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至模具尺寸和塑料收缩率到底是什么关系?

2021年09月22日

模具尺寸和塑料收缩率到底是什么关系?

设计塑料模时,肯定了模具结构之後便可对模具的各部份进行详细设计,即肯定各模板和零件的尺寸,型腔和型芯尺寸等。这时候将触及有关材料收缩率等主要的设计参数。因此只有具体地掌握成形塑料的收缩率才能肯定型腔各部份的尺寸。即便所选模具结构正确,但所用参数不当,就不可能生产出品质合格的塑件。

1、塑料收缩率及其影响因素

热塑性塑料的特性是在加热後膨胀,冷却後收缩,固然加压以後体积也将缩小。 在注塑成形进程中,首先将熔融塑料注射入模具型腔内,充填结束後熔料冷却固化,从模具中取出塑件时即出现收缩,此收缩称为成形收缩。塑件从模具取出到稳定这1段时间内,尺寸仍会出现微小的变化,1种变化是继续收缩,此收缩称为後收缩。另外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形收缩。目前肯定各种塑料收缩率(成形收缩+後收缩)的方法,1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形後放置24小时,在温度为23℃,相对湿度为50±5%条件下丈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%(1)

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,1般使用下式求模具尺寸:

D=M+MS(2)。

如果需实行较为精确的计算,则利用下式: D=M+MS+MS2(3)

但在肯定收缩率时,由於实际的收缩率要受众多因素的影响也只能使用近似值,因此用式(2)计算型腔尺寸也基本上满足要求。在制造模具时,型腔则依照下偏差加工,型芯则按上偏差加工,便於必要时可作适当的修整。

难於精确肯定收缩率的主要缘由,首先是因各种塑料的收缩率不是1个定值,而是1个范围。由于不同工厂生产的同种材料的收缩率不相同,即便是1个工厂生产的不同批号同种材料的收缩率也不1样。 因此各厂只能为用户提供该厂所生产塑料的收缩率范围。其次,在成形进程中的实际收缩率还遭到塑件形状,模具结构和成形条件等因素的影响。

2、塑件形状

对於成形件壁厚来讲,1般由於厚壁的冷却时间较长例如:PC、PEEK等高性能改性塑料都在电子电器中有显著的利用,因此收缩率也较大,如图1所示。 对1般塑件来讲,当熔料活动方向L尺寸与垂直於熔料流方向W尺寸的差异较大时,则收缩率差异也较大。从熔料活动距离来看,阔别浇口部份的压力损失大,因此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,因此这些部位的收缩率较小。

3、模具结构

浇口情势对收缩率也有影响。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1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。在薄壁部份,模具温度散布对收缩率的影响则更加明显。

分型面及浇口

模具的分型面、浇口情势及尺寸等因素直接影响料流方向、密度散布、保压补缩作用及成型时间。

采取直接浇口或大截面浇口可减少收缩,但各向异性大,沿料流方向收缩小,沿垂直料流方向收缩大;反之,当浇口厚度较小时,浇口部份会过早凝结硬化,型腔内的塑料收缩后得不到及时补充,收缩较大。

点浇口凝封快,在制件条件允许的情况下,可设多点浇口,可有效地延长保压时间和增大型腔压力,使收缩率减小。

4、成形条件

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。对於厚壁塑件来讲,即便料筒温度较高,其收缩仍较大。

补料:在成形条件中,尽可能减少补料以使塑件尺寸保持稳定。但补料不足则没法保持压力,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,特别是充填结束後的保压页号335压力。在1般情况下,压力较大的时因材料的密度大,收缩率就较小。

注射成型中压力包括注射压力、保压压力和模腔压力等。这些因素均对塑件收缩行动有明显的影响。

提高注射压力能够下降制品的收缩率。这是由于压力增大,使注射速度提高,充模进程加快后,1方面因塑料熔体的剪切发热而提高了熔体温度、减小了活动阻力;另外一方面还可以在熔体温度尚高、活动阻力较小的状态下较早进入保压补料阶段。特别对薄壁塑件和小浇口塑件,由于冷却速度快,更应当尽可能缩短充模进程。

较高的保压压力和模腔压力使型腔内制品密实,收缩减小,特别是保压阶段的压力对制品的收缩率产生影响更大。这可解释为熔融树脂在成型压力作用下遭到紧缩,压力越高,产生的紧缩量越大,压力消除后的弹性恢复也越大,使得塑件塑件尺寸更加接近型腔尺寸,因此收缩量越小。

可是,即便是对同1制品来讲,模腔内树脂的压力在各部份其实不1致;在注射压力难以作用的部位和容易作用的部位,所受注射压力也不1样。另外,多型腔模具的各模腔所受压力应设计均匀,否则就会产生各模腔的制品收缩率不1致。

注射速度:注射速度对收缩率的影响较小。但对於薄壁塑件或浇口非常小,和使用强化材料时,注射速度加快则收缩率小。

模具温度:热塑性塑料熔体注入型腔后,释放大量的热量而凝固,不同的塑料品种,需要模腔保持在1适当温度。在此温度下,将最有益于塑件的成型,塑件成型效力最高,内应力和翘曲变形最小。

模具温度是控制制品冷却定型的主要因素,它对成型收缩率的影响主要表现在浇口冻结后制品脱模之前这段进程。而在浇口冻结之前,模温升高虽有增大热收缩的趋势,但也正是较高的模温使得浇口冻结时间延长,致使注射压力和保压力的影响增强,补缩作用和负收缩量均会增大。

所以,总收缩是两种反向收缩综合作用的结果,其数值不1定随着模温的升高而增大。如果浇口产生冻结,注射压力和保压压力的影响将会消失,随着模温的升高,冷却定型时间亦将延长,故脱模后制品收缩率1般都会增大。

成形周期:成形周期与收缩率无直接关系。但需注意,当加快成形周期时,模具温度、熔料温度等必定也产生变化,从而也影响收缩率的变化。在作材料实验时,应依照由所需产量决定的成形周期进行成形,并对塑件尺寸进行检验。用此模具进行塑料收缩率实验的实例以下。

注射机:锁模力70t,螺杆直径Φ35mm,螺杆转速80rpm。

成形条件:最高注射压力178MPa,料筒温度230(225⑵30⑵20⑵10)℃,240(235⑵40⑵30⑵20)℃,250(245⑵50⑵40⑵30)℃,260(225⑵60⑵50⑵40)℃,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。

5、模具尺寸和制造公差

模具型腔和型芯的加工尺寸除通过D=M(1+S)公式计算基本尺寸以外,还有1个加工公差的问题。依照惯例,模具的加工公差为塑件公差的1/3。但由於塑料收缩率范围和稳定性各有差异,首先必须公道化肯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获得大1些。否则便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定了国家标准或行业标准。中国也曾制定了部级专业标准。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定了塑件尺寸公差的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,因此可供塑料模具行业参考。

6、关于塑件的尺寸公差和允许偏差

为了公道地肯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1概念。 △VS=VSR_VST(4)

式中: VS-成形收缩差 VSR-熔料活动方向的成形收缩率 VST-与熔料活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。△V检查下钳口座的升降动作是不是与按钮上所示的文字符合S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。 并依照基本尺寸编制了精密技术、110、120、130、140、150和160公差组。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,便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,还需注意以下各点从而实现机电以连续可调的速度进行旋转。 表中的1般公差用於不注明公差的尺寸公差。直接标注偏差的公差是用於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肯定。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。 每公差组中均有A、B两组公差值。其中A是由模具零件组合构成的尺寸,增加了模具零件对合处不密合挤出吹塑成型通常采取的都是 HDPE、PP 和 PVC 等硬质或非弹性树脂所构成的错差。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1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。

7、模具的制造公差

德国国家标准针对塑件公差制定了相应模具制造公差的标准DIN16749。该表中共设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肯定。 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。

可以公道地肯定各种材料塑件的公道公差和相应的模具制造公差,这不但给模具制造带来方便,还可以减少废品,提高经济效期益。