被疏忽。当模具一侧传热比另一侧快时即会发生热传不均问题，此情况视塑件几何 形状，及与树热脂接触的钢铁而定，rib(肋)boss是温度不均发生的主要原因。如例12及例13。 核准： 审核： 制表：
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塑料制品翘曲原因及解决对策
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一、前言： 塑件成型后尺寸的歪扭即称为翘曲(warpage)， 它直接与塑料的收缩有关， 亦即塑件的收缩增 大时愈容易发生翘曲。同时，塑件内若有异方向性质(anisotropic properties)，例如某些充填物， 也会助长翘曲现象。 此篇文章讨论的目的是希望设计师及成型师在遭遇到因不均匀收缩引起翘曲 的问题时，提供一些解决的对策。 二、成品设计(part design) 因成品设计所引起的翘曲最令人棘手，因为此时几乎无法利用射出条件的控制来克服，所以 在设计成品时即须预防翘曲。因为收缩(shrinkage)与塑件肉厚(wall thickness)成正比例的关系，所 以肉厚也与翘曲有关联，也就是说肉厚必须均一才能提供均一的收缩，同一塑件肉厚不均必会导 致翘曲[经应力释放(stress-relief)]或成型应力(molded-in stress)。 下面为一些因肉厚不均匀导致成品翘曲的例子。 例 1：
浇口置于使塑料具均一排列方位之处。 浇口置于肉厚较厚之处。 加大或减小浇口，浇口太小提早封闭，太大会局部性过渡充填， 然而一般是大浇口比小浇口较好。
C、模具材料 使用能均一散热的材料。 D、散热不均* 必要时扩充较多的冷却管路，使用不同的材料。 3、射出条件 A、射出速度 B、模具温度 C、塑料温度 D、成型周期 E、射出压力
例 2：
塑件有肋(rib)及boss时，由于模具中的热传状况改变也会影响成品的几何形状。 核准： 审核： 制表：
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三、模具设计(mold design) 在模具设计中，对于结晶性塑件，其与翘曲最有关联性的乃是浇口(gate)位置。其因素有几 种，包括塑料本身的高收缩和异方向性等，后者乃是说塑料流向方向(flow direction)与其垂直方 向两者之收缩程度不一样。对于普通无充填料的结晶性塑料，流动方向有较大的收缩，而垂直方 向只有前者的 70%-98%(依浇口尺寸及肉厚而定)， 肉厚愈薄差距愈小。 另外， 有加入玻璃纤维(glass fiber)的强化塑料与前述刚好相反，流动方向的收缩较其垂直方向小，这是由于纤维在流动方向 的排列方位(orientation)所致，至于说两者收缩相差多少，相当难以指出(依肉厚、浇口尺寸、纤 维长度等)， 一般平均差距 50%左右(流动方向较小)， 最好向塑料供货商询问以决定适当的收缩率。 从上面所讨论的异方向性及因浇口位置而引起的排列方位问题来看， 即使完美的成品也会受 这些因素影响而发生翘曲，例 4,例 5 为普通的塑件，若是强化塑件刚好相反。 欲减低流动方位所引起的翘曲的修正方式，乃是给予塑流纵的流动。 例 4：
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面，太高的射压，会导致模穴内局部性的充填过饱，引起收缩不一及可能的翘曲。 模具设计或射出条件所引起的翘曲有时可藉退火或夹具加以矫正， 但因成品结构所引起的翘 曲，藉退火会更糟。因此，必须强调的一件事是：成品须经良好的设计以预防翘曲，使得成 型时可以矫正。 下列为引起塑件翘曲的原因及其对策一览表。 原 因 对 策 1、成品设计 A、肉厚变化* 心型加大肉厚。 B、肋及 boss 采用塑料厂商提供的推荐肉厚。 2、模具设计 A、浇口位置 (1)流动方位* (2)压力分布 B、浇口大小
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塑料制品翘曲原因及解决对策 例 16：
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塑件不适当的顶出亦可能会引起明显的翘曲，例如塑件有倒勾(undercut)时，或是顶出系统精 度差时。 四、射出条件(molding conditions) 射出条件会影响翘曲， 因此我们必须知晓影响成型塑料及其后收缩行为的各种机器操作条件 (功能)，逐一于下面说明。 (A) 射出速度：射速主要以浇口大小为关联的基础；但是，若浇口是正确时，还是尽可能快速注 射的好，快速注射保证在模穴内的塑料温度均一，而有均一的收缩。 (B) 模具温度：对于欲获得最佳的塑件性质或表面光泽度来讲，模温较高较好；如此，塑件冷却 会较慢，成型压力较易释放；但这会导致翘曲的倾向发生 (假若因塑件形状而发生不均匀的 收缩)，若是这样，模具温度须降低以抑制收缩。 模温可降低至塑件不会有“因应力释放而翘曲”的状况(无论在后收缩或装配使用时)。 假如塑件要在高温环境中使用， 建议下面的试验： 使用一小批量在 80~90℃温度， 经过 10~12 小时在慢慢冷却至室温，若发生翘曲，表示当初的模温太低；逐一调高模温再重复上述的试 验，直到塑件仍保持平坦的模温为止。 (C) 塑料温度：料温设定至高到足以均匀熔融塑料为止，若料温太低，未完全熔融，会发生收缩 不均而导致翘曲(压力传递不均) 。 相同的情况也会发生于料筒内有局部性的过热，或机台容量(capacity)太大， 因此必须检查有否塑料滞留之处，并且射出容量不要超过机器的 75%以上。 (D) 成型周期：冷却太短，塑件未冷却到足够的结构性稳定时，即有导致顶出变形的麻烦，更由 于时间的缩短，后收缩率将会跟随应力释放而较大，当应力释放时，任何不均的收缩将导致 翘曲。 射出机的活塞(ram)前进时间太短亦会导致翘曲问题，若浇口未封闭前退回，塑料会从模穴 倒流，模穴内低且不均匀的压力引起较大且不均匀的收缩。 (E) 射出压力：射压低则收缩率大，除了尺寸变小且易变动外，若此塑件本身就有益于产生收缩 不均的倾向，则此增加的收缩率会扩大翘曲的发生。另方 核准： 审核： 制表：
在可容许范围内最快速。 调整至适合范围，模温较高则增大收缩，应力释放及翘曲；较低 温则产生成形应力。 确定塑料熔融均匀，不均则收缩不均，料温太低会有不适当的压 力和/或不均匀的收缩。 保持射出时活塞前进时间够长到浇口封闭为止，全部周期须够长 到顶出时塑件能保持结构的稳定 在充填良好的条件下，尽量降低压力，但压力过低会引起过大的 收缩，射压太高会导致局部性的过渡充填。
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缩(高压 低收缩)。(3)流动愈长，压力愈小。 由上述之事可知， 圆形塑件外缘的压力比浇口部位小， 所以外径部位的收缩比浇口部位大(虽 然肉厚均一)。假如发生应力释放必会产生翘曲。经由射出条件控制以使此塑件保持平坦的技术 乃是降低收缩率(亦即降低模具及塑料温度，并降低射出速度，提高射出压力、周期及加大浇口 等)，如此即可将应力锁住而保持塑件的正确形状。 由上述之三原理，欲得此良好塑件的方式是使肉厚由中央较厚逐渐至外缘变薄，如此压力损 失会减少，边缘得到较有效的压力，边缘收缩率会减少，同时中央较厚处收缩率也会提高。 这样导致第二个考虑，即尽量使压力差最小，也就是把浇口置于最厚处。再提出控制收缩的 因素一次：肉厚愈厚之处收缩愈大，并且压力愈高部位收缩愈小，因此若是浇口位于肉厚较薄部 位，此邻近部位产生最大压力，此部位收缩即会最小，而导致翘曲。总之，浇口必须位于肉厚较 厚部位，则此处有最大压力，以使因肉厚不一而产生的收缩不一的收缩差减至最低。 最后，还须考虑到浇口大小，浇口大小不但控制了塑料进入模穴的流量，并且控制了填饱塑 料时有效的压力传递。若浇口太小，可能在塑料完全充满前即凝固封死，这样会减低有效压力及 不适当的填充(packing)而导致较大的收缩，成品除了尺寸较小外，高收缩也会扩大可能翘曲的倾 向。 其它在模具设计会遇到招致翘曲的情形是使用不同的模具材料。不同的材料热传性质不同， 假如静侧与动侧使用两种材料，具较低热传系数之材料，欲使其降至同一温度时，时间较长；若 两材料同时冷却，则其模温会较高，因此动静侧产生温度差；既然模温提高会提高收缩率，塑件 即会弯向较热一侧，其结果就是：翘曲。 例 11 所示为使用钢铁及铍铜构成模穴的例子。
例 5(a)：
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对于圆形塑件如例 6 所示， 若中心有破孔时， 其它种浇口也可得到均一的流动(例 7、 8 所示)。 例 6： 例 7：
例 8：
玻璃纤维塑料由于其异方向性程度颇大， 例 8 所示的浇口系统有时也会因排列方位而引起轻 微的偏摆或翘曲。如果可能的话，采用环形浇口(ring gate)或盘形浇口(disk gate)。 与灌点有关系的另种翘曲形式乃是模穴内的压力分布状况。可参考例 6，而且假设圆盘塑件 具有均一肉厚。 请记住下面三件事：(1)翘曲乃是同一塑件收缩不均的结果。(2)压力影响收 核准： 审核： 制表：
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例 12： 例 13：
“A”板有较大的散热区域， 结果“B”较热而引起更多的 收缩。
散热不均使得一侧趋向较热一侧，而且对于热塑性塑料当模温提高时收缩增加，模具较热一 侧发生较大的收缩，伴随的翘曲乃无法避免，要改善此情况有下列几点： (a) 在需要散热最多之处，提供更多的冷却管路。 (b) 利用热传能力之差距，在需要较大散热部位使用高热传系数的金属，例 12 之动心可使用 Be-Cu。 在玻璃纤维塑件之弯角处，纤维可能会形成捆成一束的现象，这些纤维没有 正常流动方向的排列方位，由于非均等方向的收缩，发生向邻近壁侧扯拉的作用。 例 14 示此种可能性，例 15&例 16 为改善情形。 例 14：
例 11： 因为铍铜比钢热发散较快，虽两侧吸收相等的热量，其模温会较冷，要解决此情形乃是两侧 个别模温控制，使两侧同时间内降至温度一致，或是在钢铁侧加冷却管路以得到两侧平衡。 最后，有关模具设计的是模具散热不均匀的问题，此情形可能是翘曲塑件的第二大要因，但 开模设计时常被疏忽。当模具一侧传热比另一侧快时即会发生热传不均问题，此情况视塑件几何 形状，及与树热脂接触的钢铁而定，rib(肋)boss是温度不均发生的主要原因。如例12及例13。 核准： 审核： 制表：
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一、前言： 塑件成型后尺寸的歪扭即称为翘曲(warpage)， 它直接与塑料的收缩有关， 亦即塑件的收缩增 大时愈容易发生翘曲。同时，塑件内若有异方向性质(anisotropic properties)，例如某些充填物， 也会助长翘曲现象。 此篇文章讨论的目的是希望设计师及成型师在遭遇到因不均匀收缩引起翘曲 的问题时，提供一些解决的对策。 二、成品设计(part design) 因成品设计所引起的翘曲最令人棘手，因为此时几乎无法利用射出条件的控制来克服，所以 在设计成品时即须预防翘曲。因为收缩(shrinkage)与塑件肉厚(wall thickness)成正比例的关系，所 以肉厚也与翘曲有关联，也就是说肉厚必须均一才能提供均一的收缩，同一塑件肉厚不均必会导 致翘曲[经应力释放(stress-relief)]或成型应力(molded-in stress)。 下面为一些因肉厚不均匀导致成品翘曲的例子。 例 1：
浇口置于使塑料具均一排列方位之处。 浇口置于肉厚较厚之处。 加大或减小浇口，浇口太小提早封闭，太大会局部性过渡充填， 然而一般是大浇口比小浇口较好。
C、模具材料 使用能均一散热的材料。 D、散热不均* 必要时扩充较多的冷却管路，使用不同的材料。 3、射出条件 A、射出速度 B、模具温度 C、塑料温度 D、成型周期 E、射出压力
例 2：
塑件有肋(rib)及boss时，由于模具中的热传状况改变也会影响成品的几何形状。 核准： 审核： 制表：
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三、模具设计(mold design) 在模具设计中，对于结晶性塑件，其与翘曲最有关联性的乃是浇口(gate)位置。其因素有几 种，包括塑料本身的高收缩和异方向性等，后者乃是说塑料流向方向(flow direction)与其垂直方 向两者之收缩程度不一样。对于普通无充填料的结晶性塑料，流动方向有较大的收缩，而垂直方 向只有前者的 70%-98%(依浇口尺寸及肉厚而定)， 肉厚愈薄差距愈小。 另外， 有加入玻璃纤维(glass fiber)的强化塑料与前述刚好相反，流动方向的收缩较其垂直方向小，这是由于纤维在流动方向 的排列方位(orientation)所致，至于说两者收缩相差多少，相当难以指出(依肉厚、浇口尺寸、纤 维长度等)， 一般平均差距 50%左右(流动方向较小)， 最好向塑料供货商询问以决定适当的收缩率。 从上面所讨论的异方向性及因浇口位置而引起的排列方位问题来看， 即使完美的成品也会受 这些因素影响而发生翘曲，例 4,例 5 为普通的塑件，若是强化塑件刚好相反。 欲减低流动方位所引起的翘曲的修正方式，乃是给予塑流纵的流动。 例 4：
