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模具尺寸和塑料收縮率到底是什么關系,？

2017-3-25 15:18:33

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設計,，即確定各模板和零件的尺寸,，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計參數(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,。即使所選模具結構正確,，但所用參數(shù)不當,，就不可能生產(chǎn)出品質合格的塑件,。
一、塑料收縮率及其影響因素
熱塑性塑料的特性是在加熱後膨脹,，冷卻後收縮,，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內(nèi),，充填結束後熔料冷卻固化，從模具中取出塑件時即出現(xiàn)收縮,，此收縮稱為成形收縮,。塑件從模具取出到穩(wěn)定這一段時間內(nèi)，尺寸仍會出現(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,，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,，一般都推薦德國國家標準中DIN16901的規(guī)定,。即以23℃±0.1℃時模具型腔尺寸與成形後放置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) 在模具設計中為了簡化計算,，一般使用下式求模具尺寸：
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)
但在確定收縮率時,，由於實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)計算型腔尺寸也基本上滿足要求。在制造模具時,，型腔則按照下偏差加工,，型芯則按上偏差加工，便於必要時可作適當?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定值,，而是一個范圍。因為不同工廠生產(chǎn)的同種材料的收縮率不相同,，即使是一個工廠生產(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,，在成形過程中的實際收縮率還受到塑件形狀，模具結構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尺寸與垂直於熔料流方向W尺寸的差異較大時,，則收縮率差異也較大。從熔料流動距離來看,，遠離澆口部分的壓力損失大,，因而該處的收縮率也比靠近澆口部位大。因加強筋,、孔,、凸臺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,、模具結構
澆口形式對收縮率也有影響,。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(chǎn)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,、保壓補縮作用及成型時間,。
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，當澆口厚度較小時,，澆口部分會過早凝結硬化,，型腔內(nèi)的塑料收縮后得不到及時補充，收縮較大,。
點澆口凝封快,，在制件條件允許的情況下，可設多點澆口,，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
料筒溫度：料筒溫度(塑料溫度)較高時,，壓力傳遞較好而使收縮力減小。但用小澆口時,，因澆口固化早而使收縮率仍較大,。對於厚壁塑件來說，即使料筒溫度較高,，其收縮仍較大,。
補料：在成形條件中，盡量減少補料以使塑件尺寸保持穩(wěn)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：注射壓力是對收縮率影響較大的因素，特別是充填結束後的保壓頁號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,。這是因為壓力增大，使注射速度提高,，充模過程加快后,，一方面因塑料熔體的剪切發(fā)熱而提高了熔體溫度、減小了流動阻力;另一方面還可以在熔體溫度尚高,、流動阻力較小的狀態(tài)下較早進入保壓補料階段,。尤其對于薄壁塑件和小澆口塑件，由于冷卻速度快,，更應該盡量縮短充模過程,。
較高的保壓壓力和模腔壓力使型腔內(nèi)制品密實，收縮減小,，尤其是保壓階段的壓力對制品的收縮率產(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，即使是對于同一制品來說,，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設計均勻,，否則就會產(chǎn)生各模腔的制品收縮率不一致。
注射速度：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,，以及使用強化材料時，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，它對成型收縮率的影響主要表現(xiàn)在澆口凍結后制品脫模之前這段過程,。而在澆口凍結之前,，模溫升高雖有增大熱收縮的趨勢，但也正是較高的模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(shù)值不一定隨著模溫的升高而增大。如果澆口發(fā)生凍結,，注射壓力和保壓壓力的影響將會消失,，隨著模溫的升高，冷卻定型時間亦將延長,，故脫模后制品收縮率一般都會增大,。
成形周期：成形周期與收縮率無直接關系。但需注意,，當加快成形周期時,，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,。在作材料試驗時，應按照由所需產(chǎn)量決定的成形周期進行成形,，并對塑件尺寸進行檢驗,。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,，螺桿直徑Φ35mm,，螺桿轉速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,，注射時間0.44～0.52s，保壓時間6.0s,，冷卻時間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，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，各國對塑料件的尺寸公差專門制訂了國家標準或行業(yè)標準,。中國也曾制訂了部級專業(yè)標準,。但大都無相應的模具型腔的尺寸公差。德國國家標準中專門制訂了塑件尺寸公差的DIN16901標準及相應的模具型腔尺寸公差的DIN16749標準,。此標準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,、關于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(jù)塑料△VS值,，將各種塑料的收縮特性分為4個組?！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,、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,，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,，還需注意以下各點,。表中的一般公差用於不注明公差的尺寸公差。直接標注偏差的公差是用於對塑件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,，增加了模具零件對合處不密合所形成的錯差,。此增加值為0.2mm。其中B是直接由模具零件所決定的尺寸,。精密技術是專門設立的一組公差值,，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公差組,。
七、模具的制造公差
德國國家標準針對塑件公差制訂了相應模具制造公差的標準DIN16749,。該表中共設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3的公差,。精密技術相應的模具制造公差為序號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的模具制造公差,，這不僅給模具制造帶來方便，還可以減少廢品,，提高經(jīng)濟效期益,。

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