模具設(shè)計(jì)入門：模具尺寸和塑料收縮率經(jīng)典介紹
??設(shè)計(jì)塑料模時(shí)，確定了模具結(jié)構(gòu)之後即可對(duì)模具的各部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，即確定各模板和零件的尺寸，型腔和型芯尺寸等。這時(shí)將涉及有關(guān)材料收縮率等主要的設(shè)計(jì)參數(shù)。因而只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(jié)構(gòu)正確，但所用參數(shù)不當(dāng)，就不可能生產(chǎn)出品質(zhì)合格的塑件。
??一、塑料收縮率及其影響因素
??熱塑性塑料的特性是在加熱後膨脹，冷卻後收縮，當(dāng)然加壓以後體積也將縮小。 在注塑成形過(guò)程中，首先將熔融塑料注射入模具型腔內(nèi)，充填結(jié)束後熔料冷卻固化，從模具中取出塑件時(shí)即出現(xiàn)收縮，此收縮稱為成形收縮。塑件從模具取出到穩(wěn)定這一段時(shí)間內(nèi)，尺寸仍會(huì)出現(xiàn)微小的變化，一種變化是繼續(xù)收縮，此收縮稱為後收縮。另一種變化是某些吸濕性塑料因吸濕而出現(xiàn)膨脹。
??例如尼龍610含水量為3%時(shí)，尺寸增加量為2%;玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66的含水量為40%時(shí)尺寸增加量為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，一般都推薦德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中DIN16901的規(guī)定。即以23℃±0.1℃時(shí)模具型腔尺寸與成形後放置24小時(shí)，在溫度為23℃，相對(duì)濕度為50±5%條件下測(cè)量出的相應(yīng)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(jì)算模具型腔則為 D=M/(1-S) 在模具設(shè)計(jì)中為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般使用下式求模具尺寸：
??D=M+MS(2)
??如果需實(shí)施較為精確的計(jì)算，則應(yīng)用下式： D=M+MS+MS2(3)
??但在確定收縮率時(shí)，由於實(shí)際的收縮率要受眾多因素的影響也只能使用近似值，因而用式(2)計(jì)算型腔尺寸也基本上滿足要求。在制造模具時(shí)，型腔則按照下偏差加工，型芯則按上偏差加工，便於必要時(shí)可作適當(dāng)?shù)男拚?/span>
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(gè)范圍。因?yàn)椴煌S生產(chǎn)的同種材料的收縮率不相同，即使是一個(gè)工廠生產(chǎn)的不同批號(hào)同種材料的收縮率也不一樣。 因而各廠只能為用戶提供該廠所生產(chǎn)塑料的收縮率范圍。其次，在成形過(guò)程中的實(shí)際收縮率還受到塑件形狀，模具結(jié)構(gòu)和成形條件等因素的影響。下面對(duì)這些因素的影響作一介紹。
成型收縮率的定義
注塑制品因其成型冷卻后收縮而引起的尺寸變化同模具型腔的尺寸的比值，稱為成型收 縮率(簡(jiǎn)稱收縮率)。成型收縮率，一般是指制件成型后的尺寸收縮的程度。它用同一部位 的制品尺寸同模具尺寸之差再與模具尺寸相比的百分率表示：
ti = Lot Ll X100%
式中，72為制品的收縮率;L。為模具尺寸，mm; L!為同一部位的制品尺寸，mm。
制品成型2?4h后測(cè)定的收縮率稱為初期收縮率，制品成型后16?24h或24?48h后所 測(cè)定的收縮率稱為成型收縮率。
在成型作業(yè)中，由于受到熱或者壓力等外因引起的成型收縮可以分為三種：一是由樹脂 固有收縮引起的成型收縮，二是由制品形狀引起的成型收縮，三是由成型條件引起的成型收 縮?？梢哉J(rèn)為引起成型收縮的原因是熱、彈性恢復(fù)結(jié)晶化、分子定向緩和。除此之外，還有 塑性變形等因素。
動(dòng)、定模與成型零件的尺寸首先要知道塑料的成型收縮率，才能計(jì)算。獲得成型收縮率 數(shù)據(jù)有以下幾個(gè)途徑。
?、贃吮慝@得成型收縮率的數(shù)據(jù)。由于塑料特性不同，其收縮率也有所不同。收縮率范圍較寬，一般取其平均值。
?、谕ǔＳ煽蛻糁付ń?jīng)驗(yàn)數(shù)值，提供給模具供應(yīng)商。
?、凼湛s率范圍較小的，一般情況下根據(jù)理論值取其平均值。
?、転榱双@得準(zhǔn)確的收縮率，可在設(shè)計(jì)模具之前，選擇類似塑件的模具進(jìn)行試驗(yàn)并實(shí)際 測(cè)算收縮率的值，作為模具設(shè)計(jì)的依據(jù)。精密注塑模具通常采用該方法來(lái)獲得準(zhǔn)確的收 縮率。
?、菰跊](méi)有把握的情況下，釆取制造樣條模來(lái)驗(yàn)證收縮率的正確性。
目前確定各種塑料收縮率(成型收縮+后收縮)的方法，一般都推薦德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中 DIN16901的規(guī)定。即以23°C±0. 1°C時(shí)模具型腔尺寸與成型后放置24h,在溫度為23°C、 濕度為50%士5%條件下測(cè)量出的相應(yīng)塑件尺寸之差來(lái)計(jì)算。
影響成型收縮率的因素
?、偎芰掀贩N特性，如塑料的玻璃纖維含量、應(yīng)力分布、分子取向等。同一種塑料由于 樹脂的相對(duì)分子質(zhì)量、填料及配方等的不同，其收縮率及各向異性也不同。例如，樹脂的相 對(duì)分子質(zhì)量大，填料為有機(jī)物，樹脂含量較多，則塑料的收縮率就大。熱塑性塑料在成型過(guò) 程中，由于還存在結(jié)晶引起的體積變化、內(nèi)應(yīng)力大、凍結(jié)在塑件內(nèi)的殘留應(yīng)力大以及分子取 向性強(qiáng)等因素，與熱固性塑料相比，則表現(xiàn)為收縮率較大，收縮率范圍寬、方向性明顯。另外，熱塑性塑料成型后的收縮、退火或調(diào)濕處理后的收縮一般也都比熱固性塑料大。
?、谒芗螤罴敖Y(jié)構(gòu)，如壁厚、有無(wú)嵌件及嵌件的位置。
③模具結(jié)構(gòu)及模具的澆注系統(tǒng)，如澆口形式、尺寸、數(shù)量、位置等。
④模溫控制系統(tǒng)，如模溫高低及模溫分布的均勻性、平衡性等。
?、莩尚凸に噮?shù)，如壓力、時(shí)間、料筒溫度、注射速度等。保持壓力及持續(xù)時(shí)間對(duì)收 縮也影響較大，壓力大、時(shí)間長(zhǎng)則收縮小，但方向性強(qiáng)。因此在成型時(shí)調(diào)整模具溫度、壓 力、注塑速度及冷卻時(shí)間等因素也可適當(dāng)改變塑件收縮情況。
⑥塑件脫模之后的放置方式以及后處理方式。
??二、塑件形狀
??對(duì)於成形件壁厚來(lái)說(shuō)，一般由於厚壁的冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，因而收縮率也較大，如圖1所示。 對(duì)一般塑件來(lái)說(shuō)，當(dāng)熔料流動(dòng)方向L尺寸與垂直於熔料流方向W尺寸的差異較大時(shí)，則收縮率差異也較大。 從熔料流動(dòng)距離來(lái)看，遠(yuǎn)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(qiáng)筋、孔、凸臺(tái)和雕刻等形狀具有收縮抗力，因而這些部位的收縮率較小。
??三、模具結(jié)構(gòu)
??澆口形式對(duì)收縮率也有影響。用小澆口時(shí)，因保壓結(jié)束之前澆口即固化而使塑件的收縮率增大。 注塑模中的冷卻回路結(jié)構(gòu)也是模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。冷卻回路設(shè)計(jì)得不適當(dāng)，則因塑件各處溫度不均衡而產(chǎn)生收縮差，其結(jié)果是使塑件尺寸超差或變形。在薄壁部分，模具溫度分布對(duì)收縮率的影響則更為明顯。
??分型面及澆口
??模具的分型面、澆口形式及尺寸等因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補(bǔ)縮作用及成型時(shí)間。
??采用直接澆口或大截面澆口可減少收縮,但各向異性大,沿料流方向收縮小,沿垂直料流方向收縮大;反之,當(dāng)澆口厚度較小時(shí),澆口部分會(huì)過(guò)早凝結(jié)硬化,型腔內(nèi)的塑料收縮后得不到及時(shí)補(bǔ)充,收縮較大。
??點(diǎn)澆口凝封快,在制件條件允許的情況下,可設(shè)多點(diǎn)澆口,可有效地延長(zhǎng)保壓時(shí)間和增大型腔壓力,使收縮率減小。
??四、成形條件
??料筒溫度：料筒溫度(塑料溫度)較高時(shí)，壓力傳遞較好而使收縮力減小。但用小澆口時(shí)，因澆口固化早而使收縮率仍較大。對(duì)於厚壁塑件來(lái)說(shuō)，即使料筒溫度較高，其收縮仍較大。
??補(bǔ)料：在成形條件中，盡量減少補(bǔ)料以使塑件尺寸保持穩(wěn)定。但補(bǔ)料不足則無(wú)法保持壓力，也會(huì)使收縮率增大。
??注射壓力：注射壓力是對(duì)收縮率影響較大的因素，特別是充填結(jié)束後的保壓頁(yè)號(hào)335壓力。在一般情況下，壓力較大的時(shí)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、保壓壓力和模腔壓力等。這些因素均對(duì)塑件收縮行為有明顯的影響。
??提高注射壓力能夠降低制品的收縮率。這是因?yàn)閴毫υ龃?使注射速度提高,充模過(guò)程加快后,一方面因塑料熔體的剪切發(fā)熱而提高了熔體溫度、減小了流動(dòng)阻力;另一方面還可以在熔體溫度尚高、流動(dòng)阻力較小的狀態(tài)下較早進(jìn)入保壓補(bǔ)料階段。尤其對(duì)于薄壁塑件和小澆口塑件,由于冷卻速度快,更應(yīng)該盡量縮短充模過(guò)程。
??較高的保壓壓力和模腔壓力使型腔內(nèi)制品密實(shí),收縮減小,尤其是保壓階段的壓力對(duì)制品的收縮率產(chǎn)生影響更大。這可解釋為熔融樹脂在成型壓力作用下受到壓縮,壓力越高,發(fā)生的壓縮量越大,壓力解除后的彈性恢復(fù)也越大,使得塑件塑件尺寸更加接近型腔尺寸,因此收縮量越小。
??可是,即使是對(duì)于同一制品來(lái)說(shuō),模腔內(nèi)樹脂的壓力在各部分并不一致;在注射壓力難以作用的部位和容易作用的部位,所受注射壓力也不一樣。此外,多型腔模具的各模腔所受壓力應(yīng)設(shè)計(jì)均勻,否則就會(huì)產(chǎn)生各模腔的制品收縮率不一致。
??注射速度：注射速度對(duì)收縮率的影響較小。但對(duì)於薄壁塑件或澆口非常小，以及使用強(qiáng)化材料時(shí)，注射速度加快則收縮率小。
??模具溫度：熱塑性塑料熔體注入型腔后,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(dāng)溫度。在此溫度下,將最有利于塑件的成型,塑件成型效率最高,內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形最小。
??模具溫度是控制制品冷卻定型的主要因素,它對(duì)成型收縮率的影響主要表現(xiàn)在澆口凍結(jié)后制品脫模之前這段過(guò)程。而在澆口凍結(jié)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得澆口凍結(jié)時(shí)間延長(zhǎng),導(dǎo)致注射壓力和保壓力的影響增強(qiáng),補(bǔ)縮作用和負(fù)收縮量均會(huì)增大。
??所以,總收縮是兩種反向收縮綜合作用的結(jié)果,其數(shù)值不一定隨著模溫的升高而增大。如果澆口發(fā)生凍結(jié),注射壓力和保壓壓力的影響將會(huì)消失,隨著模溫的升高,冷卻定型時(shí)間亦將延長(zhǎng),故脫模后制品收縮率一般都會(huì)增大。
??成形周期：成形周期與收縮率無(wú)直接關(guān)系。但需注意，當(dāng)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，從而也影響收縮率的變化。在作材料試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按照由所需產(chǎn)量決定的成形周期進(jìn)行成形，并對(duì)塑件尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)。用此模具進(jìn)行塑料收縮率試驗(yàn)的實(shí)例如下。 注射機(jī)：鎖模力70t 螺桿直徑Φ35mm 螺桿轉(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57cm3/s 注射時(shí)間0.44～0.52s 保壓時(shí)間6.0s 冷卻時(shí)間15.0s
??五、模具尺寸和制造公差
??模具型腔和型芯的加工尺寸除了通過(guò)D=M(1+S)公式計(jì)算基本尺寸之外，還有一個(gè)加工公差的問(wèn)題。按照慣例，模具的加工公差為塑件公差的1/3。但由於塑料收縮率范圍和穩(wěn)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。即由收縮率范圍較大或收縮率穩(wěn)定較差塑料成形塑件的尺寸公差應(yīng)取得大一些。否則就可能出現(xiàn)大量尺寸超差的廢品。 為此，各國(guó)對(duì)塑料件的尺寸公差專門制訂了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)也曾制訂了部級(jí)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但大都無(wú)相應(yīng)的模具型腔的尺寸公差。德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中專門制訂了塑件尺寸公差的DIN16901標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的模具型腔尺寸公差的DIN16749標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)在世界上具有較大的影響，因而可供塑料模具行業(yè)參考。
??六、關(guān)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)方向的成形收縮率 VST-與熔料流動(dòng)垂直方向的成形收縮率。
??根據(jù)塑料△VS值，將各種塑料的收縮特性分為4個(gè)組?！鱒S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。 并按照基本尺寸編制了精密技術(shù)、110、120、130、140、150和160公差組。并規(guī)定，用收縮特性最穩(wěn)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(wěn)定的塑料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選用110組時(shí)，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尺寸公差選用130、140和150組。用收縮特性最差的塑料成形塑件的尺寸公差選用140、150和160組。 在使用此公差表時(shí)，還需注意以下各點(diǎn)。 表中的一般公差用於不注明公差的尺寸公差。直接標(biāo)注偏差的公差是用於對(duì)塑件尺寸標(biāo)注公差的公差帶。其上、下偏差可設(shè)計(jì)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(gòu)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，增加了模具零件對(duì)合處不密合所形成的錯(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。 精密技術(shù)是專門設(shè)立的一組公差值，供具有高精度要求塑件使用。 在此用塑件公差之前，首先必須知道所使用的塑料適用哪幾個(gè)公差組。
??七、模具的制造公差
??德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)塑件公差制訂了相應(yīng)模具制造公差的標(biāo)準(zhǔn)DIN16749。該表中共設(shè)4種公差。不論何種材料的塑件，其中不注明尺寸公差尺寸的模具制造公差均使用序號(hào)1的公差。具體公差值由基本尺寸范圍確定。 不論何種材料塑件中等精度尺寸的模具制造公差為序號(hào)2的公差。不論何種材料塑件較高精度尺寸的模具制造公差為序號(hào)3的公差。精密技術(shù)相應(yīng)的模具制造公差為序號(hào)4的公差。
??可以合理地確定各種材料塑件的合理公差和相應(yīng)的模具制造公差，這不僅給模具制造帶來(lái)方便，還可以減少?gòu)U品，提高經(jīng)濟(jì)效期益。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于注塑的知識(shí)技巧了，學(xué)習(xí)以上的模具設(shè)計(jì)入門：模具尺寸和塑料收縮率經(jīng)典介紹知識(shí)，對(duì)于注塑的幫助都是非常大的，這也是新手學(xué)習(xí)模具專業(yè)所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問(wèn)題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù)，我們會(huì)有專業(yè)的人士來(lái)為您解答。
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