注塑件的残余应力讲解

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一、什么是注塑件的残余应力

残余应力是产生应力的各种外部因素（外力、温度变化、加工处理过程等)去除后，在物体内部依然存在的应力，称之为残余应力。一般来说，残余应力是指物体在没有受到外部因素作用时，为了使物体内部保持自相平衡而存在的应力。

残余应力示意图

二、残余应力产生的原因

产生残余应力的原因可以归结成三类：

第一类，不均匀的塑性变形。

第二类，不均匀的温度变化。

第三类，不均匀的相变。

三、残余应力对注塑件的影响

1、 机械性能

残余应力会导致注塑件的强度、韧性和耐疲劳性能下降。这是因为残余应力会导致注塑件的内部结构产生变化,如晶格畸变、孔洞形成等,从而降低了材料的力学性能。

残余应力会导致注塑件在使用过程中发生尺寸变化，如形状变形、翘曲等。这是因为残余应力会引起注塑件内部的应力释放和重新分布，从而导致注塑件的形状发生变化。

残余应力会影响注塑件的热稳定性能。在高温环境下，残余应力会引起注塑件的热膨胀，从而导致尺寸变化和形状变形。同时，残余应力还会加速注塑件的老化过程，降低其使用寿命。

残余应力会影响注塑件的表面质量。在注塑件成型过程中，残余应力会导致注塑件的表面产生裂纹、缺陷等问题，从而降低了注塑件的外观质量。

四、注塑件残余应力的检测方法

1、溶剂浸泡法

（1）将做好带有螺丝槽或柱的PC/ABS制件浸泡于冰醋酸中，持续30s或更长时间，取出后检查外观，如有细小致密的裂纹，说明此处有内应力存在，裂纹越多，则说明内应力越大；

（2）异丙醇与丙酮3:1的比例混合，加入红色染料，着色均一的说明内应力较小，不容易着色的部位应力较大，需要注意

2、Moldflow模流分析模拟法

通过模流分析软件，分析出速度/压力切换时的压力分布情况，压力越高的，参与的应力也就越大。

3、四分之一椭圆应力分析法

选用四分之一椭圆夹具，试片尽量居中放置，将溶剂均匀涂覆在试片上，同一种原料试片最好做3-5组，涂覆完成后静止存放，（环境要求23℃，50%RH），观察试片裂纹情况，裂纹越多，残余应力越大。

4、螺丝孔实验法

采用合适Size的螺丝进行攻螺丝实验，螺丝上可以涂覆一些常用的工业用黄油，必要的时候可以将攻好的螺丝放入高温环境，加速应力释放，出现开裂或者裂纹的说明参与应力大。

五、降低注塑件残余应力的方法

通过调整注塑工艺参数，如注塑温度、注塑压力、注塑速度等，可以改变注塑件的冷却固化过程，从而减少残余应力的产生。

合理设计注塑件的结构，如增加加强筋、改变壁厚分布等，可以改变注塑件的应力分布，从而降低残余应力的大小。

选择合适的注塑材料，如改变材料的分子结构、添加抗氧化剂等，可以改变注塑件的热胀冷缩性能，从而减少残余应力的产生。

对注塑件进行适当的后处理，如热处理、退火等，可以改变注塑件的内部结构和应力分布，从而减少残余应力的存在。

六、结论

残余应力是注塑件成型过程中不可避免的问题，对注塑件的性能和寿命有着重要影响。通过合理的控制和消除残余应力，可以提高注塑件的机械性能、尺寸稳定性、热稳定性和表面质量。因此，在注塑件的设计和生产过程中，应重视残余应力的问题，并采取相应的措施进行处理。

让我们一起共同学习，提升认知，完善自己。

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徐昌煜老师及其著作《注塑成型问题诊治》介绍：

徐昌煜

先进成型技术学会创会理事

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