模具尺寸和塑料（liào）收縮率到底是什麽關係？

更新日期：2019-01-08 12:00:48

設計（jì）塑料模（mó）時，確定了模具結構之後即可對模（mó）具的各部分進行詳（xiáng）細設（shè）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數。因而（ér）隻有具體地掌握成形塑料的收縮率才能確定（dìng）型腔各部分（fèn）的尺寸。即使所（suǒ）選模具結構正確，但所用參數不當，就（jiù）不可（kě）能生產出品質合格的塑件。

一、塑料收（shōu）縮率及其影響因（yīn）素

熱塑性塑料的特性是在加熱後膨（péng）脹，冷卻後收（shōu）縮，當然加壓（yā）以後體積也將縮小。 在注塑成（chéng）形過程中，首先將熔（róng）融塑料注射入模具（jù）型腔（qiāng）內，充填結束後熔料冷卻（què）固化，從模具中取出塑件時即出現收縮，此收縮稱為成形（xíng）收縮。塑（sù）件從模具取出到穩定這（zhè）一段時間內，尺寸仍（réng）會出現微小的（de）變化，一種變化是繼續收（shōu）縮，此收縮稱為後（hòu）收縮。另一種變化是某些吸濕性塑料因吸濕而（ér）出現膨脹。

例如尼龍610含水量為3%時，尺寸增加量為2%;玻璃纖維增強尼龍66的含水量為40%時尺寸增（zēng）加量為0.3%。但其中起主要作（zuò）用的是（shì）成形收縮。目前（qián）確定（dìng）各種塑料收縮率(成形收縮+後收縮)的方法，一般都推薦德國國家（jiā）標準中DIN16901的規定。即以23℃±0.1℃時模（mó）具型（xíng）腔尺寸（cùn）與成形後放置（zhì）24小時，在溫度為23℃，相對濕度為50±5%條件下（xià）測量出的相應塑件尺（chǐ）寸之差算出（chū）。

收縮（suō）率S由下式表示： S={(D-M)/D}×100%(1)

其中：S-收縮率（lǜ）; D-模具尺寸; M-塑（sù）件尺寸（cùn）。

如果按（àn）已知塑件尺寸和材料收縮率計算模具型腔則為 D=M/(1-S) 在模具設計中為了簡（jiǎn）化計算，一般使用下式求模（mó）具尺寸：

D=M+MS(2)。

如果需實（shí）施較為精確（què）的計算，則應用（yòng）下式： D=M+MS+MS2(3)

但在確定收縮率時，由於實際的收縮（suō）率要受眾多因素的影響也隻能使用近似值，因而用式(2)計算型腔尺寸也基本上滿足要求。在製造（zào）模具時，型腔則（zé）按照（zhào）下偏差加工，型芯則按上偏差加工，便於必要時可作（zuò）適當的（de）修整。

難於精確確定收縮率的主要（yào）原因，首先是因各（gè）種塑料的收縮率不是一個（gè）定值，而是（shì）一個範圍。因為不同工廠生產的同種材料的收縮率不相（xiàng）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（yàng）。 因（yīn）而各廠隻能為用戶提供該廠所生產塑料的收縮率範圍。其次，在成形過程（chéng）中的實際收縮率還受到塑件形狀，模具結構（gòu）和（hé）成形條件等（děng）因素的影響。

二（èr）、塑（sù）件形狀

對於（yú）成形（xíng）件壁厚來說，一般由（yóu）於厚壁的冷卻時間較長，因（yīn）而收縮率也較大，如圖1所示。 對（duì）一般塑件來說（shuō），當熔料流動方向L尺寸與垂直於熔料流方向W尺寸的差異較大時，則收縮率差異也較大。從熔料流動距離來看，遠離澆口部分（fèn）的（de）壓力損（sǔn）失大，因而該處的收縮率也比靠近澆口部（bù）位大。因加強（qiáng）筋、孔（kǒng）、凸台和雕刻等形（xíng）狀具有收縮抗力，因而這些部位的收縮率（lǜ）較小。

三、模具結構

澆口（kǒu）形式對收縮率（lǜ）也有影響。用小澆口時，因保壓結束之前澆口即固化而使塑件的收縮率增大。 注塑（sù）模中（zhōng）的（de）冷卻回路結構也是模具（jù）設計中的一個關鍵。冷卻回路設計得不（bú）適當，則因塑件各處溫度不均衡而產生收（shōu）縮差，其結果是使塑件尺寸超（chāo）差或變形。在薄壁部分，模（mó）具（jù）溫度分布對收縮率的影響則（zé）更為明顯。

分（fèn）型麵（miàn）及澆口

模具的分型麵、澆口形式及尺寸等因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補縮作用及成型時間。

采（cǎi）用直接澆口或大（dà）截麵澆口可（kě）減少收縮，但各向異性大，沿料流方向收縮小，沿垂直料流方向收縮大;反之，當澆口厚度較小時，澆口部（bù）分會過早凝結硬化，型腔內的塑料收縮後得（dé）不到及時補充，收縮較大（dà）。

點澆口凝封（fēng）快，在製件條（tiáo）件（jiàn）允許的情況下，可設（shè）多點澆口，可有效地延長保壓時（shí）間和增大型腔壓力，使收縮率減小。

四、成（chéng）形（xíng）條件

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

注射（shè）壓（yā）力：注射壓力是對收縮率影響較大的因素（sù），特別是充填結束後的保壓頁號335壓力。在一般情況下，壓力較（jiào）大的時因材料（liào）的密度大，收縮率就較小。

注射成型中壓力包括注射壓力、保壓壓力和模腔壓力等（děng）。這些因素均對塑件收縮行為有明顯（xiǎn）的（de）影響。

提高（gāo）注射壓力能（néng）夠降（jiàng）低製品的收縮率。這是因（yīn）為壓力增大，使注射速度提高，充模過（guò）程加快後，一方麵因（yīn）塑（sù）料（liào）熔體的剪（jiǎn）切發（fā）熱而提高了熔體溫度（dù）、減小了流動阻力;另一方麵還可以在（zài）熔體溫度尚高（gāo）、流動阻力較小的狀態下較早進入保壓補料階段。尤其對於薄壁塑件和小澆（jiāo）口塑件，由於冷卻速度快，更應該盡量縮短充模過程。

較高的保壓壓力和模（mó）腔（qiāng）壓力使型腔內製品密實，收縮減小，尤其是保（bǎo）壓階段的壓力對製品的（de）收縮率產生影響更大。這可解釋為（wéi）熔融樹脂在成（chéng）型（xíng）壓力作用下受到壓縮，壓力越高，發生的壓縮量（liàng）越大，壓力解除後的（de）彈（dàn）性恢複也（yě）越大，使得塑件塑件（jiàn）尺寸更加接近（jìn）型腔尺寸，因此（cǐ）收縮量越小。

可是（shì），即使是對於同一（yī）製品來說，模（mó）腔內樹脂的壓（yā）力在各部（bù）分並不一致;在注射壓力難（nán）以作用的部位和容易作用的部位，所受注射（shè）壓力也（yě）不一樣。此外,多型腔模具的各模腔所受壓力應設計均（jun1）勻，否則就（jiù）會產生各模腔的製品收縮率不一致。

注射速度：注射速度對收縮率的影響較小。但對於（yú）薄壁塑件或澆口非（fēi）常小（xiǎo），以及使用強化材料時，注射速度加快則收縮率小。

模具溫度（dù）：熱塑性塑料熔體注入型腔後，釋放大量的熱量（liàng）而凝固，不同的塑料（liào）品種，需要模腔維持在一適當溫度。在此溫度下，將（jiāng）最有利於（yú）塑件的成型，塑件（jiàn）成型效率（lǜ）最高，內應力和翹曲變形最小。

模具溫度是控製製品冷卻定（dìng）型的主要因素，它對成型收縮率的影響主要表現在澆口凍結後製品脫模（mó）之（zhī）前這段過程。而在澆口凍結之前（qián），模溫升高雖（suī）有增大（dà）熱收縮的趨勢，但也正是較高的模溫使（shǐ）得澆口凍（dòng）結時間延長，導致注射壓力和保壓力的影響增強（qiáng），補縮作用和負（fù）收縮量均會增大。
所以，總收縮是兩種反向收縮綜合作用的（de）結果，其數值不（bú）一定隨著模溫的升高（gāo）而增（zēng）大。如（rú）果澆口發生凍結，注射壓力和保壓壓力（lì）的影響將會消失（shī），隨著模溫（wēn）的（de）升高，冷卻定（dìng）型時間亦將延長，故脫模後製品收縮率（lǜ）一般都會增大。

成形周期（qī）：成形周期與收縮率無直接（jiē）關係。但需注意，當加快成形周期時，模具溫度（dù）、熔料溫度等必然（rán）也發（fā）生變化，從而也影響收縮率的變化。在（zài）作材料試驗時，應按照由（yóu）所需產（chǎn）量（liàng）決定的成形周期進行成形，並對塑件尺寸進行檢驗。用此模（mó）具進行塑料收縮率試驗的實例（lì）如下。
注射機：鎖模力70t，螺杆直徑Φ35mm，螺杆（gǎn）轉速80rpm。

成形條件：最高注射壓力178MPa，料筒溫（wēn）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57cm3/s，注（zhù）射時間0.44～0.52s，保壓（yā）時間（jiān）6.0s，冷（lěng）卻時間（jiān）15.0s。

五、模具尺寸和製造公差（chà）

模具型腔和型芯的加工尺寸除（chú）了通過D=M(1+S)公式計算（suàn）基本尺寸之外，還（hái）有一個加工公差的（de）問題。按照慣例，模具（jù）的加工公差為塑（sù）件公差（chà）的1/3。但由於塑料收縮率（lǜ）範圍和穩定性（xìng）各有差異，首先必（bì）須合理化確定不同塑（sù）料（liào）所（suǒ）成形塑件的尺寸公差。即由收縮率範圍較大或收縮率穩定較差塑（sù）料成形塑件的尺寸（cùn）公差應取得大一些（xiē）。否則就可能出現大量尺寸超（chāo）差的廢品。 為此，各（gè）國對塑料件的尺寸公差專門製訂了國家標準或行業標準。中國也曾製訂了（le）部級專（zhuān）業標準。但大都無相應的模具型（xíng）腔的尺寸公差。德（dé）國國家標準中專門製訂了塑件尺寸公差的DIN16901標準（zhǔn）及（jí）相應的模具（jù）型腔尺寸公差的（de）DIN16749標準。此標準在世界上具有較大的影響，因而（ér）可供塑（sù）料模具行（háng）業（yè）參考。

六、關於塑件的尺（chǐ）寸公差和允許偏差

為（wéi）了合理地確定不（bú）同收縮特性（xìng）材料所成形塑件的尺寸公差，讓標準引（yǐn）入了成形收縮差（chà）△VS這一概（gài）念。 △VS=VSR_VST(4)

式中： VS-成形收（shōu）縮差 VSR-熔料流（liú）動方（fāng）向的成形收縮率 VST-與熔（róng）料流動垂直方向的成形收縮率（lǜ）。

根據塑料△VS值，將各種塑料的（de）收縮特性分為4個組。△VS值最小的組是高精度組，以此類推，△VS值最大的組為低精度組。 並按照基本尺寸編製了精密技術、110、120、130、140、150和160公差組。並規定，用收縮特性最（zuì）穩定的塑料成形塑件的尺寸公差（chà）可選用110、120和130組。用收縮（suō）特性中等穩定的塑料成形塑件的尺寸公差選用120、130和140。如果用這類塑料成（chéng）形塑件的尺寸公差選用110組時，即可能（néng）出大量尺寸超（chāo）差塑件。用收縮特性較差的塑料成形塑件的尺寸公差選用130、140和150組。用收縮特性最差的塑料成形塑件的尺寸公差選用140、150和160組。 在使用此公差（chà）表時，還需注意以（yǐ）下各點。 表中（zhōng）的（de）一般公（gōng）差用於不注明公（gōng）差的（de）尺寸公（gōng）差。直接標注（zhù）偏差的（de）公差是用於對塑（sù）件尺寸標注公差的公差帶。其上、下偏差可設計人員自行確定。例如公差帶為0.8mm，則可（kě）以（yǐ）選用（yòng）以下各種上、下偏差構成，0.0;-0.8;±0.4;-0.2;-0.5等。 每一公差組中均有A、B兩組（zǔ）公（gōng）差值。其中A是（shì）由模具零（líng）件組合形成的尺寸，增（zēng）加了模具零件（jiàn）對合處不密合所形成的錯（cuò）差。此增加值為0.2mm。其中（zhōng）B是直接由模具零件所決定（dìng）的尺寸。 精密技術是專門設立的一組公差值，供具有高精度要（yào）求塑件使用。 在此用塑件公差之前，首先必須（xū）知道所（suǒ）使用（yòng）的塑料適用哪幾個公差組。

七、模具的（de）製造公差（chà）

德國國家標準針對塑件公差製訂了相（xiàng）應模具製造公差的標準DIN16749。該表中共設4種公差。不論何種材料的塑件，其中不注明尺寸公差（chà）尺寸的模具製（zhì）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定。 不（bú）論何種材料（liào）塑件中等精（jīng）度尺寸的模具製造公差（chà）為（wéi）序號2的公差。不論（lùn）何（hé）種材（cái）料塑件較高精度尺寸（cùn）的模具製造公差為序號3的（de）公差。精（jīng）密技術相應的模具製造公差為序號4的公差。

可以合理地確定各種材料（liào）塑件的合理（lǐ）公差和相應的模具製造公差，這不僅給模具製造帶來方便，還可以減少廢（fèi）品，提高經濟效期益。