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淺談塑料收縮率和模具尺寸
日期：2024-09-01 00:06
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摘要：
設(shè)計(jì)塑料模時(shí),確定了模具結(jié)構(gòu)之后即可對(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.
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)束后熔料冷卻固化,從模具中取出塑件時(shí)即出現(xiàn)收縮,此收縮稱(chēng)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(chēng)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(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+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℃±0.1℃時(shí)模具型腔尺寸與成形后放置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**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(mǎn)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?難於**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(hù)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.
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*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.
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.
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)束后的保壓頁(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
通常模具溫度較高時(shí)收縮率也較大.但對(duì)於薄壁塑件,模具溫度高則熔料的流動(dòng)阻抗小,*]而收縮率反而較小.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:*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
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(zhuān)門(mén)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(zhuān)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(zhuān)門(mén)制訂了塑件尺寸公差的DIN16901標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)PDFcreated with pdfFactory Pro trial versionwww.pdffactory.com的模具型腔尺寸公差的DIN16749標(biāo)準(zhǔn).此標(biāo)準(zhǔn)在**上具有較大的影響,因而可供塑料模具行業(yè)參考.
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.△VS值*小的組是高精度組,以此類(lèi)推,△VS值*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*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(lèi)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*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(zhuān)門(mén)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.
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**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
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)束后熔料冷卻固化,從模具中取出塑件時(shí)即出現(xiàn)收縮,此收縮稱(chēng)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(chēng)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(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+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℃±0.1℃時(shí)模具型腔尺寸與成形后放置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**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(mǎn)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?難於**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(hù)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.
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*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.
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.
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)束后的保壓頁(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
通常模具溫度較高時(shí)收縮率也較大.但對(duì)於薄壁塑件,模具溫度高則熔料的流動(dòng)阻抗小,*]而收縮率反而較小.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:*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
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(zhuān)門(mén)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(zhuān)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(zhuān)門(mén)制訂了塑件尺寸公差的DIN16901標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)PDFcreated with pdfFactory Pro trial versionwww.pdffactory.com的模具型腔尺寸公差的DIN16749標(biāo)準(zhǔn).此標(biāo)準(zhǔn)在**上具有較大的影響,因而可供塑料模具行業(yè)參考.
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.△VS值*小的組是高精度組,以此類(lèi)推,△VS值*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*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(lèi)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*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(zhuān)門(mén)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.
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**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
