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塑料收縮率和模具尺寸
設(shè)計塑料模時，確定了注塑件模具結(jié)構(gòu)之后即可對注塑件模具的各部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)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(guān)材料收縮率等主要的設(shè)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。即使所選注塑件模具結(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。 塑料收縮率及其影響因素 熱塑性塑料的特性是在加熱后膨脹，冷卻后收縮，當(dāng)然加壓以后體積也將縮小。在注塑件成形過程中，首先將熔融塑料注射入注塑件模具型腔內(nèi)，充填結(jié)束后熔料冷卻固化，從注塑件模具中取出塑件時即出現(xiàn)收縮，此收縮稱為成型收縮。塑件從注塑件模具取出到穩(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，此收縮稱為后收縮。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(qiáng)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型收縮。 目前確定各種塑料收縮率（成形收縮＋后收縮）的方法，一般都推薦德國國家標(biāo)準(zhǔn)中DIN16901的規(guī)定。即以23℃±0.1℃時注塑件模具型腔尺寸與成型后放置24小時，在溫度為23℃，相對濕度為50±5%條件下測量出的相應(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-注塑件模具尺寸； M-塑件尺寸。 如果按已知塑件尺寸和材料收縮率計算注塑件模具型腔則為 D=M/(1-S)。 在注塑件模具設(shè)計中為了簡化計算，一般使用下式求注塑件模具尺寸：D=M+MS (2) 如果需實施較為精確的計算，則應(yīng)用下式：D=M+MS+MS2 (3) 但在確定收縮率時，由于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。在制造注塑件模具時，型腔則按照下偏差加工，型芯則按上偏差加工，便于必要時可作適當(dāng)?shù)男拚?難于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。因為不同工注塑件加工生產(chǎn)的同種材料的收縮率不相同，即使是一個工注塑件加工生產(chǎn)的不同批號同種材料的收縮率也不一樣。因而各注塑件加工只能為用戶提供該注塑件加工所生產(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，注塑件模具結(jié)構(gòu)和成形條件等因素的影響。下面對這些因素的影響作一介紹。 塑件形狀 對于成型件壁厚來說，一般由于厚壁的冷卻時間較長，因而收縮率也較大。對一般塑件來說，當(dāng)熔料流動方向L尺寸與垂直于熔料流方向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(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、凸臺和雕刻等形狀具有收縮抗力，因而這些部位的收縮率較小。 注塑件模具結(jié)構(gòu) 澆口形式對收縮率也有影響。用小澆口時，因保壓結(jié)束之前澆口即固化而使塑件的收縮率增大。注塑件模中的冷卻回路結(jié)構(gòu)也是注塑件模具設(shè)計中的一個關(guān)鍵。冷卻回路設(shè)計得不適當(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，注塑件模具溫度分布對收縮率的影響則更為明顯。 成型條件 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。對于厚壁塑件來說，即使料筒溫度較高，其收縮仍較大。補(bǔ)料：在成型條件中，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(jié)束后的保壓壓力。在一般情況下，壓力較大時，因材料的密度大，收縮率就較小。 注射速度：注射速度對收縮率的影響較小。但對于薄壁塑件或澆口非常小，以及使用強(qiáng)化材料時，注射速度加快則收縮率小。 注塑件模具溫度：通常注塑件模具溫度較高時收縮率也較大。但對于薄壁塑件，注塑件模具溫度高則熔料的流動阻抗小，而收縮率反而較小。 成型周期：成型周期與收縮率無直接關(guān)系。但需注意，當(dāng)加快成型周期時，注塑件模具溫度、熔料溫度等必然也發(fā)生變化，從而也影響收縮率的變化。在做材料試驗時，應(yīng)按照由所需產(chǎn)量決定的成型周期進(jìn)行成型，并對塑件尺寸進(jìn)行檢驗。 用一注塑件模具進(jìn)行塑料收縮率試驗的實例如下。 注射機(jī)：鎖模力70t，螺桿直徑Φ35mm，螺桿轉(zhuǎn)速80rpm； 成型條件：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。 注塑件模具尺寸和制造公差 注塑件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，注塑件模具的加工公差為塑件公差的1/3。但由于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，各國對塑料件的尺寸公差專門制訂了國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。中國也曾制訂了部級專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但大都無相應(yīng)的注塑件模具型腔的尺寸公差。德國國家標(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)的注塑件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，因而可供塑料注塑件模具行業(yè)參考。 關(guān)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(biāo)準(zhǔn)引入了成形收縮差△VS這一概念?！鱒S＝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。△VS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，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。表中的一般公差用于不注明公差的尺寸公差。直接標(biāo)注偏差的公差是用于對塑件尺寸標(biāo)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是由注塑件模具零件組合形成的尺寸，增加了注塑件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是直接由注塑件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公差組。 注塑件模具的制造公差 德國國家標(biāo)準(zhǔn)針對塑件公差制訂了相應(yīng)注塑件模具制造公差的標(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注塑件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注塑件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注塑件模具制造公差為序號3的公差。精密技術(shù)相應(yīng)的注塑件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(yīng)的注塑件模具制造公差，這不僅給注塑件模具制造帶來方便，還可以減少廢品，提高經(jīng)濟(jì)效期益。來自:慧聰網(wǎng)
