模具尺寸和塑（sù）料收縮率（lǜ）到底是什麽關係？

更新日期：2019-01-08 12:00:48

設計（jì）塑料模時，確定了（le）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（jiàn）的尺寸，型腔和型芯尺寸等。這時將涉及（jí）有關材料收縮率等主要的設計參數。因而隻有具體地掌握成形塑料（liào）的（de）收縮（suō）率才能確定型（xíng）腔各部分的尺（chǐ）寸（cùn）。即使所選模具結構正確，但所用參數不當，就不可能生產出品質合格的塑件（jiàn）。

一、塑料收縮（suō）率及其影響因素

熱塑性塑料的特性（xìng）是在加熱後膨脹，冷卻後收（shōu）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（qiāng）內，充填結束後熔料冷卻固化，從模具中取出塑（sù）件時即出現收縮，此收縮稱（chēng）為成形收縮。塑件從模具取出到穩定這一段時間內，尺（chǐ）寸仍（réng）會（huì）出現微小的（de）變（biàn）化，一種變化是繼續收縮，此收縮稱為（wéi）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（hán）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%時尺寸增加量（liàng）為0.3%。但其中起主要作用的是成形收縮。目前確定各種塑料收縮率(成形收縮+後收縮)的方法，一般都（dōu）推薦德國國（guó）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（fàng）置24小時，在溫度為23℃，相對濕度為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。

如果按已（yǐ）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（shè）計中為了簡化（huà）計算（suàn），一般使用（yòng）下式求（qiú）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)

但在確定收縮率時，由（yóu）於（yú）實際的收縮率要受眾多因素的影響（xiǎng）也隻能使用近似值，因而（ér）用式(2)計（jì）算型腔尺寸也基本上（shàng）滿足要（yào）求。在製造模具時，型（xíng）腔則按照下偏差加工，型芯則按上偏差加工，便於必（bì）要時可作適當的修整。

難於精確確定收縮率的主要原（yuán）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（fàn）圍。因為不同工廠生產的同種材料的收縮率不相同，即使是一個工廠生產的不同批號同種材料的收縮率（lǜ）也不一樣（yàng）。 因而各廠隻（zhī）能為（wéi）用戶提供該廠所生產塑料的收縮率範圍。其次，在成形過程中的實際收縮率還受（shòu）到塑件形狀，模具結構（gòu）和成形條件等因素的影響。

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，當熔料流動方向L尺寸與垂直（zhí）於熔料流方向W尺寸的差異較大時，則（zé）收縮率差異也較大。從熔料流動（dòng）距離來看，遠離澆口部分的壓力損失大，因而該處的收縮率也比靠近澆口部位大。因加強筋、孔（kǒng）、凸台和雕刻等形狀具有收縮抗力，因而這些（xiē）部位的收縮率較小。

三、模具結構

澆口形式對收縮率也有影（yǐng）響。用小澆（jiāo）口時（shí），因保壓結束之前澆口即固化而使塑件的（de）收縮（suō）率增大。 注塑模中的冷卻回路結構也是模具（jù）設（shè）計中的一個關鍵。冷卻回路設計得不適當（dāng），則因塑（sù）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，模具溫度分布對收縮率的影響則更為明顯。

分型麵及澆口（kǒu）

模具的分型麵、澆口形式及尺寸等因素直接（jiē）影響料流方（fāng）向（xiàng）、密度分布、保壓（yā）補縮作用（yòng）及成型時間。

采用直接澆口或（huò）大截麵澆口可減少收縮，但（dàn）各向異性大（dà），沿料流方向收（shōu）縮小，沿垂直料流方向收縮大;反之，當澆口厚度較小（xiǎo）時（shí），澆口部分會過早凝結硬化，型腔內的塑料收縮後得不到及時補充，收縮較大。

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

四、成形條件

料（liào）筒溫度：料筒溫（wēn）度(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（yīn）澆口固化早而使收縮率（lǜ）仍較大（dà）。對於（yú）厚壁塑件來說，即使料筒溫度較高，其收縮仍較大（dà）。
補料：在成形（xíng）條件中，盡量減少補料以使塑件尺寸保持穩定。但補（bǔ）料不足則無（wú）法保持壓力，也會使收縮率增大。

注射壓（yā）力：注射壓力是對收縮率影響較大的因素，特別（bié）是充填（tián）結束後的保壓頁號335壓力。在一般情況下，壓力（lì）較大的時因材料的密度大，收縮率就較小（xiǎo）。

注射成（chéng）型中壓（yā）力包括注射（shè）壓力、保壓（yā）壓力和模腔（qiāng）壓力等。這些因素均（jun1）對塑件收縮行為有（yǒu）明顯的影響。

提高注射壓力能夠降低製品（pǐn）的收縮率。這是因為壓力增大（dà），使注射速度提高，充（chōng）模過程加快後，一方麵因（yīn）塑料熔體的剪切發熱而提高了熔體溫度、減小了流動阻力（lì）;另一方麵（miàn）還可以在熔體（tǐ）溫度尚高、流動阻力較小的狀態下（xià）較早進入（rù）保壓補料階段。尤其對於薄壁塑件和小澆口塑件，由於冷卻速度（dù）快，更（gèng）應該盡量縮短充模過（guò）程。

較高的保壓壓力和（hé）模腔壓力使型腔內（nèi）製品密實，收（shōu）縮減小，尤其是保壓階段的（de）壓力對製品的收（shōu）縮率（lǜ）產生（shēng）影響更大。這可解釋為熔融樹脂在成型壓力作用下受到（dào）壓縮，壓力（lì）越高，發生的壓縮量越大，壓力解除後的彈性（xìng）恢複也越大，使得塑件（jiàn）塑件尺寸更加接近型（xíng）腔（qiāng）尺寸，因此收縮量越小。

可是，即使是對於同一製（zhì）品來說，模腔內樹脂的壓力在各（gè）部分並不一致;在注射壓力難以作用的部位和容易作（zuò）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）。

注射速度：注射速度對收縮率的（de）影響較小。但對於薄壁塑件或澆口非（fēi）常（cháng）小，以及使用強化材料時，注射速度加快則（zé）收（shōu）縮率小。

模具溫（wēn）度：熱塑性塑料熔體注入型腔（qiāng）後（hòu），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當溫度。在此溫度下，將最有利於塑件的（de）成型（xíng），塑件成型效率最高，內（nèi）應力和（hé）翹曲變形最小。

模具溫度是控製製品冷卻定型的主要因素，它對成型收縮率的（de）影響主要表現在澆口凍結後製品脫模之前（qián）這（zhè）段過程。而在澆口凍結之（zhī）前，模溫升（shēng）高（gāo）雖有增大熱收縮的趨勢（shì），但也正是較高的模（mó）溫使得澆口凍結時間延長，導致注射壓力和保壓力的影響增強，補（bǔ）縮作用和負收縮量均會增大。
所以，總收縮是兩種反向收縮綜合作用的結果，其數值不一定（dìng）隨著模溫的升（shēng）高而增大。如果澆（jiāo）口發生凍結，注（zhù）射（shè）壓力和保壓壓力的影響將會消失，隨著模溫的升高，冷卻定型時間（jiān）亦將延長，故（gù）脫模後製品收縮率（lǜ）一（yī）般（bān）都會增大。

成形周期（qī）：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（shí），模具溫度、熔料溫度等必然也發（fā）生變化，從（cóng）而也影響收縮率的變化。在作材料試驗（yàn）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（chǐ）寸（cùn）進（jìn）行檢驗。用此模具進行（háng）塑（sù）料收縮率試（shì）驗的實例（lì）如下。
注射機：鎖模力（lì）70t，螺杆直徑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（jiān）15.0s。

五、模具（jù）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，還有一（yī）個加工公差的問題。按（àn）照慣例，模具的加工公差為塑（sù）件公差的1/3。但由於塑料收縮率範（fàn）圍和（hé）穩定性各有差異，首先必須合理化確定不同塑料所成形塑件的尺寸公差。即由收縮率範圍較大或收縮率（lǜ）穩（wěn）定較差塑料成形塑件的尺寸公差應取得大一些。否則就（jiù）可能出現大量尺寸超差的廢品。 為此，各國對塑料件的尺寸公差專門製訂了國家標準或（huò）行業標準。中國也曾製訂了部級專業標準。但大都（dōu）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（chǐ）寸公差的DIN16901標準及相（xiàng）應（yīng）的模具型腔尺寸公差的DIN16749標準。此標準在（zài）世界上具有（yǒu）較大的影響，因（yīn）而可供塑料模具（jù）行業參考。

六、關於塑件的尺寸公差和允許偏差

為（wéi）了合理（lǐ）地確定不同收縮特性材料所（suǒ）成形塑件（jiàn）的尺寸（cùn）公差，讓標準引入了成形收縮差△VS這一概念。 △VS=VSR_VST(4)

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

根據塑料△VS值，將各種（zhǒng）塑料的收縮特性分為4個（gè）組。△VS值最小的組是高精度組，以此類推（tuī），△VS值最大的組為低精（jīng）度組。 並（bìng）按照基本尺寸編製了（le）精密（mì）技術、110、120、130、140、150和160公差組。並規定，用收縮（suō）特性最穩定的塑（sù）料成形塑件的尺寸公差可選用110、120和130組（zǔ）。用收縮特性中等穩定的（de）塑料成形塑件的（de）尺寸公差選用120、130和140。如果用（yòng）這類塑料成形塑（sù）件的尺寸公差選用（yòng）110組時，即可能（néng）出大量尺（chǐ）寸超差塑件。用收縮特性較差（chà）的（de）塑料成形塑件（jiàn）的尺寸公差選用130、140和150組。用收縮特性最差的塑料（liào）成形塑件（jiàn）的（de）尺寸公差選用140、150和160組。 在使用此公差表時，還需注意（yì）以下各點。 表中的一般公（gōng）差用於不注明公差的尺寸公差。直接標注偏差（chà）的公差是用於對塑件尺（chǐ）寸標注公差的公差帶。其上、下偏差可設（shè）計人員自行確定。例如公差帶為0.8mm，則可以選用（yòng）以下（xià）各種上、下（xià）偏差構成，0.0;-0.8;±0.4;-0.2;-0.5等（děng）。 每一（yī）公差（chà）組中均有A、B兩組（zǔ）公差值。其中A是（shì）由模具（jù）零件組合形成的尺寸，增加了模具零（líng）件對合處不密合所形成的錯（cuò）差。此增加值（zhí）為0.2mm。其（qí）中B是直接由模具（jù）零件（jiàn）所決定的尺（chǐ）寸。 精密技術是專門設（shè）立的一組公差值，供具有高精度要求塑件使用。 在此用塑件（jiàn）公差之前，首先必須知道所使（shǐ）用的塑料適用（yòng）哪（nǎ）幾個公差組。

七、模具（jù）的製造公差

德國國家標（biāo）準針對塑件公差製訂了相應模具（jù）製造公（gōng）差的（de）標準DIN16749。該表中（zhōng）共設（shè）4種公差。不論何種材料的塑件，其中不注明（míng）尺寸公差尺寸的模具製造公差（chà）均使（shǐ）用序號1的公差。具體公差值由基本尺（chǐ）寸（cùn）範圍確定。 不論何種材（cái）料塑件中等精度尺寸的模具製造公差為序號2的公差。不論何種材料塑件較高精度尺寸的模具製造公差為序號（hào）3的公（gōng）差。精密技術相應的（de）模具製造公差為序號4的公差。

可以合理地確（què）定各種材料塑件的合（hé）理公差和（hé）相（xiàng）應的模具製造公差，這不僅給模（mó）具製造（zào）帶來方便，還可以減少廢品，提高經濟效期益。