文章詳情
淺談塑料收縮率和模具尺寸
日期：2024-09-01 10:01
瀏覽次數(shù)：4008
摘要：
設計塑料模時,確定了模具結(jié)構(gòu)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).因而隻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,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(jié)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**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隻能使用近似值,因而用式(2)
計算型腔尺寸也基本上滿足要求.在製造模具時,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?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定值,而是一個範圍.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.因而各廠隻能為用戶提供該廠所生產(chǎn)塑料的收縮率範圍.其次,在成形過程中的實際收縮率還受到塑件形狀,模具結(jié)構(gòu)和成形條件等因素的影響.下麵對這些因素的影響作一介紹.
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*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.
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.注塑模中的冷卻回路結(jié)構(gòu)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(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,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,儘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,特彆是充填結(jié)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
通常模具溫度較高時收縮率也較大.但對於薄壁塑件,模具溫度高則熔料的流動阻抗小,*]而收縮率反而較小.成形周期:成形周期與收縮率無直接關係.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,並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(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注射時間0.44～0.52s 保壓時間6.0s 冷卻時間15.0s
模具尺寸和製造公差
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.但由於塑料收縮率範圍和穩(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.即由收縮率範圍較大或收縮率穩(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製訂了國家標準或行業(yè)標準.中國也曾製訂了部級專業(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製訂了塑件尺寸公差的DIN16901標準及相應PDFcreated with pdfFactory Pro trial versionwww.pdffactory.com的模具型腔尺寸公差的DIN16749標準.此標準在**上具有較大的影響,因而可供塑料模具行業(yè)參考.
關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.△VS值*小的組是高精度組,以此類推,△VS值*大的組為低精度組.並按照基本尺寸編製了精密技術,110,120,130,140,150和160公差組.並規(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*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(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.
模具的製造公差
德國國家標準針對塑件公差製訂了相應模具製造公差的標準DIN16749.該表**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等精度尺寸的模具製造公差為序號2的公差.不論何種材料塑件較高精度尺寸的模具製造公差為序號3的公差.精密技術相應的模具製造公差為序號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製造公差,這不僅給模具製造帶來方便,還可以減少廢品,提高經(jīng)濟效期益
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(jié)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**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隻能使用近似值,因而用式(2)
計算型腔尺寸也基本上滿足要求.在製造模具時,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?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定值,而是一個範圍.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.因而各廠隻能為用戶提供該廠所生產(chǎn)塑料的收縮率範圍.其次,在成形過程中的實際收縮率還受到塑件形狀,模具結(jié)構(gòu)和成形條件等因素的影響.下麵對這些因素的影響作一介紹.
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*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.
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.注塑模中的冷卻回路結(jié)構(gòu)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(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,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,儘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,特彆是充填結(jié)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
通常模具溫度較高時收縮率也較大.但對於薄壁塑件,模具溫度高則熔料的流動阻抗小,*]而收縮率反而較小.成形周期:成形周期與收縮率無直接關係.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,並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(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注射時間0.44～0.52s 保壓時間6.0s 冷卻時間15.0s
模具尺寸和製造公差
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.但由於塑料收縮率範圍和穩(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.即由收縮率範圍較大或收縮率穩(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製訂了國家標準或行業(yè)標準.中國也曾製訂了部級專業(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製訂了塑件尺寸公差的DIN16901標準及相應PDFcreated with pdfFactory Pro trial versionwww.pdffactory.com的模具型腔尺寸公差的DIN16749標準.此標準在**上具有較大的影響,因而可供塑料模具行業(yè)參考.
關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.△VS值*小的組是高精度組,以此類推,△VS值*大的組為低精度組.並按照基本尺寸編製了精密技術,110,120,130,140,150和160公差組.並規(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*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(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.
模具的製造公差
德國國家標準針對塑件公差製訂了相應模具製造公差的標準DIN16749.該表**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等精度尺寸的模具製造公差為序號2的公差.不論何種材料塑件較高精度尺寸的模具製造公差為序號3的公差.精密技術相應的模具製造公差為序號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製造公差,這不僅給模具製造帶來方便,還可以減少廢品,提高經(jīng)濟效期益
