模（mó）具尺（chǐ）寸和（hé）塑料收縮（suō）率到底是什麽關係？

更新日期：2019-01-08 12:00:48

設計塑料模時，確定了模具結構之（zhī）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（cùn），型腔和型芯尺寸等（děng）。這時將涉及有關（guān）材料收（shōu）縮率等主要的設計參（cān）數。因而隻有具體地掌握成（chéng）形塑（sù）料的收縮率才能確定型腔（qiāng）各部分的尺（chǐ）寸。即使所選模（mó）具結構正確（què），但所用參數不當，就不可能生產出（chū）品（pǐn）質合格的塑件。

一、塑料收縮率及（jí）其影響因素（sù）

熱塑性塑料的特性是在加熱後膨脹，冷卻後收縮（suō），當（dāng）然加壓以後體積也將縮小。 在注塑成（chéng）形過程中，首先將熔融塑料注射入模具型（xíng）腔內，充填結束後熔料冷卻固化，從模具中取出塑件時即出現收縮，此收縮稱為成形收縮。塑件從模具取出到穩定這一段時間內，尺寸（cùn）仍會出現微小的變（biàn）化，一種變化是繼續收縮，此收縮稱為後收縮。另一種變化是某些吸濕（shī）性塑料因吸濕而出現膨脹。

例（lì）如尼（ní）龍610含水量為3%時，尺寸增加量為2%;玻（bō）璃纖維增強尼龍66的含水（shuǐ）量為（wéi）40%時尺寸增（zēng）加量（liàng）為（wéi）0.3%。但其中起主要作用的（de）是成形收縮。目前確定各（gè）種塑料收縮率(成形收縮+後收縮)的方法，一般都推薦德國國（guó）家標準中DIN16901的規定。即以23℃±0.1℃時模具型腔尺寸與（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（cè）量出的相應塑（sù）件尺寸之差（chà）算出（chū）。

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（sù）件尺寸。

如果按已知塑（sù）件尺寸和（hé）材料收縮率（lǜ）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（shǐ）用下式求模具（jù）尺寸：

D=M+MS(2)。

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

但在確定收縮率時，由於實際的收縮率要（yào）受眾多因（yīn）素的影響也隻能使用近（jìn）似值，因而用式(2)計（jì）算型腔尺寸也基本上滿足要求。在製造模具時，型腔則（zé）按照下偏差加工，型芯則按上偏差（chà）加（jiā）工，便於必（bì）要時可作（zuò）適當的修整。

難於精確確定收縮率的主要原因，首先是因各種塑料的（de）收縮率不是一個定（dìng）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）使是一個工廠生產的不同批號同種材料的收縮率也不一樣。 因而各廠隻能為用戶提供該廠所生產塑料的收縮率範（fàn）圍。其次，在成形過程中的實際收縮率還受到塑（sù）件（jiàn）形狀，模具結構和成形條件等（děng）因素的影響。

二、塑件形狀

對於成形件壁厚來說（shuō），一般由於厚壁的冷（lěng）卻時間較（jiào）長，因而收縮率也較大，如圖1所（suǒ）示。 對一般塑（sù）件來說，當熔料流動方向L尺（chǐ）寸與垂直於熔料流方（fāng）向W尺寸的差異較大時，則收縮率（lǜ）差異也較大。從熔（róng）料（liào）流動距離來看，遠離澆口部分的壓力損失大，因而該（gāi）處的收縮率也（yě）比靠近（jìn）澆口（kǒu）部（bù）位大。因加強筋、孔（kǒng）、凸台和雕刻等形狀（zhuàng）具有收縮抗力，因而這些部位的收縮率較小（xiǎo）。

三、模具結構

澆口形（xíng）式對收縮率也有影響。用小澆口時，因保壓結束（shù）之前澆口即（jí）固化而使塑件的收縮率增大。 注塑模（mó）中的冷（lěng）卻回路結構也是模具設計中的一個關鍵。冷卻回路設（shè）計得（dé）不適當，則（zé）因塑件各處溫度不均衡而產生收縮差，其（qí）結果（guǒ）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（suō）率的影響則更為明（míng）顯。

分型麵及澆口

模（mó）具的分型麵、澆口形式及尺寸等因素直接影響（xiǎng）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麵澆口可減少收縮，但各向異（yì）性大，沿料流方向（xiàng）收（shōu）縮小，沿垂（chuí）直料流方向收縮大;反之，當澆口厚（hòu）度較小（xiǎo）時，澆口（kǒu）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。

點澆口凝封快，在製件條件允許的（de）情（qíng）況下，可設多點澆口，可有效地延長保壓（yā）時間（jiān）和（hé）增大型腔（qiāng）壓力，使收縮率減小。

四、成形條件

料筒溫度：料筒（tǒng）溫度(塑（sù）料（liào）溫度)較高時，壓力（lì）傳遞較好而使收縮力減小。但用小澆（jiāo）口時，因澆口固化早而使收（shōu）縮率仍較（jiào）大。對於厚壁塑件來說，即使料筒溫（wēn）度較高，其收縮仍較大。
補料：在成（chéng）形（xíng）條件中，盡量減少補料以使塑件尺寸保（bǎo）持穩定。但補料不足則無法保（bǎo）持壓力，也會使收（shōu）縮率增大。

注（zhù）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（yī）般情況下，壓力較大的時因材料的密（mì）度大，收縮率就較小。

注射成型中壓力包括注射壓（yā）力、保壓壓力和模腔壓（yā）力等。這些因（yīn）素均對塑（sù）件收縮行為（wéi）有明顯的影響。

提高注射壓力（lì）能夠降低製品的收縮（suō）率。這是因為壓力增大，使注射速度提高，充模過程加快後，一方麵因塑料熔體的剪切發熱而提（tí）高了熔體溫度、減小（xiǎo）了流動阻力;另一方麵還可以在熔體（tǐ）溫度尚高、流動阻力較小的狀態下較（jiào）早進入保壓補料階段。尤其（qí）對於薄壁塑件和小澆口塑件，由於冷卻速度快，更（gèng）應該盡量縮短充模過程。

較高的保壓壓力和模腔壓力（lì）使型腔內製品密實，收縮減小，尤其是保壓階段的壓力對製品的收縮（suō）率產生影響更大。這可解釋為熔融樹脂在成型壓力作用下（xià）受到壓縮，壓力越高，發（fā）生的壓縮量越大，壓力解除後的彈性恢複（fù）也越大，使（shǐ）得塑件塑件尺寸更加接近型（xíng）腔尺寸，因此收（shōu）縮量越小。

可是，即使是對於（yú）同一製品（pǐn）來說，模腔內樹（shù）脂的壓力在各部分並不一致;在注射壓力難以作用的部位和容（róng）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（shòu）壓力應設計均勻，否則就會產生各模腔的製品收縮率不（bú）一致。

注射速度：注射速度對（duì）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（shè）速度加快則收（shōu）縮率小。

模具溫度（dù）：熱（rè）塑性塑（sù）料熔體注入型腔後，釋放大（dà）量（liàng）的熱量而凝固，不同的塑料（liào）品（pǐn）種，需要模腔維持（chí）在一適當溫度（dù）。在此溫度下（xià），將最有利於塑件的成型，塑件成型效率最高，內應力和翹曲變形最小。

模具（jù）溫（wēn）度（dù）是控製製品冷卻定型的主要因素，它（tā）對成型收縮率的影響主要表（biǎo）現在澆口凍結後製品脫模之前這（zhè）段過程。而在澆口凍結之前，模（mó）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（jiāo）口凍結時間延（yán）長，導致注射壓力和保壓力的影響增強，補縮作用和負收縮（suō）量（liàng）均會增大。
所以，總收縮是兩（liǎng）種反向（xiàng）收縮綜合作（zuò）用的結果，其數值不一（yī）定隨著模（mó）溫的（de）升高而增大。如果澆口發生凍結（jié），注射壓力和保壓壓力的影響將會消失，隨著（zhe）模溫的升高（gāo），冷卻定（dìng）型時間亦將延長，故脫模後製（zhì）品收縮率一般都會增大。

成形周期：成（chéng）形周期與收縮率無直接關係。但需注意，當加快成（chéng）形周期時，模具溫度、熔料溫度等必然也發生變化，從（cóng）而也影（yǐng）響收縮（suō）率的（de）變化（huà）。在作材料試（shì）驗時，應（yīng）按照由所需產量決定的成形周期（qī）進行成形（xíng），並對（duì）塑件尺寸進行檢驗。用此模具（jù）進行塑料收縮率試驗的實例如下。
注射機：鎖模力70t，螺杆直徑Φ35mm，螺杆轉速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（zhù）射速度57cm3/s，注（zhù）射（shè）時間0.44～0.52s，保壓時間6.0s，冷（lěng）卻時間15.0s。

五、模具尺寸（cùn）和製造公差

模具型腔和型芯的加工（gōng）尺寸除了通過D=M(1+S)公式計算基本尺（chǐ）寸（cùn）之外，還有一個加工公（gōng）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（liào）收縮率（lǜ）範（fàn）圍和穩定性（xìng）各有差異，首（shǒu）先必（bì）須合理化確定不同塑料（liào）所成形塑件的尺寸公差。即由收縮率範（fàn）圍較大或（huò）收縮率穩定（dìng）較差塑料成形塑件的尺寸公差應取得（dé）大一些。否則就可能出現大量（liàng）尺寸超差的廢品。 為此，各國對塑料件的尺寸公差專（zhuān）門製訂了國家標準或行業標準。中國也曾製訂了部級（jí）專業標準。但大都無相應的模具型腔的尺寸公差。德國國家標（biāo）準中專門製（zhì）訂了塑（sù）件（jiàn）尺寸公差的DIN16901標準及相（xiàng）應（yīng）的模具型腔尺寸公差的（de）DIN16749標準。此標準在世界（jiè）上具有較大的影響，因而可供塑（sù）料模具行業參考。

六、關於塑件的尺寸公差和允許偏差

為（wéi）了合理地（dì）確定不同收縮特性材（cái）料所成形塑（sù）件的尺寸公（gōng）差，讓標準引入（rù）了成形收縮差△VS這一概念。 △VS=VSR_VST(4)

式（shì）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（zhí）方向的成形收縮率（lǜ）。

根據塑料△VS值，將各種塑料的收縮特性分（fèn）為4個組。△VS值（zhí）最小的組是高精度組，以此類推，△VS值最大的組（zǔ）為低精度組。 並按照（zhào）基本尺寸編（biān）製了精密技術、110、120、130、140、150和160公差組。並規定（dìng），用收縮特性最穩定的（de）塑料成形塑件的尺寸公差可選用110、120和（hé）130組。用收縮特性中等穩定的塑料成形塑件的尺（chǐ）寸公差選用120、130和（hé）140。如果用這類塑料成形塑（sù）件的（de）尺寸公差選（xuǎn）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（chǐ）寸（cùn）公差選用（yòng）130、140和150組。用收縮特性最差的塑料成形塑件（jiàn）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（de）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（yòng）於對（duì）塑件尺寸標注公差的公差帶。其上、下偏（piān）差可設（shè）計人員自行確定（dìng）。例如公差（chà）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（gōng）差值。其中A是由模具零件（jiàn）組（zǔ）合形（xíng）成的尺寸，增加了模具零件對合處不（bú）密（mì）合所形成的（de）錯差。此增加值為0.2mm。其中B是直接由模具零件所決（jué）定的尺寸。 精密技（jì）術是專門設立（lì）的一組公差值，供具有高（gāo）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（jǐ）個公差組。

七、模具的製造公差（chà）

德國國家標準針對塑件（jiàn）公差製（zhì）訂（dìng）了相應模具（jù）製造公差的標準DIN16749。該表（biǎo）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（de）模具製造公差均使用序號1的公差。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（chà）為序號2的公差（chà）。不論何種材料塑件較高（gāo）精度尺寸的模具製造（zào）公差為序號3的公差。精密技（jì）術相（xiàng）應的（de）模具製造公差為序號4的公差（chà）。

可以合理地確定（dìng）各種材料塑件（jiàn）的合理公（gōng）差（chà）和相應的模具（jù）製造公差，這不僅給（gěi）模具製造帶（dài）來方便，還可以減少廢品，提高經濟效期益（yì）。