模具尺寸和塑料收縮率到底是什麽關係（xì）？

更新日期：2019-01-08 12:00:48

設計塑料模時，確定了模具結構（gòu）之後即（jí）可對模具的各部分進行詳細設計，即確定各模板和（hé）零件的尺（chǐ）寸，型腔（qiāng）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寸。即使所選模具結構正確（què），但（dàn）所用參數不當，就不可能生產出品質合格的塑（sù）件。

一、塑料收縮率及其影響因素

熱塑性塑料的特性是在加熱（rè）後膨脹，冷（lěng）卻後收縮，當然加壓（yā）以後體積也將（jiāng）縮小。 在注塑成形過程（chéng）中，首先將熔融塑料（liào）注（zhù）射入（rù）模具（jù）型腔內，充填結束後熔料冷卻固化，從（cóng）模具中取出（chū）塑件時即出（chū）現收縮，此收縮（suō）稱為成（chéng）形收縮。塑件從模具取出到穩定這一段時間內（nèi），尺寸（cùn）仍會出現微小的變化（huà），一種變（biàn）化是繼續收縮，此收縮（suō）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（hán）水量為3%時，尺（chǐ）寸增加量為2%;玻璃纖維增強尼龍66的含水量（liàng）為40%時尺寸（cùn）增加量為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，一般都推（tuī）薦德國國家標準中DIN16901的規定。即以23℃±0.1℃時模（mó）具型腔（qiāng）尺寸與（yǔ）成形後放置24小時，在溫（wēn）度為23℃，相對濕度為50±5%條件下測量出的相（xiàng）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。

如果按已知塑件尺寸和材料收縮率計算模具型（xíng）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（qiú）模具尺寸（cùn）：

D=M+MS(2)。

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

但在確（què）定收縮率時，由於實際的收縮率要受（shòu）眾多因素的影響也隻能使（shǐ）用近似（sì）值（zhí），因而用式(2)計算型腔尺寸也（yě）基本上滿足要（yào）求（qiú）。在製造模具時，型腔則按照下偏差（chà）加工，型芯則按上偏差加工，便（biàn）於必要時可作適當的（de）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（lǜ）不（bú）是一（yī）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，即使是（shì）一個工廠生產的（de）不同批號同（tóng）種材料的收（shōu）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收縮率範圍。其次，在成形（xíng）過程中的實際收縮率還（hái）受到塑件形狀，模具結構和（hé）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（bān）由於厚壁的冷（lěng）卻時間較長，因而（ér）收縮率也較大，如圖1所示。 對一般塑件來說，當熔（róng）料流動方向L尺寸與垂直於（yú）熔料流方向W尺寸的差異較（jiào）大時，則（zé）收縮率差異也較大。從熔料流動距離來看，遠離澆口部分的壓力損失大（dà），因而該處的（de）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（kàng）力，因而這些部位的收縮（suō）率較小。

三（sān）、模具結構

澆口形式對收（shōu）縮率也有影響。用（yòng）小澆口（kǒu）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（de）冷卻（què）回路結構也是模（mó）具設計中的一個關鍵。冷卻（què）回路設計得不適當（dāng），則因塑件各處溫（wēn）度不均衡而產生收縮差，其結果是使（shǐ）塑件尺寸（cùn）超（chāo）差或變（biàn）形。在薄壁部分，模具溫度分布對收縮率的影響則更為明顯（xiǎn）。

分型（xíng）麵（miàn）及澆口

模（mó）具的分型麵、澆口形式及尺寸等因素直（zhí）接影響料流方向、密度（dù）分布、保壓補縮作用及成型時間。

采用直接（jiē）澆口或大截麵澆口可減少收（shōu）縮，但各向異性（xìng）大，沿料流方向（xiàng）收縮小，沿垂直料流方向收縮大;反（fǎn）之，當澆口（kǒu）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及時補充，收縮較大。

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

四、成形條（tiáo）件

料筒溫度：料筒溫（wēn）度(塑（sù）料溫度)較高時，壓力傳遞較好而使收縮力減小。但用小澆口時，因澆口固化早而（ér）使收縮率（lǜ）仍較大。對於厚壁塑件來說，即使料筒溫度較高（gāo），其收縮仍較大。
補料（liào）：在成形條件中，盡量減少補（bǔ）料（liào）以使塑件尺寸（cùn）保持穩定。但補料（liào）不足（zú）則無法保持壓力，也會使（shǐ）收縮率（lǜ）增大。

注射壓力：注射壓力是對收縮率影響較大的因（yīn）素，特別是（shì）充填結束後的保壓（yā）頁號335壓（yā）力（lì）。在一般情況下（xià），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（zhù）射壓（yā）力、保壓壓力和模腔壓力等（děng）。這些因（yīn）素（sù）均對塑件收縮行（háng）為有明顯的影響。

提高（gāo）注射壓力能夠降（jiàng）低製品的收縮率。這（zhè）是因為壓力增大，使注（zhù）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（dù）、減小（xiǎo）了流動阻力;另一方麵還可以在熔體溫度（dù）尚高、流動（dòng）阻（zǔ）力較小的狀態下（xià）較早進入保壓補料階段。尤其對於薄壁塑件和小澆口塑件，由於冷卻（què）速度快，更應該（gāi）盡量縮短充模（mó）過程。

較高的保壓（yā）壓力和模腔壓力使型腔內製品密實，收縮減小，尤其（qí）是保壓階段的（de）壓力對製品（pǐn）的收縮率產生影響更大（dà）。這可解釋為熔融（róng）樹脂在成（chéng）型（xíng）壓力作用下受到壓縮，壓力（lì）越（yuè）高，發生的壓縮（suō）量越大，壓力解除後的彈（dàn）性（xìng）恢複也越大，使得塑件塑件尺寸更加接近型腔尺寸，因（yīn）此收縮量越小。

可是，即使是對於同一製品來說，模腔內樹脂的壓力在各部（bù）分並（bìng）不一致;在注射壓力（lì）難以作用的部位和容易作用的部位（wèi），所受注射壓力也不一（yī）樣。此外,多型腔模具的各模腔所（suǒ）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。

注射速度：注（zhù）射速度對收縮率的影響較小。但對於薄壁塑件或（huò）澆口非常小，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：熱塑性塑料熔體注入型腔後，釋放大量的熱量而凝固，不同的（de）塑料品種，需要模腔維持在一適當溫度。在此溫度下，將最有利於塑件的成型，塑件成型效率最高，內（nèi）應（yīng）力和翹曲變形最（zuì）小（xiǎo）。

模（mó）具溫（wēn）度是控製製品冷卻定型的主要因素，它對成型收縮（suō）率的影響主要表現在澆口凍結後製（zhì）品脫模之前這（zhè）段過程。而在澆口凍結之（zhī）前（qián），模溫升高雖有增大熱收縮的（de）趨勢，但也正是較高的模溫使（shǐ）得澆口凍結時間延長，導致注射壓力和保壓力的影（yǐng）響增強，補縮作（zuò）用和負收縮量（liàng）均會增大。
所以，總（zǒng）收縮（suō）是兩種反向收縮綜合作用的（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（yǐng）響將會消失，隨著模溫的升高，冷卻定（dìng）型時間亦將延（yán）長，故脫模後製（zhì）品收縮率一般都會增（zēng）大。

成形周期：成形周期與收縮率無直接關係。但需注意，當加快成形周期（qī）時，模具溫度、熔料溫度等必然也發生變化，從而也影響收縮率的變化（huà）。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（jiàn）尺寸進（jìn）行檢驗。用（yòng）此模具進行塑料收縮率試驗的實例如下。
注（zhù）射機：鎖模（mó）力70t，螺杆直徑Φ35mm，螺杆轉速80rpm。

成（chéng）形（xíng）條件（jiàn）：最高注射（shè）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（bǎo）壓時間6.0s，冷卻時間15.0s。

五、模具（jù）尺寸（cùn）和製造公差

模（mó）具型腔和型（xíng）芯的加工尺寸除了通過D=M(1+S)公式計算基本尺寸之外，還有一個加工公差的問題。按照（zhào）慣例，模具的加工公差為塑件公差的1/3。但由於塑料收縮率範圍和穩定性各有差異，首（shǒu）先必須合理化確定不同塑（sù）料所成形（xíng）塑件的尺寸公差。即由收縮率範圍較大或（huò）收縮率穩定較差塑（sù）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寸超差的廢品。 為此，各國對塑（sù）料件的尺寸公差專門製訂了國家標準或行業標準。中國也曾製訂了部級專業標準。但大都無相應的模具型腔（qiāng）的尺寸公差。德國國家標準中（zhōng）專門（mén）製訂了塑（sù）件尺寸公差的DIN16901標準及相應的模具型腔尺寸公差的（de）DIN16749標準。此標準在世界上具（jù）有較大的（de）影響（xiǎng），因而可供塑料模具行業參考。

六、關於塑件的（de）尺寸公（gōng）差和允許偏差

為了（le）合理地確定不同收縮特性材料所成形塑件的（de）尺寸公差，讓標準引入了成（chéng）形收縮差△VS這（zhè）一（yī）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（sù）料的（de）收縮特性分為4個組。△VS值最小的組（zǔ）是（shì）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（dìng），用收（shōu）縮特性最穩定的塑料成形（xíng）塑件的尺（chǐ）寸公差可選用110、120和130組。用收縮特性中等穩定的塑料（liào）成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（chà）選用110組時，即可（kě）能出大量尺寸超差塑件。用收縮特（tè）性較差（chà）的塑料成形塑（sù）件的尺寸公差選用130、140和150組。用收縮特性（xìng）最差的塑料成形塑件的尺寸公差選用140、150和160組。 在使用此公差表（biǎo）時，還需注（zhù）意（yì）以下各點。 表中（zhōng）的一般公差用於不注（zhù）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標注公差的公差（chà）帶。其上（shàng）、下（xià）偏差可設計人員自行確定。例如公差帶為0.8mm，則可以選用以下各種上、下偏差構成，0.0;-0.8;±0.4;-0.2;-0.5等。 每一公（gōng）差組中均有A、B兩組公差值。其中（zhōng）A是由模具零件組合形（xíng）成的尺寸（cùn），增加了模具零件（jiàn）對合處（chù）不密合所形成的錯差。此（cǐ）增加值為0.2mm。其中B是直接由模具零件所決定的尺寸（cùn）。 精密（mì）技術是專門設立的一組公差值，供具有（yǒu）高（gāo）精度要求塑件（jiàn）使用。 在此用塑件公差之前，首先必（bì）須知道所使用的塑料適（shì）用哪幾個公差組。

七、模具的（de）製（zhì）造公差

德國（guó）國家標準針對塑件公差製訂了相應模具製造公（gōng）差的標（biāo）準DIN16749。該表中共設4種公（gōng）差。不論何種材料的塑件，其中不注明尺寸公差尺寸的（de）模具製造公差均使用序（xù）號1的公差。具體公差值由基本尺（chǐ）寸範圍確定。 不論何種材料塑件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（sù）件較高精（jīng）度尺寸（cùn）的模具製造公差為序號3的公差。精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塑（sù）件的合理公差和相應的模（mó）具製（zhì）造公差，這不僅給模具製造帶來方便，還可以減少廢品，提高經濟效期益。