塑料收缩率和模具尺寸(上)

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　　热塑性塑料的特性是在加热後膨胀，冷却後收缩，当然加压以後体积也将缩小。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，此收缩称为後收缩。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形收缩。目前确定各种塑料收缩率(成形收缩＋後收缩)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形後放置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。

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　　收缩率S由下式表示：S={(D-M)/D}×100%(1)

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　　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：

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　　D=M+MS(2)

　　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，便於必要时可作适当的修整。

　　难於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。

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　　塑件形状

　　对於成形件壁厚来说，一般由於厚壁的冷却时间较长，因而收缩率也较大，如图1所示。对一般塑件来说，当熔料流动方向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。

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　　模具结构

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　　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。

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　　成形条件

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　　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。对於厚壁塑件来说，即使料筒温度较高，其收缩仍较大。

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　　补料：在成形条件中，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。

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　　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。在一般情况下，压力较大的时因材料的密度大，收缩率就较小。

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　　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，以及使用强化材料时，注射速度加快则收缩率小。

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　　模具温度：通常模具温度较高时收缩率也较大。但对於薄壁塑件，模具温度高则熔料的流动阻抗小，而收缩率反而较小。

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　　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、熔料温度等必然也发生变化，从而也影响收缩率的变化。在作材料试验时，应按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成形条件：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