模具尺（chǐ）寸和塑料收縮率到底是什麽關係？

更新日期（qī）：2019-01-08 12:00:48

設計塑料模時，確定了模具結構之後即可對（duì）模具的各部分進行詳細設計，即（jí）確定各模板和（hé）零件的尺（chǐ）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（shè）計參數。因（yīn）而隻有具體（tǐ）地掌握成形塑料的收縮率才能確定型腔各部分的尺寸。即使所（suǒ）選模具結構正確，但（dàn）所用參數不當，就不可能生產出品質合格的塑（sù）件（jiàn）。

一、塑料收縮率及其影響（xiǎng）因素（sù）

熱塑（sù）性塑料的特性是在加熱後膨（péng）脹，冷（lěng）卻後收縮，當然加壓以後體積也將縮（suō）小。 在注（zhù）塑（sù）成形過程中，首先將熔融塑料注（zhù）射入（rù）模具型腔內（nèi），充（chōng）填結束後熔料冷卻（què）固化，從模具中（zhōng）取出塑件時即出現收縮，此收縮稱為成形收縮。塑件從（cóng）模具取出（chū）到穩定這一段時間內，尺寸仍會出現微小的變化，一種變化（huà）是繼（jì）續（xù）收縮，此收縮稱為後收縮。另（lìng）一種（zhǒng）變化是某些（xiē）吸濕性塑料因吸濕而（ér）出現膨脹（zhàng）。

例如尼龍610含水量為3%時，尺寸增加量為2%;玻璃（lí）纖維增強尼龍66的含水量為40%時尺寸增加量為（wéi）0.3%。但其（qí）中起（qǐ）主要作用（yòng）的是成形收縮。目前確定各種塑（sù）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（zhōng）DIN16901的（de）規定。即以23℃±0.1℃時模具型腔尺寸（cùn）與成形後放置24小時，在溫度為23℃，相對濕度（dù）為50±5%條件下測（cè）量出的（de）相應塑件尺寸之差算出。

收縮率S由下式表（biǎo）示： S={(D-M)/D}×100%(1)

其中：S-收縮率; D-模具尺寸; M-塑件尺寸。

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

D=M+MS(2)。

如果需實施較為精確的計算，則應用下式： D=M+MS+MS2(3)

但（dàn）在確定收（shōu）縮率時，由於實際的收縮率要（yào）受眾多因素的影響也隻能使用近似值，因（yīn）而用式(2)計算型腔尺寸也基本上滿（mǎn）足要（yào）求。在製造模具時（shí），型腔則按照下偏差加工，型芯（xīn）則按上偏差（chà）加工，便於必要時可作適當的修整。

難於精確確定收縮（suō）率的主要原因，首先是因各種塑料的收（shōu）縮率不是一個定值，而是一個範圍。因為不同工廠生產的同種材料的收縮率不相同，即（jí）使是一個工廠生（shēng）產的不同批號同種材料的收縮率也不（bú）一樣。 因而各廠隻能為用戶（hù）提供該廠所生產塑料的收縮率範圍。其次，在成形過程中的（de）實際收縮率還受到塑件形狀，模具（jù）結構和成形條件等因素（sù）的影響。

二、塑件形狀

對（duì）於成形件壁厚來說，一般由於厚壁的（de）冷卻時（shí）間較長，因而收（shōu）縮率也較大，如（rú）圖1所示。 對一般塑件來說，當熔料流動方向L尺寸與垂直（zhí）於熔料流方向W尺寸的差（chà）異較大時，則收縮率（lǜ）差異也較大。從熔料流動距離來看，遠離澆口部分（fèn）的壓力損失大，因而該處的收縮率（lǜ）也比靠近澆口（kǒu）部位大。因加強筋、孔、凸台和雕（diāo）刻等形狀具有收縮抗（kàng）力，因而這（zhè）些部（bù）位的收縮率較（jiào）小（xiǎo）。

三、模具結構

澆口形式對收縮（suō）率也有影響。用小澆口（kǒu）時，因保壓結束（shù）之前澆口即固化而使塑件的收（shōu）縮率增（zēng）大。 注塑模中的冷卻回路結構也是模具設計中的一個關鍵。冷卻回路設計得不適當，則因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差或變形。在薄壁部分，模具溫度分布對收（shōu）縮率的影響則更為明顯。

分型（xíng）麵及澆口

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

采用直接澆口或大截麵（miàn）澆口可減少收縮，但各向異性大（dà），沿料流方向收縮（suō）小，沿垂直料（liào）流方向收縮大;反之（zhī），當澆（jiāo）口厚度較小時，澆口部分會過早凝結硬（yìng）化，型腔內（nèi）的塑料收縮後得不到及時補充，收縮較大。

點澆口（kǒu）凝封快，在製件條件允許的情況下，可設多（duō）點澆口，可有效（xiào）地延長保（bǎo）壓（yā）時間和增大型腔壓力，使收縮率減（jiǎn）小。

四、成形條件

料筒溫度：料筒溫度(塑料溫度)較高時，壓力（lì）傳遞較好而使收（shōu）縮力（lì）減小。但（dàn）用小澆口時，因澆口固化（huà）早而（ér）使收（shōu）縮率仍（réng）較大。對（duì）於厚壁塑件（jiàn）來說（shuō），即使料筒溫度較高，其收縮仍較大。
補料（liào）：在成形條件中，盡量減少補料以使（shǐ）塑件尺寸保持穩定。但補料不足則無法保持壓力，也會使收縮率增大（dà）。

注射壓力：注射壓力是對收縮率影響較大的因素，特別是充（chōng）填（tián）結束後的保壓頁號335壓力。在一（yī）般情況下，壓力較大的時因材料的密度大，收縮率就較小。

注射成型中壓力包括注射壓力（lì）、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（shè）壓力能夠降低製品的收縮（suō）率。這是因（yīn）為壓力增大，使（shǐ）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、減小了（le）流動（dòng）阻力;另一方麵還可以在熔體溫度尚高、流動阻力較小的狀態下較早進入保壓補料階（jiē）段。尤其對於薄（báo）壁塑件和小澆口塑件，由於冷卻速度快，更應該盡量縮短（duǎn）充模過程。

較高的保壓壓力（lì）和模腔壓力使型腔（qiāng）內製品密實，收縮（suō）減小，尤其是（shì）保壓階段的壓力對製品的收（shōu）縮率產生影響更大。這（zhè）可解釋為熔融樹脂在成型壓力作（zuò）用下受到（dào）壓縮，壓力越高，發生的壓縮量越大，壓力（lì）解（jiě）除後的（de）彈性恢複也越大，使得塑件塑件（jiàn）尺寸更加接近型腔尺寸，因此（cǐ）收縮量越小。

可是（shì），即使是對於同一製品來說，模腔內樹脂的壓力在各（gè）部分並不一（yī）致;在注射壓力難以作用的部位和容易作用的部位，所受注射壓（yā）力也不一樣。此（cǐ）外,多型（xíng）腔模具的各模腔所受壓力（lì）應設計均勻，否則就會產生（shēng）各模（mó）腔的製品收（shōu）縮率不一（yī）致（zhì）。

注射速（sù）度：注射速度對收縮率的影響較小。但對於薄壁塑件或澆口非常小，以及使用強（qiáng）化材料（liào）時，注射速度（dù）加快則收縮率小。

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

模具溫（wēn）度是控製製品冷（lěng）卻定型的主要因素，它對成（chéng）型收縮率的（de）影響主要（yào）表現在澆口凍結後製品脫模（mó）之前這段過（guò）程。而（ér）在澆口凍結之前，模溫升高雖有增大熱收縮的趨勢（shì），但也正是較高的模溫使（shǐ）得澆（jiāo）口凍（dòng）結時間延長，導致注射壓力和保壓力（lì）的影響增強，補縮作用和負收縮量均會增大。
所以（yǐ），總收縮是兩種（zhǒng）反向收縮綜合作用的結果，其數值不一定（dìng）隨著模（mó）溫的升高而增大。如果澆口發生凍結，注射壓力和保（bǎo）壓壓力的影（yǐng）響（xiǎng）將會消失，隨著模溫的升高，冷卻定型時間（jiān）亦將延（yán）長，故脫模後製品收縮率一般都會（huì）增大。

成形周期：成形周期與收縮率無直接關係。但（dàn）需注意，當加快成形周期時，模具溫度、熔料溫（wēn）度等必然也發生變化，從而也影響收（shōu）縮率的變化。在作材料（liào）試驗時（shí），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。用此模具進行塑料收縮率試驗的（de）實例如下。
注射機：鎖模力70t，螺杆直（zhí）徑Φ35mm，螺杆轉速80rpm。

成形條件：最高（gāo）注射壓力（lì）178MPa，料（liào）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（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）型腔（qiāng）和型芯的加工（gōng）尺寸除了通過D=M(1+S)公式計算基本尺寸之外，還有一個加工公差的問題。按照慣例（lì），模具的（de）加工公差為（wéi）塑件公差的1/3。但由於塑料收縮率（lǜ）範圍和穩定性各有差異，首先必（bì）須合理化確定不同塑料所成形（xíng）塑件的尺寸公差。即由收縮率範（fàn）圍較大或收縮（suō）率穩定較差塑料成形塑（sù）件的尺寸公差應取得大一些。否則就可能出現大量尺（chǐ）寸超差的廢品。 為此，各國對（duì）塑料件的尺寸（cùn）公差專門製（zhì）訂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（de）尺寸公（gōng）差。德國國家標準中專門製訂了塑（sù）件尺（chǐ）寸公差的DIN16901標準及相應的模具型腔尺寸公差的DIN16749標準。此標（biāo）準在世界上具有較大（dà）的影響，因而可供塑料模具行業參考。

六、關於塑件的尺寸（cùn）公差和允許偏差

為了合（hé）理地確定（dìng）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（shōu）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（suō）率（lǜ）。

根（gēn）據塑料△VS值（zhí），將各種塑（sù）料的收縮特性分為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（guī）定，用收縮特（tè）性（xìng）最穩（wěn）定的塑料成形塑件的（de）尺寸（cùn）公差可選用（yòng）110、120和130組。用收縮特性（xìng）中等穩定的塑料成形塑件（jiàn）的尺寸公差選用120、130和140。如果用這類（lèi）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（sù）件。用收縮特性較差的塑料（liào）成形塑件的尺寸公差選用130、140和（hé）150組。用收縮特性最差的塑料成形（xíng）塑件的尺寸公差選用140、150和（hé）160組。 在使用（yòng）此公差表時，還需注意以下（xià）各點。 表中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（gōng）差（chà）是用於對塑件（jiàn）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，則可以選用以下各（gè）種上（shàng）、下偏差構成，0.0;-0.8;±0.4;-0.2;-0.5等。 每一公差組（zǔ）中均有A、B兩組公差值。其中A是由模具零（líng）件組合形成的（de）尺寸，增加了模具零件對合處（chù）不密（mì）合（hé）所形成的錯（cuò）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（jīng）密（mì）技術是專門設立（lì）的一（yī）組公差值，供具有高精度要求塑件使（shǐ）用。 在此用塑件公差之前，首（shǒu）先必須知道所使用的塑料適用哪幾個公差組（zǔ）。

七、模具的製造公差（chà）

德國國家標（biāo）準針對塑件公差製訂了相應（yīng）模具製造公差的標準DIN16749。該表中共（gòng）設（shè）4種公差（chà）。不論何種材料的塑件，其中不注明尺寸公差尺（chǐ）寸的模具製造公差（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。 不論何種材料塑件中（zhōng）等精度尺寸的模具製造公差為序號2的公（gōng）差。不論何種（zhǒng）材料塑件較高精（jīng）度尺（chǐ）寸的（de）模具製造公差為序號3的公差。精密技術相應的模（mó）具製造公差為序號4的公差。

可以合理地確定各種（zhǒng）材料塑件的合理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（hái）可以減（jiǎn）少廢品，提高（gāo）經濟效期益。