注射成型翘曲分析
理论：翘曲源于“收缩差”
概述
如果成型件均匀收缩就不会翘曲。差异是从哪里来的？
差异来自厚度方向、部位和方向三个方面。注入的树脂从接触模具的表面开始固化，正反两面冷却方式不同时，先冷却和后冷却的一侧收缩量不同，板就会弯曲。壁厚部位冷却慢、保压难以传到，收缩大，会拉扯周围较薄的部分。此外，分子或纤维沿流动方向排列时，流动方向与垂直方向的收缩不同。翘曲分析的流程是：由充填、保压、冷却分析求出各点的温度、压力历程和取向，据此计算残余应变（收缩），再用结构分析求整个零件的变形。零件很薄，所以厚度方向的收缩差会以弯曲的形式产生很大影响。
收缩差、曲率与翘曲量
Δs为正反两面收缩率之差，h为板厚，κ为曲率，δ为长L平板中部的翘曲（弓高），α_eff为有效热膨胀系数，ΔT为定模与动模的温差。
在加工模具前就知道翘曲
过去注射成型的翘曲对策，是用试制模具成型后再修模，反复进行。每次修模需要数周时间和大量费用，因此从1980年代起充填和冷却分析实现商用化，1990年代能一贯求解纤维取向直至翘曲的软件得到普及。如今仿真还被用于预先把模具形状向翘曲的反方向补偿（反变形）的设计。
算例
κ = Δs/h假设自由均质薄板的厚度方向收缩应变线性变化；双层模型系数不同。方向间1.4 mm收缩差是尺寸差，并非翘曲高度。
例1：厚2 mm平板的翘曲（假设有效热膨胀系数1×10⁻⁴/K）
| 模具温差 | 收缩差 | 曲率 | 翘曲 L = 100 mm | 翘曲 L = 200 mm |
|---|---|---|---|---|
| 5 K | 0.05% | 0.00025 /mm | 0.31 mm | 1.25 mm |
| 10 K | 0.10% | 0.00050 /mm | 0.62 mm | 2.50 mm |
| 20 K | 0.20% | 0.00100 /mm | 1.25 mm | 5.00 mm |
翘曲与长度的平方成正比，同样的收缩差，零件长一倍翘曲就变为4倍。收缩差并不只由温差决定，这里只是为了看趋势的简易估算。
例2：玻纤增强材料取向引起的收缩差（长200 mm）
| 材料与方向 | 收缩率 | 200 mm的收缩量 |
|---|---|---|
| 增强·流动方向 | 0.3% | 0.6 mm |
| 增强·垂直方向 | 1.0% | 2.0 mm |
| 无填充PP（参考） | 1.5% | 3.0 mm |
增强材料整体收缩较小，但方向差达1.4 mm，在箱形零件中表现为扭曲或侧壁倾倒。收缩率为代表值。
翘曲分析结果整体只变形1 mm左右，组装时却出现3 mm的间隙。是分析错了吗？
应检查变形量的看法和约束条件。翘曲分析的变形显示方式，随假设固定在哪里而大不相同。以零件中心为基准时端部变形看起来很小，改为以装配时作为基准的安装孔或凸台约束后重新显示，另一端翘起3 mm并不少见，扭曲尤其如此。另外，有些材料成型后立即测量的翘曲，与几天后吸湿和应力松弛后的翘曲不同。比较时应使用与测量相同基准（安装点）约束的变形，并在相同时间条件下比较。在此基础上差异仍大，再检查纤维取向预测和保压、冷却条件（实际模具温度分布）。
实务流程
- 准备材料的PVT（压力-体积-温度）特性、黏度、热物性，增强材料还需取向相关数据。
- 用充填和保压分析确认熔接线和保压的传递情况。
- 包括冷却回路进行冷却分析，确认定模与动模的温差。
- 在翘曲分析中按原因（冷却、部位、取向）分别查看贡献。
- 把以装配基准点约束的变形与试制件测量比较。
“按原因分开看”
很多翘曲分析软件都能把翘曲分为“冷却差”“收缩差（部位）”“取向差”分别显示。只看总翘曲去改模温，如果主因其实是取向，效果就很小。知道哪个原因占主导，就能确定对策方向：是改冷却回路、改变浇口位置以改变流动方向，还是使壁厚均匀。
常见错误
错误与对策
| 错误 | 后果 | 对策 |
|---|---|---|
| 约束点与测量不同 | 翘曲对比不上 | 按装配基准约束 |
| 模温设为均匀 | 漏掉厚度方向差 | 分析冷却回路 |
| 忽略纤维取向 | 漏判扭曲 | 耦合取向分析 |
| PVT数据用了别的牌号 | 收缩量不准 | 使用实际牌号的数据 |
| 保压条件与实机不同 | 厚壁部收缩不准 | 输入实机条件 |
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相关页面参考注射成型冷却分析、注射成型纤维取向分析、注射成型充填分析和回弹分析。
常见问题
注射成型件为什么会翘曲？
因为不同部位和方向的收缩量不同。主要原因有三：(1) 定模与动模温差等造成的厚度方向冷却差；(2) 壁厚不同造成的各部位冷却和收缩差；(3) 树脂分子或纤维的取向造成的方向性收缩差。翘曲分析由充填、保压、冷却的分析结果求出各部位收缩，再用结构分析计算变形。
模具温差会造成多大翘曲？
厚2 mm平板上下表面收缩差0.1%时，曲率为0.0005/mm，长100 mm翘曲0.62 mm，长200 mm翘曲2.5 mm。若有效热膨胀系数取1×10⁻⁴/K，定模与动模温差10 K就可能产生这种程度的收缩差，因此模具冷却回路的设计直接关系到翘曲。
纤维增强材料的翘曲有什么不同？
收缩随纤维方向变化很大。玻纤增强材料流动方向收缩0.3%、垂直方向1.0%，200 mm的零件分别收缩0.6 mm和2.0 mm，相差1.4 mm。预测纤维取向，并把方向性的收缩和刚度传给结构分析，是预测翘曲不可缺少的。
参考资料与检验范围
所列数值是基于文中假设的教学参考计算。资料用于理论和设置参考，不证明已在各软件中复现这些数值。工程决策须按实际条件验证。