模具尺寸和塑料收縮率到底是什（shí）麽關係？

更新日期：2019-01-08 12:00:48

設計塑料模時，確定了模具結構之後即可對模具的各部分進行（háng）詳細設計，即確定各模板和零件的尺寸，型腔和型芯尺寸等。這時將涉及有關材料收縮率等主要的設計參（cān）數。因而隻有具體地（dì）掌握成形塑（sù）料的收縮率才能確（què）定型腔各部分的尺寸。即使所選模具結構正（zhèng）確，但所用參數不當，就不可能生產出品質合格的塑件。

一、塑料收縮率及其影響因素

熱（rè）塑性塑（sù）料的特性是在加熱後膨脹，冷卻後收縮，當然加壓以後體積也將縮小。 在注（zhù）塑成（chéng）形過程中，首先將熔融塑（sù）料注（zhù）射入模具型腔內，充填結束後熔（róng）料冷卻固化，從模具中取出塑件（jiàn）時即出現收縮，此（cǐ）收縮稱為成形（xíng）收縮。塑（sù）件從模具取出到穩定這一段時間內，尺寸（cùn）仍會出現微小的變化，一種變化是繼續收縮，此收縮稱為後收縮。另一種變化是某些吸濕性塑料因吸濕而出現膨脹。

例如尼龍610含水量為3%時，尺寸增加量為2%;玻（bō）璃（lí）纖維增強尼龍66的含水量為40%時（shí）尺寸增（zēng）加量為0.3%。但其中起主要作（zuò）用的是成形收縮（suō）。目前確定各種塑料收縮率(成形收縮+後收縮)的方（fāng）法，一般都推薦德國國家標準中DIN16901的規（guī）定。即以23℃±0.1℃時模具型腔尺寸與成形後放置24小時，在溫度為23℃，相對（duì）濕度為50±5%條件（jiàn）下測（cè）量出的相應塑件尺寸之差算出。

收縮率S由下（xià）式表示： S={(D-M)/D}×100%(1)

其中：S-收縮率; D-模（mó）具尺寸（cùn）; M-塑（sù）件尺（chǐ）寸。

如果按已知塑件（jiàn）尺寸和材料收縮率（lǜ）計算模具（jù）型腔（qiāng）則為 D=M/(1-S) 在模具設計（jì）中為（wéi）了簡化計算，一般使用下式求模具尺寸：

D=M+MS(2)。

如果（guǒ）需實施較為精確的計算，則應用下式： D=M+MS+MS2(3)

但在確定收縮率時，由於實際的收縮率要受眾多因素的影（yǐng）響（xiǎng）也隻能使（shǐ）用近（jìn）似值，因（yīn）而用式(2)計算型腔尺寸也基本上滿足要求。在製造模具時，型腔則按（àn）照下偏差加工，型芯則按上偏差加工，便於必要（yào）時可作適當的修整。

難於精確確定收縮率的主（zhǔ）要原因，首先是因各（gè）種塑料的收縮率不是（shì）一個定值，而是一個範圍。因為（wéi）不（bú）同工廠（chǎng）生產的同種材料的（de）收縮率不相同，即使是一個工廠生產的不同批號同種材料的收縮率也不一樣。 因而各廠隻能為用戶提供該廠所生（shēng）產塑料的（de）收縮率範圍。其次，在成形過程中的實際（jì）收縮率還受到塑件形狀（zhuàng），模具（jù）結構和（hé）成形條件（jiàn）等因素的影響。

二、塑件形狀（zhuàng）

對於成形件壁（bì）厚來說（shuō），一般由於厚壁的冷卻時間較長，因而收縮（suō）率也較大，如圖1所示。 對一般塑件（jiàn）來說，當熔料流動方向L尺（chǐ）寸與垂直於熔（róng）料流方向（xiàng）W尺寸的差異（yì）較大時，則收縮率差異也較大。從熔料流動距離來看，遠離澆口部分的壓力（lì）損失大，因而該處的收縮率也比靠近澆口（kǒu）部位大。因加強筋（jīn）、孔、凸台和雕刻等形狀（zhuàng）具（jù）有收縮抗力（lì），因（yīn）而這些部位的收縮率（lǜ）較小。

三、模具（jù）結構

澆口（kǒu）形（xíng）式對收縮率也有影響（xiǎng）。用小澆口時，因保壓（yā）結束（shù）之前澆口即固化而使塑件（jiàn）的收縮率增大。 注塑（sù）模中的冷（lěng）卻回路結構也（yě）是模具（jù）設計中的一個（gè）關鍵。冷卻回路設計得不適當，則因（yīn）塑件各處溫度不均衡而產生收縮差，其結果是使塑件尺寸超（chāo）差或變形。在薄壁部分，模具溫（wēn）度分布（bù）對收縮率（lǜ）的影響則更為明顯。

分型（xíng）麵及澆口

模（mó）具的（de）分型麵、澆口形式及尺寸等因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補縮作用（yòng）及成（chéng）型時間。

采用直接澆口或大截麵澆口可減少收縮，但各向異性大，沿料流（liú）方向收縮小，沿垂直料流方向收縮大;反之，當澆口厚度較小時，澆口部分會過早凝結硬化，型腔（qiāng）內的塑料收縮後得不到及時補（bǔ）充（chōng），收縮較大。

點澆口凝封快，在製件條件允許（xǔ）的情況（kuàng）下，可設多（duō）點澆口，可有效（xiào）地延（yán）長保壓時間和增大型（xíng）腔壓力，使收縮率減小。

四、成形條件（jiàn）

料筒（tǒng）溫度：料（liào）筒溫度(塑（sù）料（liào）溫度)較高時，壓力傳遞較（jiào）好而使收縮力減小（xiǎo）。但用小澆口時，因澆口固化（huà）早而使收縮率仍較大。對於厚壁塑件來說，即使料筒溫度較高，其收縮仍較大。
補料：在成形條件中，盡量減少補（bǔ）料（liào）以使塑件尺寸保持穩定。但補料不足則無法保（bǎo）持壓力，也會使收縮率增大。

注射壓力（lì）：注射壓力是對收縮率影響較大的因素，特別是充填結束後的保壓（yā）頁號335壓力。在一般情況下，壓（yā）力較大的時因材料的（de）密度大，收縮率（lǜ）就較小（xiǎo）。

注射成型中壓力包括注（zhù）射壓力、保壓壓力和模腔壓力等。這些因素均對塑件收縮行為有明（míng）顯的影響。

提高注射（shè）壓力能夠降低製品的收縮率。這是因為壓力增大，使注射速度提高，充模過程加快後，一方麵因塑料熔體的剪切發熱而提高了熔體溫度、減（jiǎn）小了流動阻力;另一方麵還可以在熔體溫度尚高、流動阻力較小（xiǎo）的狀態下（xià）較（jiào）早進入保壓補料階段。尤其對於（yú）薄壁塑件和小（xiǎo）澆口塑（sù）件，由於（yú）冷卻（què）速度快（kuài），更應該盡量縮短充模過程。

較高的保壓壓力和模腔壓力使型腔（qiāng）內製（zhì）品密實，收縮減小（xiǎo），尤其是保壓階段（duàn）的壓力對（duì）製品的收（shōu）縮率產（chǎn）生影響更大。這可解釋為熔融樹脂在成型壓力作用下受到壓縮，壓力越高，發生的（de）壓縮量越大，壓力解除後（hòu）的彈性恢複也越大，使得塑件塑件尺寸更加接近型腔尺寸，因（yīn）此收縮量越小。

可是，即使是對於同（tóng）一製品來（lái）說，模腔內樹脂的壓力在各部分（fèn）並不一致（zhì）;在注（zhù）射壓（yā）力難以作用的部位和（hé）容易作用的部位，所受注射壓力也不（bú）一樣。此外,多型腔模具的各模腔所受壓（yā）力應設計均勻，否則就會產生各（gè）模腔的製品（pǐn）收縮率不一致。

注射速度：注射速（sù）度（dù）對收縮率的影響較小。但對於薄壁塑件或澆（jiāo）口非常小，以（yǐ）及使用強化材料時，注射速度加快（kuài）則（zé）收縮率（lǜ）小。

模具溫度：熱塑性塑料熔體注入型腔後，釋放（fàng）大量的熱量而凝固，不（bú）同的塑料品種，需要模腔維持在一適當溫度。在此溫度下，將最有利於塑件的（de）成（chéng）型，塑件成型效率最高，內應力和翹曲變形最小。

模具溫度是控製製品冷卻定型的主要（yào）因（yīn）素（sù），它對成型收縮率的影響主要表現在澆口凍結後製品脫模之前這段過程。而在澆口凍結之前，模溫升高雖有增大熱收縮的趨勢，但也正是較高的（de）模溫使得澆口凍（dòng）結時間延長，導致注射壓力和保壓力的影響（xiǎng）增強，補縮作用和負收（shōu）縮量均會增大。
所以，總收縮是（shì）兩種反向收縮綜合作用的結（jié）果，其（qí）數值不（bú）一定隨著模溫的升高（gāo）而增大。如果（guǒ）澆口發生凍結，注射壓（yā）力和保壓壓力的影響將會消失，隨著模溫的升高，冷卻定（dìng）型時（shí）間亦將延長，故（gù）脫模後製品收縮率一般都會增大。

成形周期：成形周期與收縮率無直（zhí）接關係。但需注（zhù）意，當加（jiā）快成形周期時，模具溫度（dù）、熔料溫度等必然也（yě）發生變（biàn）化，從而也影響收（shōu）縮（suō）率的變化。在作材料試驗時，應（yīng）按照由所需產量決定的成形周期進行成形，並對塑件尺寸進行檢驗（yàn）。用此模具進行塑料收縮率試（shì）驗的實例如下。
注射機：鎖模力70t，螺杆直徑（jìng）Φ35mm，螺杆轉（zhuǎn）速80rpm。

成形條件：最高注射壓力178MPa，料筒溫度230(225-230-220-210)℃，240(235-240-230-220)℃，250(245-250-240-230)℃，260(225-260-250-240)℃，注射速度（dù）57cm3/s，注射時間0.44～0.52s，保壓時間6.0s，冷卻時間15.0s。

五、模具尺寸和製造公差

模具型腔和型芯的加工尺寸除了通過D=M(1+S)公式計算基本尺寸之外，還有（yǒu）一個加工公差的問題。按照慣例，模具的加工公差為塑件公差的1/3。但由於塑料收縮率範圍和穩定性各有差異，首先必須合（hé）理化確定不同塑（sù）料所（suǒ）成形塑件的尺寸公差。即由收縮率（lǜ）範圍（wéi）較大或收縮率穩定較差塑料（liào）成形（xíng）塑（sù）件的尺寸公差應取得大一（yī）些。否則就可能出（chū）現大量（liàng）尺寸超差的（de）廢品。 為此（cǐ），各國對塑料（liào）件的尺寸公差專門製（zhì）訂（dìng）了國家標準或行業標準。中國也曾製訂了部級專業標準。但大都無相應的模具型腔的尺寸公（gōng）差。德國國家標準中專門製訂了塑件尺寸（cùn）公（gōng）差的DIN16901標準及相應的模（mó）具（jù）型（xíng）腔（qiāng）尺（chǐ）寸公差的DIN16749標準。此標準在世界上具有較大的影響，因而可供（gòng）塑料模具行業參考。

六、關於塑件的尺寸公差和允許偏差

為了合理地確定不同（tóng）收縮特性材料所成形塑件的尺寸公差，讓標準引入了成形收縮差△VS這一概念。 △VS=VSR_VST(4)

式中： VS-成形收縮（suō）差 VSR-熔料流動方向的成形收縮率 VST-與熔料流動垂直方向的成（chéng）形收縮率。

根據塑料△VS值，將各種塑料的收縮特性分為4個組。△VS值（zhí）最小的組（zǔ）是高精（jīng）度組，以此類推，△VS值最大（dà）的組為低精度組。 並按照（zhào）基本尺寸編製了精密技術、110、120、130、140、150和160公差組。並規（guī）定，用（yòng）收縮特性（xìng）最穩（wěn）定的（de）塑料成形塑件的尺寸（cùn）公差可選用110、120和130組。用（yòng）收縮特性中等（děng）穩定的塑料成形塑（sù）件的尺寸公差（chà）選（xuǎn）用120、130和140。如果用這（zhè）類塑料成形塑件的（de）尺寸公差選用（yòng）110組時，即可能（néng）出大量（liàng）尺寸超差塑件。用收縮特性（xìng）較差的塑料成形塑件的尺寸公差（chà）選用130、140和（hé）150組。用收縮特性最差的（de）塑（sù）料成形塑件的尺寸公差選用140、150和160組。 在使用此公差表時，還需注意以（yǐ）下各點。 表中的（de）一般公差用於不注明公（gōng）差的尺寸公差。直接標注偏差的（de）公差是（shì）用（yòng）於對塑件尺寸標注公差的公差帶。其上、下偏差可設（shè）計人員自行確定。例（lì）如公差帶為0.8mm，則可以選用以下各種上、下偏差構成，0.0;-0.8;±0.4;-0.2;-0.5等。 每一公差（chà）組中均有A、B兩組公差值。其中A是由模（mó）具零件組合形成的尺寸（cùn），增加了模具零件對合處不（bú）密合所形（xíng）成的錯差。此增加值為0.2mm。其中B是直接由模具零件所決定的尺寸。 精密技術是專門設立的一組公差（chà）值，供具（jù）有高精度要求塑件使用。 在（zài）此用塑件公差之前，首先必須知道所使用的塑料適用哪幾個公差組（zǔ）。

七、模具的（de）製造公差

德國國家（jiā）標準針對塑件公差製訂了相應模（mó）具製造公差的標準DIN16749。該表中共設4種公差。不論何種材料的塑件，其中不注（zhù）明（míng）尺寸公差尺寸的模具（jù）製造公差均使用序號1的公差。具體公差值由基本尺寸範圍確（què）定。 不論何種材料塑件（jiàn）中等精度（dù）尺寸（cùn）的模具製造公差為序（xù）號2的公（gōng）差。不論何（hé）種（zhǒng）材（cái）料塑件較高精度尺寸的模（mó）具製造公（gōng）差為（wéi）序（xù）號3的公差。精密技術相應的模具製造公差為序號4的公差。

可以合理（lǐ）地確定各種材料塑件的合理公差和相（xiàng）應（yīng）的模具製造公差，這不僅給模具製造帶來方便，還可以減少（shǎo）廢品，提高經濟（jì）效期益。