模具尺寸和塑料收縮率到底是什（shí）麽關（guān）係？

更新（xīn）日（rì）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詳細（xì）設計，即確定各模板和零件的尺寸，型腔和（hé）型芯尺寸等。這時將涉及有關（guān）材料收縮（suō）率等主要的設計（jì）參數。因而隻有具體地掌握成形塑料的收縮率才能確定型腔各部分的尺（chǐ）寸。即使所選模具結（jié）構（gòu）正確，但所用參（cān）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

熱塑性塑料（liào）的特性是在加熱後膨（péng）脹，冷（lěng）卻後收縮，當然加壓以後體積（jī）也將縮小。 在注（zhù）塑成形（xíng）過程中，首先將熔融塑料注射入模具型腔（qiāng）內，充填結束後熔料冷卻固（gù）化（huà），從模具中取出塑（sù）件時即出現（xiàn）收縮，此收縮稱為（wéi）成形收縮。塑（sù）件（jiàn）從模具取出到穩（wěn）定這一（yī）段時間內，尺寸仍會出現微小的變化，一種變化（huà）是（shì）繼續收縮，此收縮稱為後收縮。另（lìng）一種變化是某些吸濕性塑料（liào）因吸濕而（ér）出現膨脹。

例如尼龍610含水（shuǐ）量為3%時，尺寸（cùn）增加量為2%;玻璃纖維增（zēng）強尼龍66的含水量為40%時（shí）尺寸（cùn）增加量（liàng）為0.3%。但其（qí）中起主要作（zuò）用的是成形收縮。目前確定各種塑料收縮率(成（chéng）形收縮+後收縮)的方法，一般都推（tuī）薦德國國家標準中（zhōng）DIN16901的規定。即以23℃±0.1℃時模具型腔尺寸與成形後放置（zhì）24小時，在溫度為23℃，相對濕（shī）度為50±5%條件下測量出的相應塑件尺寸之差算出。

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-塑件尺寸。

如果（guǒ）按已知塑（sù）件（jiàn）尺（chǐ）寸（cùn）和材料收縮率計算模具型腔則為 D=M/(1-S) 在（zài）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)。

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

但在（zài）確定收縮率時，由於實際（jì）的收縮率要受眾（zhòng）多因素的影響也隻能使用近似值，因（yīn）而用式（shì）(2)計算型腔尺寸也基本上滿足要求。在製造模具時（shí），型腔則按（àn）照下偏差加工（gōng），型芯則按上偏差加工（gōng），便於必要時（shí）可（kě）作適當的修整（zhěng）。

難於精確確定收縮率的主要原因，首（shǒu）先是因各種塑料的收縮率不是（shì）一個定值，而是一（yī）個範圍。因為不同工廠生產的同種材料（liào）的收縮率不相同，即使是一個工（gōng）廠生產（chǎn）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產塑料的（de）收縮率範圍。其次，在成形過程中的實際收縮（suō）率還受到（dào）塑件形狀，模具結構和成形條件（jiàn）等因素的影響。

二、塑件形狀

對於成形件壁厚來說，一般由於厚壁的冷卻時（shí）間較（jiào）長，因而收（shōu）縮率也較大，如（rú）圖1所（suǒ）示。 對（duì）一般塑件來說，當熔料流動方向L尺寸與垂直於熔料流方向W尺（chǐ）寸的（de）差異較大時，則收縮（suō）率差異也較大。從熔料流動距離來看，遠離澆口部分的壓力損失（shī）大，因而該處的收縮率（lǜ）也比（bǐ）靠近（jìn）澆口部位大。因加強筋、孔、凸台和雕刻等形狀具（jù）有收縮抗力，因而（ér）這些部位的收縮率較小（xiǎo）。

三、模具結構

澆口形式對收縮率也（yě）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。 注塑模中的冷（lěng）卻回路結構也是模具設計中的一個關鍵。冷（lěng）卻回路設計得不適當，則因塑件各處（chù）溫度不均衡而產生收縮差，其結果是使塑件尺寸超差或變形。在薄壁部分，模具溫度分布（bù）對收縮率的影響則更為明顯。

分型麵及澆口

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

采用直接澆口或大截麵澆口可減少收縮，但各向異性大（dà），沿料流方向收縮小，沿（yán）垂直料流方向收縮大;反之，當澆口厚度較小時，澆口（kǒu）部分會過早凝結硬化（huà），型腔內的塑料收縮後得不到（dào）及時補充，收縮較大。

點澆口凝封快，在製件條件允（yǔn）許的情況下，可（kě）設多點澆口，可有效地延長保（bǎo）壓時間和增大型腔壓力，使收縮率（lǜ）減小。

四、成形條件

料筒（tǒng）溫度：料筒溫度(塑料溫度)較（jiào）高時，壓力傳遞較好而使收縮力減小。但用小澆口時，因澆口固化早（zǎo）而使收縮率仍較大。對於厚壁塑件來說，即（jí）使料（liào）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）料以使塑件尺寸保持（chí）穩定。但補料不足則無法保持壓力，也會使收縮率增大。

注射壓力：注射壓力是對收（shōu）縮率影響較大的因素，特（tè）別是充填結束後的保壓（yā）頁號335壓力。在一般情況下，壓力較大的時因材料的密度大，收（shōu）縮率就較（jiào）小。

注射成（chéng）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顯的影響。

提高注射壓力能夠降低製品的收縮率。這是因為壓（yā）力增大，使注（zhù）射速度提高（gāo），充模過（guò）程加快（kuài）後，一方麵因塑料熔體的剪切發熱而提（tí）高了熔體溫度、減小（xiǎo）了流（liú）動阻力;另一方麵還可以在熔體溫度尚高、流動（dòng）阻力較小的狀（zhuàng）態下（xià）較早進（jìn）入保壓補料（liào）階段。尤其對於（yú）薄壁塑件和小澆口塑（sù）件，由於（yú）冷（lěng）卻速度快，更應該盡量縮短充模過程。

較高的保壓壓（yā）力和模腔壓力使型腔內（nèi）製品密（mì）實（shí），收縮減小，尤其是保壓階段的壓力對製（zhì）品（pǐn）的收縮率產生影響更大。這可解釋為（wéi）熔融樹脂在成型壓力作用下受到壓縮，壓力越高，發生的壓縮量越大，壓力解除後的（de）彈性恢複也越大，使得塑件塑件（jiàn）尺（chǐ）寸更加接近型腔尺寸，因此收縮量越小。

可是（shì），即（jí）使是對於同一製品來說，模腔內樹脂的壓力在各部分並不一致;在注射壓力難以（yǐ）作用的部位和容易作用的部位，所受注射壓力也（yě）不一樣。此外,多型腔模具（jù）的各模腔所受壓力應設計均（jun1）勻，否（fǒu）則（zé）就會產生各模腔的製品收縮率不（bú）一致。

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

模具溫（wēn）度：熱塑性塑（sù）料熔體注入型腔後，釋放大量（liàng）的熱量而凝固，不同的塑料品種，需要模（mó）腔維持在一適當（dāng）溫度。在此溫度下，將最有利（lì）於塑件的成型，塑件成（chéng）型效率最高，內應力和翹曲變形最小。

模具溫度是控製製（zhì）品冷卻定型的主要因素，它對成型收縮率的影響主要（yào）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（gāo）雖（suī）有增大熱（rè）收縮的趨勢，但也正是較高的模溫使（shǐ）得澆（jiāo）口凍（dòng）結時（shí）間延長，導致注射壓（yā）力和保壓力的影響增強，補縮作用和（hé）負收縮（suō）量均會增大。
所以，總收縮是兩種反向收縮綜合作用（yòng）的（de）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）和保壓壓力的影響將會消失，隨著（zhe）模溫的升高，冷卻定型時間亦將延長，故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（wú）直接關係。但需注意，當加快（kuài）成形周期時，模具溫度、熔料溫度（dù）等必然也發（fā）生變化，從而也（yě）影（yǐng）響收縮率的變化。在作材料試驗時，應按照（zhào）由所需產量決定的成形周期進行成形，並對塑件尺寸進行（háng）檢（jiǎn）驗。用此模具進行塑料收縮率試驗的實例如下。
注射機：鎖模力70t，螺杆直徑Φ35mm，螺杆轉速80rpm。

成形條件：最高注（zhù）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57cm3/s，注射時間0.44～0.52s，保壓（yā）時間6.0s，冷卻時間15.0s。

五、模具尺寸和製造（zào）公差

模具（jù）型腔和型芯的加工尺寸除了通過D=M(1+S)公式計（jì）算基（jī）本尺寸之外，還有一個加工公差的問題。按照慣例，模具的加工公差為塑件（jiàn）公差的1/3。但由於塑料收縮（suō）率範圍和穩定性各有差異，首先必須合理（lǐ）化（huà）確定不同塑料所成形塑件的尺寸公差（chà）。即由收縮率範圍較大或收縮率穩定較差塑料成形塑件的尺寸公差應取得大一些。否則就可（kě）能出現大（dà）量尺寸超差的廢品。 為此，各國對塑料件的（de）尺寸公差專（zhuān）門製訂了國家標準或行業（yè）標準。中國也曾製訂了部級專業標準。但（dàn）大（dà）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塑件尺寸公差的DIN16901標（biāo）準及相應的模具（jù）型腔尺寸公差的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（cān）考。

六、關於（yú）塑件的尺（chǐ）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（biāo）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形收縮率。

根據塑料△VS值，將各種塑料的收（shōu）縮特性分為4個組。△VS值最小的（de）組是高精度（dù）組，以此類推，△VS值最大的組為低精度（dù）組。 並按照基本尺（chǐ）寸編製了精密技術、110、120、130、140、150和160公差組。並規定（dìng），用收（shōu）縮（suō）特性（xìng）最穩定的塑料成形塑件的尺寸公差可選用110、120和130組。用收縮特性中等穩定的塑料成形塑（sù）件的尺寸公差選用120、130和140。如果用這類塑料成形塑（sù）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（chà）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（chéng）形塑件的尺寸公差（chà）選用140、150和160組。 在使（shǐ）用此公差表時，還需注意以下各（gè）點。 表中的一般公差用於不注明公差的尺寸公差（chà）。直接標注偏差的公差是用於對塑件尺寸（cùn）標注（zhù）公（gōng）差的公（gōng）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）以選（xuǎn）用以下各種上、下偏差構成，0.0;-0.8;±0.4;-0.2;-0.5等。 每一公差組中均有A、B兩組公差值。其中A是由模具零件組合形成的尺寸，增加了（le）模具零件對合處不密合所形成的（de）錯差（chà）。此增加值為0.2mm。其中B是直接由模具零件所決定的（de）尺寸（cùn）。 精密技（jì）術是專門設（shè）立的一（yī）組公差值，供具有高精（jīng）度要求塑件使用。 在此用塑件公差之前，首先必須知道所使用的塑料適用哪幾個公差組。

七、模具的製造公差

德國國家標準針（zhēn）對塑件公差製（zhì）訂了相應模具（jù）製（zhì）造（zào）公差的標（biāo）準DIN16749。該表中共設4種公差。不（bú）論何種材料的塑件，其中不注（zhù）明尺寸（cùn）公差尺寸的模具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（liào）塑件（jiàn）中等精度尺寸的模具製造公差為序號2的公（gōng）差。不論何種材料塑件較高精度尺寸的模（mó）具製造公（gōng）差為序（xù）號3的公差。精（jīng）密技術相應的模具製造公差為序號4的公差。

可以（yǐ）合理地確定各種材料塑件的合理公差和相應的模具製造公差，這不僅（jǐn）給模具製造帶來方便，還可以減少廢品，提高經濟效期益。