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塑件收缩率及模具尺寸


塑件收缩率及模具尺寸

设计塑料模时, 确定了模具结构之后即可对模具的各部分进行详细设计, 即确定各模板 和零件的尺寸,型腔和型芯尺寸等。这时将涉及有关材料收缩率等主要的设计参数。因而只 有具体地掌握成形塑料的收缩率才能确定型腔各部分的尺寸。 即使所选模具结构正确, 但所 用参数不当,就不可能生产出品质合格的塑件。 塑料收缩率及其影响因素 热塑性塑料的特性是在

加热后膨胀,冷却后收缩,当然加压以后体积也将缩小。在注塑 成形过程中,首先将熔融塑料注射入模具型腔内,充填结束后熔料冷却固化,从模具中取出 塑件时即出现收缩,此收缩称为成型收缩。塑件从模具取出到稳定这一段时间内,尺寸仍会 出现微小的变化,一种变化是继续收缩,此收缩称为后收缩。另一种变化是某些吸湿性塑料 因吸湿而出现膨胀。例如尼龙 610 含水量为 3%时,尺寸增加量为 2%;玻璃纤维增强尼龙 66 的含水量为 40%时尺寸增加量为 0.3%。但其中起主要作用的是成型收缩。 目前确定各种塑料收缩率(成形收缩+后收缩)的方法,一般都推荐德国国家标准中 DIN16901 的规定。 即以 23℃±0.1℃时模具型腔尺寸与成型后放置 24 小时, 在温度为 23℃, 相对湿度为 50±5%条件下测量出的相应塑件尺寸之差算出。 收缩率 S 由下式表示: S={(D-M)/D}×100% 其中: S-收缩率; D-模具尺寸; M-塑件尺寸。 如果按已知塑件尺寸和材料收缩率计算模具型腔则为 D=M/(1-S)。 在模具设计中为了简化计算,一般使用下式求模具尺寸: D=M+MS (2) (1)

如果需实施较为精确的计算,则应用下式: D=M+MS+MS2 (3)

但在确定收缩率时, 由于实际的收缩率要受众多因素的影响也只能使用近似值, 因而用 式(2)计算型腔尺寸也基本上满足要求。在制造模具时,型腔则按照下偏差加工,型芯则按 上偏差加工,便于必要时可作适当的修整。 难于精确确定收缩率的主要原因, 首先是因各种塑料的收缩率不是一个定值, 而是一个 范围。 因为不同工厂生产的同种材料的收缩率不相同, 即使是一个工厂生产的不同批号同种 材料的收缩率也不一样。因而各厂只能为用户提供该厂所生产塑料的收缩率范围。其次,在 成形过程中的实际收缩率还受到塑件形状, 模具结构和成形条件等因素的影响。 下面对这些 因素的影响作一介绍。 塑件形状 对于成型件壁厚来说,一般由于厚壁的冷却时间较长,因而收缩率也较大。对一般塑件 来说,当熔料流动方向 L 尺寸与垂直于熔料流方向 W 尺寸的差异较大时,则收缩率差异也 较大。 从熔料流动距离来看, 远离浇口部分的压力损失大, 因而该处的收缩率也比靠近浇口部 位大。 因加强筋、孔、凸台和雕刻等形状具有收缩抗力,因而这些部位的收缩率较小。 模具结构 浇口形式对收缩率也有影响。 用小浇口时, 因保压结束之前浇口即固化而使塑件的收缩 率增大。 注塑模中的冷却回路结构也是模具设计中的一个关键。 冷却回路设计得不适当, 则因塑件各 处温度不均衡而产生收缩差,其结果是使塑件尺寸超差或变形。在薄壁部分,模具温度分布 对收缩率的影响则更为明显。 成型条件 料筒温度:料筒温度(塑料温度)较高时,压力传递较好而使收缩力减小。但用小浇口 时,因浇口固化早而使收缩率仍较大。对于厚壁塑件来说,即使料筒温度较高,其收缩仍较 大。 补料:在成型条件中,尽量减少补料以使塑件尺寸保持稳定。但补料不足则无法保持压力, 也会使收缩率增大。 注射压力:注射压力是对收缩率影响较大的因素,特别是充填结束后的保压压力。在一 般情况下,压力较大时,因材料的密度大,收缩率就较小。 注射速度:注射速度对收缩率的影响较小。但对于薄壁塑件或浇口非常小,以及使用强 化材料时,注射速度加快则收缩率小。 模具温度:通常模具温度较高时收缩率也较大。但对于薄壁塑件,模具温度高则熔料的

流动阻抗小,而收缩率反而较小。 成型周期:成型周期与收缩率无直接关系。但需注意,当加快成型周期时,模具温度、 熔料温度等必然也发生变化,从而也影响收缩率的变化。在做材料试验时,应按照由所需产 量决定的成型周期进行成型,并对塑件尺寸进行检验。 用一模具进行塑料收缩率试验的实例如下。 注射机:锁模力 70t,螺杆直径Φ35mm,螺杆转速 80rpm; 成 型 条 件 : 最 高 注 射 压 力 178MPa , 料 筒 温 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,注射时间 0.44~0.52s,保压时间 6.0s,冷却时间 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过 D=M(1+S)公式计算基本尺寸之外,还有一个加工 公差的问题。按照惯例,模具的加工公差为塑件公差的 1/3。但由于塑料收缩率范围和稳定 性各有差异, 首先必须合理化确定不同塑料所成形塑件的尺寸公差。 即由收缩率范围较大或 收缩率稳定较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。 否则就可能出现大量尺寸超差的废 品。 为此, 各国对塑料件的尺寸公差专门制订了国家标准或行业标准。 中国也曾制订了部级 专业标准。 但大都无相应的模具型腔的尺寸公差。 德国国家标准中专门制订了塑件尺寸公差 的 DIN16901 标准及相应的模具型腔尺寸公差的 DIN16749 标准。此标准在世界上具有较大 的影响,因而可供塑料模具行业参考。 关于塑件的尺寸公差和允许偏差 为了合理地确定不同收缩特性材料所成形塑件的尺寸公差, 让标准引入了成形收缩差△ VS 这一概念。 △VS=VSR-VST 式中: △VS-成形收缩差; VSR-熔料流动方向的成形收缩率; VST-与熔料流动垂直方向的成形收缩率。 根据塑料△VS 值,将各种塑料的收缩特性分为 4 个组。△VS 值最小的组是高精度组, 以此类推,△VS 值最大的组为低精度组。并按照基本尺寸编制了精密技术、110、120、130、 (4)

140、 和 160 公差组。 150 并规定, 用收缩特性最稳定的塑料成形塑件的尺寸公差可选用 110、 120 和 130 组。用收缩特性中等稳定的塑料成形塑件的尺寸公差选用 120、130 和 140。如果 用这类塑料成形塑件的尺寸公差选用 110 组时, 即可能出大量尺寸超差塑件。 用收缩特性较 差的塑料成形塑件的尺寸公差选用 130、140 和 150 组。用收缩特性最差的塑料成形塑件的 尺寸公差选用 140、150 和 160 组。 在使用此公差表时,还需注意以下各点。表中的一般公差用于不注明公差的尺寸公差。 直接标注偏差的公差是用于对塑件尺寸标注公差的公差带。 其上、 下偏差可设计人员自行确 定。例如公差带为 0.8mm,则可以选用以下各种上、下偏差构成。0.0、-0.8、±0.4、-0.2、 -0.5 等。每一公差组中均有 A、B 两组公差值。其中 A 是由模具零件组合形成的尺寸,增加 了模具零件对合处不密合所形成的错差。此增加值为 0.2mm。其中 B 是直接由模具零件所 决定的尺寸。精密技术是专门设立的一组公差值,供具有高精度要求塑件使用。在此用塑件 公差之前,首先必须知道所使用的塑料适用哪几个公差组。 模具的制造公差 德国国家标准针对塑件公差制订了相应模具制造公差的标准 DIN16749。该表※※设 4 种公差。 不论何种材料的塑件, 其中不注明尺寸公差尺寸的模具制造公差均使用序号 1 的公 差。 具体公差值由基本尺寸范围确定。 不论何种材料塑件中等精度尺寸的模具制造公差为序 号 2 的公差。 不论何种材料塑件较高精度尺寸的模具制造公差为序号 3 的公差。 精密技术相 应的模具制造公差为序号 4 的公差。 可以合理地确定各种材料塑件的合理公差和相应的模具制造公差, 这不仅给模具制造带 来方便,还可以减少废品,提高经济效期益。


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