模具尺（chǐ）寸和塑料收縮率到底是什麽關係？

更新日期：2019-01-08 12:00:48

設計塑料模時，確定了模（mó）具結構之後即可對模具的各部分進行詳細（xì）設計，即確定各模（mó）板和零件的尺寸，型腔和型芯尺寸等。這時將涉及（jí）有（yǒu）關材料收縮率等主要的（de）設計參數。因而隻有具體地掌握成形塑料的收縮率（lǜ）才能確定型腔各部分的（de）尺寸。即使所選模具結（jié）構正確，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（jí）其影響因素

熱塑性塑料的（de）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。 在注塑成形過程中，首先將熔融塑料注射入模具型腔內，充填結束（shù）後熔料冷卻固化，從模具中取出塑件時即出現收縮，此收縮稱為成形（xíng）收縮（suō）。塑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（chēng）為後收縮。另一種變（biàn）化是某些吸濕性塑料（liào）因吸濕而出現膨（péng）脹。

例如尼龍610含水量為3%時（shí），尺寸增加量為2%;玻璃（lí）纖維增強尼（ní）龍（lóng）66的含水量為40%時尺（chǐ）寸增加量為0.3%。但其中起主要作用（yòng）的是成形收縮。目前（qián）確定各種塑料收縮率(成（chéng）形收縮+後收（shōu）縮)的方法，一般都推（tuī）薦德國國家標（biāo）準中DIN16901的（de）規定。即以23℃±0.1℃時模具型腔尺（chǐ）寸與（yǔ）成形後放置24小時，在溫度為23℃，相對濕度為50±5%條件下測量（liàng）出的相應塑件（jiàn）尺寸之差算出。

收縮率S由下式表示： S={(D-M)/D}×100%(1)

其中：S-收縮率; D-模具尺寸; M-塑（sù）件（jiàn）尺寸。

如（rú）果按已（yǐ）知塑（sù）件尺寸和材料收縮率（lǜ）計（jì）算模（mó）具型腔則為 D=M/(1-S) 在模具設計中為了簡化計算，一般使（shǐ）用下式（shì）求模具尺寸：

D=M+MS(2)。

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

但（dàn）在確定（dìng）收縮率時，由（yóu）於實際的收（shōu）縮率要受眾多因素的影（yǐng）響也隻能使（shǐ）用近似值，因而用式(2)計算（suàn）型腔尺寸也基本上滿足要求。在製造模具時，型腔則（zé）按照下偏差加工，型芯則按上偏差加工，便於必要時可作適當的修整。

難於精確確定收縮率的主要原因，首先是因各種塑料的收縮率不是一個（gè）定值，而是一個範圍。因為不同（tóng）工（gōng）廠生產的同種材料（liào）的收縮率不相同，即使是一個工廠生產的不同（tóng）批號同（tóng）種材料的（de）收縮（suō）率也不一（yī）樣。 因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（cì），在成形過程中的實際收縮率還受到塑（sù）件形狀，模具結構和成形條件等因素的（de）影響。

二、塑（sù）件形狀

對於成形件壁厚來說，一（yī）般由（yóu）於厚壁的冷卻（què）時間較長，因而收縮率也較大，如圖1所示。 對一般塑件來說，當熔料流動方（fāng）向L尺寸（cùn）與垂直於熔料（liào）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（lí）來看，遠離澆口部分的壓（yā）力損（sǔn）失大，因而該處的收縮率也比靠近澆口部位大。因加強筋、孔、凸台和雕刻等形狀具有收（shōu）縮（suō）抗力，因而這些部位的收縮率較小（xiǎo）。

三、模（mó）具結構

澆口形式對收縮（suō）率也有影響。用小澆（jiāo）口時，因（yīn）保壓結束之前澆口即固化（huà）而使塑件的收縮率增大。 注塑模中的冷卻回路結構也（yě）是模具設計中的（de）一個關鍵。冷卻回（huí）路（lù）設計得不適當，則因塑件各處溫度不均衡而產生收縮差，其（qí）結果是使塑件尺寸超差或變形。在薄壁部分，模具溫度分布對收縮率的影響則更為明顯。

分型（xíng）麵及澆口

模具的分型麵、澆口形式及尺寸等因素直（zhí）接（jiē）影響料流（liú）方向（xiàng）、密度分布、保壓補縮作用及成型時間。

采用直（zhí）接澆（jiāo）口或大截麵澆口（kǒu）可減（jiǎn）少收縮，但各（gè）向異（yì）性大，沿料流方（fāng）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（liào）收縮後得不到及時（shí）補（bǔ）充，收縮較大。

點澆（jiāo）口凝封快，在製件（jiàn）條件允許的情況下（xià），可設多（duō）點（diǎn）澆口，可有效地延長保壓時間和增大型腔壓力，使收（shōu）縮率減小。

四、成形（xíng）條件

料筒溫度：料筒溫度（dù）(塑料溫度)較高時，壓力傳遞較好而使收（shōu）縮力減小。但用小澆口時，因澆口固化早而（ér）使收縮率仍（réng）較大。對於（yú）厚壁塑件來說，即使（shǐ）料筒溫度較高（gāo），其收縮仍較大。
補料：在成形條件中，盡量減少補料以使塑件尺寸保持穩定。但（dàn）補料不足則無法保（bǎo）持壓（yā）力，也會使收縮率（lǜ）增大。

注射壓力：注射壓力是對收縮率影響較大（dà）的因素，特別是充填結束後（hòu）的保壓頁號335壓力。在一般情況下，壓力較大的時因材（cái）料的密度大，收縮率就較（jiào）小。

注射成（chéng）型中壓力包括注射壓力、保壓（yā）壓力和模（mó）腔（qiāng）壓力等。這些因素均對塑件收縮行為有明顯的影響（xiǎng）。

提高注射壓力能夠降低製（zhì）品的收縮（suō）率。這是因（yīn）為壓力增大（dà），使注射速度提高，充模過程加（jiā）快後，一方麵因塑料（liào）熔體的（de）剪切發熱而提高了（le）熔體（tǐ）溫度、減小了流動阻力;另一方麵還可（kě）以在熔體溫度尚高、流動阻力較小的狀態（tài）下較早進入保壓補（bǔ）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（duǎn）充（chōng）模過程。

較（jiào）高的保壓壓力和模腔壓（yā）力使型腔內製品密實，收縮減小，尤其（qí）是保（bǎo）壓階（jiē）段的壓力對製品（pǐn）的收縮率產（chǎn）生影響（xiǎng）更大。這可（kě）解釋為熔融（róng）樹脂在成型壓力作用下受到壓縮，壓力越高，發生的壓（yā）縮量越大，壓力解除後的彈性恢複也越大，使得塑件塑件尺寸更加接近型腔（qiāng）尺寸，因此收縮量越小。

可是，即（jí）使是對於（yú）同一製品來說，模腔內樹脂的壓力在各部（bù）分並不一致;在（zài）注射壓力難以作用（yòng）的部位和容易作用的部位，所受注射壓力也不一（yī）樣。此外,多型腔模具的各（gè）模腔所受壓（yā）力應設計均勻，否則就會產生各模腔的製品收縮率不一致（zhì）。

注射（shè）速度：注射速度對（duì）收縮率（lǜ）的影響較小。但對於薄壁塑件（jiàn）或（huò）澆口（kǒu）非常（cháng）小，以（yǐ）及使用強化材料時，注射速度加（jiā）快則收縮率小。

模具溫度：熱塑性（xìng）塑料熔體注入型腔後，釋放大（dà）量的熱量而凝固（gù），不同的塑料品種，需要模腔維持在一適當溫（wēn）度。在此溫度（dù）下（xià），將最有利於（yú）塑件的成（chéng）型，塑件成型效率最高，內應力和翹曲變形（xíng）最小（xiǎo）。

模具溫度（dù）是控製製品冷卻定型的主（zhǔ）要因素（sù），它對成型收縮率的影響主要表現在澆口凍（dòng）結（jié）後製品脫模之前這段過程。而在澆口凍結之前，模溫升（shēng）高雖有增大熱收縮的趨勢，但（dàn）也正是（shì）較高的模溫使得澆口凍結時間延長，導致注射壓力和保壓（yā）力的（de）影響增強，補縮（suō）作（zuò）用和負收縮量均會增大。
所以（yǐ），總收縮是兩（liǎng）種反向收（shōu）縮綜合作用（yòng）的結果，其數值不一定隨著模溫的升高而增大。如果澆口發生凍結，注射壓（yā）力（lì）和（hé）保壓壓力的影響將會（huì）消（xiāo）失，隨著模溫的升高，冷卻定型時間亦將延長，故脫模（mó）後製品收縮率（lǜ）一般都會增（zēng）大。

成（chéng）形周期（qī）：成形周期與收縮率（lǜ）無直接關係。但需注意，當加快成（chéng）形周期（qī）時，模具溫度、熔料溫度（dù）等必然也發生變化，從（cóng）而（ér）也影（yǐng）響收縮率的變化。在作材料試驗時，應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（cǐ）模具進行塑料（liào）收縮率試驗（yàn）的實例如下。
注射機：鎖（suǒ）模力70t，螺杆直徑Φ35mm，螺杆轉速80rpm。

成形條件：最高注射壓力178MPa，料筒溫度（dù）230(225-230-220-210)℃，240(235-240-230-220)℃，250(245-250-240-230)℃，260(225-260-250-240)℃，注射速（sù）度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（jù）型（xíng）腔和型芯（xīn）的加（jiā）工尺（chǐ）寸除了通過D=M(1+S)公式計算基本（běn）尺（chǐ）寸之外，還有一個（gè）加工公差的問題。按（àn）照慣例，模具（jù）的加工公差為塑（sù）件公差的1/3。但由於塑料收縮率範圍和（hé）穩定性各有差異，首先必須合理化確定不同（tóng）塑料所成形塑件的尺寸公差。即由收縮率範（fàn）圍較大或收縮率穩定較差塑料成形塑件的尺寸公差（chà）應取得大一（yī）些。否則就可能出現大量尺（chǐ）寸超差的廢品。 為此，各國對塑料件的尺寸（cùn）公差專門製訂（dìng）了國家標準或行業標準。中（zhōng）國（guó）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差。德國國家標準中專門製訂了（le）塑件尺寸公差的DIN16901標準及（jí）相應（yīng）的模具型腔（qiāng）尺寸公差的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（niàn）。 △VS=VSR_VST(4)

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

根據塑料△VS值，將各種塑料的收縮特（tè）性分為4個（gè）組。△VS值最小的組是高（gāo）精（jīng）度組，以此類推，△VS值最（zuì）大的組為低精（jīng）度組（zǔ）。 並按照基本（běn）尺（chǐ）寸（cùn）編製了精（jīng）密（mì）技術、110、120、130、140、150和160公差（chà）組。並規定，用收縮特性（xìng）最穩定的塑料成形（xíng）塑件的尺寸公（gōng）差可選用（yòng）110、120和（hé）130組。用收縮特性中等穩定的塑（sù）料成（chéng）形塑件的尺寸公差選用120、130和140。如果用這類塑料成形塑件的尺寸公差選用110組時，即可能出大量尺寸超差塑件。用收縮特性較差的塑料成形塑件的（de）尺（chǐ）寸公差選用130、140和150組。用收縮特性最（zuì）差的塑料成形（xíng）塑件的尺寸公差選用140、150和160組。 在使用（yòng）此公差表時，還需注意以下各點。 表中（zhōng）的一般公差用於不注明公差的尺寸公差。直接標注偏差的公差是用於對塑件尺寸標注公差（chà）的公差（chà）帶。其上（shàng）、下偏差可設計人員自（zì）行確定。例如公差帶（dài）為0.8mm，則可以選用以下各種上、下偏差構（gòu）成，0.0;-0.8;±0.4;-0.2;-0.5等。 每（měi）一公差組中（zhōng）均有A、B兩組公差值。其中（zhōng）A是由模具零件（jiàn）組合形成的尺寸，增加了模具零件對合處不密合所形成的錯差。此增加值為0.2mm。其中B是（shì）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，供具有高精度要求塑件使（shǐ）用。 在（zài）此用塑件（jiàn）公差之前，首先必須知道（dào）所使用的塑料適用哪幾個公差組。

七、模具的製造公差

德國國家標準針對塑件公差（chà）製訂了相（xiàng）應模具製造（zào）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（bú）注明尺寸公差（chà）尺寸的模具（jù）製造公差（chà）均使用序號1的（de）公差。具體公差值由基本尺寸範圍確定。 不（bú）論何種材料塑件（jiàn）中等精度尺寸的模具製造公差為序號2的公差。不論何種材料（liào）塑件較高精度尺寸的模具製造公（gōng）差為序號3的公（gōng）差。精密（mì）技術相應的模具製造公差為序號4的公差。

可以（yǐ）合理地確定各種材料（liào）塑（sù）件的合理（lǐ）公差和（hé）相應的模具製造公差，這不僅給模具製造（zào）帶來方便，還可以減（jiǎn）少廢品，提高經濟效期益（yì）。