模具尺寸和塑料收縮率到底是什么關(guān)系？

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?/p>

    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。

    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龃螅棺⑸渌俣忍岣?，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(shù)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(shù)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。