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1. 塑件尺寸的定義
塑件成型後所獲得的實際尺寸與名義尺寸之間的誤差稱為塑件的尺寸偏差,其解釋說明如下。
(1-1) 實際尺寸
實際尺寸是指通過測量獲得的某一孔、軸的尺寸,由於測量時還存在測量誤差,所以實際尺寸並非尺寸的真實值。實際尺寸是以公稱尺寸為本,越接近公稱尺寸越好。
(1-2) 極限尺寸
極限尺寸是指允許零件尺寸變化的兩個界限值。較大的一個稱為最大極限尺寸;較小的一個稱為最小極限尺寸。簡單的來說,極限尺寸是公稱尺寸的一個波動範圍,也就是定義尺寸上下公差。
(1-3) 公稱尺寸
公稱尺寸又叫名義尺寸,它是對零件設計時指定的尺寸。簡單的來說就是在圖面上的標註尺寸。

引起塑件產生尺寸偏差的原因很多,但塑件出現尺寸偏差主要是如下幾個方面因素綜合作用的結果。
2. 收縮率的選擇和成型收縮的波動引起的尺寸偏差
成型收縮是影響塑件尺寸的重要因素,而成型收縮又是一個十分複雜的現象,它隨著主客觀條件的改變而改變。除了塑膠品種對成型收縮有最直接的影響外,塑件的形狀、壁厚、射出時的射出壓力、射出時間以及澆口形式、流動方向、冷卻速度、模具溫度等因素對塑件的成型收縮都會產生一定的影響,這也是塑膠收縮率給定一個較寬範圍的原因。
因此,根據實際情況選用合適的收縮率從而確定較為準確的成型零件尺寸是保證塑件尺寸精度的關鍵。塑膠製件成型收縮的大小可用塑件的收縮率S表徵,即(圖2)所示。

成型收縮引起塑件產生尺寸偏差的原因有兩方面。一方面是設計所採用的收縮率與塑件生產時的實際收縮率之間的偏差(δ`s);另一方面是成型過程中,收縮率受射出工藝條件的影響,可能在其最大值和最小值之間波動,從而產生偏差δs,δs的最大值如(圖3)所示。

(圖4)列出了部分熱塑性塑膠的收縮率。這些資料往往是在一定試驗條件下以標準試樣實測獲得的,或者是帶有一定規律性的統計數值,有些甚至是某些工廠的經驗資料。製品在成型生產過程中產生的實際收縮率不一定就正好與表中的數值相符,所以常稱表中的收縮率為計算收縮率。
實際生產中,一般要求δ’s不大於塑件尺寸公差△的1/6,要求δs不大於塑件尺寸公差△的 1/3。

3. 成型零件的製造偏差δz
模具成型零件的製造精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一。其大小與成型零件尺寸的大小、加工方法及設備有關。模具成型零件的製造精度越低,塑件的尺寸精度也越低,尤其是對尺寸小的塑件的精度影響更大。因此,在設計模具成型零件時,一定要根據塑件的尺寸精度要求,選擇比較合理的成型零件結構及相應的加工製造方法,使由製造誤差所引起的塑件尺寸偏差保持在盡可能小的範圍內。一般成型零件工作尺寸製造公差取塑件公差值的1/3~1/4 或取IT7 ~ 8級作為製造公差,不要大於塑件尺寸公差的1/3。組合式型腔(母模仁)或型芯(公模仁)的製造偏差應根據尺寸鏈來確定。
由(圖5)和(圖6-1)~(圖6-5)可見,模具成型零件工作尺寸的公差△m (|δz|≤△m)由模具公差等級和尺寸決定。工作尺寸越大,實際製造偏差越大,其相應的製造公差△m也越大。模具製造公差△m與塑件公差△的關係見(圖7)。







4. 成型零件的組裝偏差δa
模具成型零件組裝偏差也會引起塑件尺寸的變化。組裝偏差主要是由鑲拼結構裝配尺寸不精確所引起的。
5. 成型零件磨損及化學腐蝕引起的偏差δc
模具成型零件的磨損主要來自熔體的沖刷和塑件脫模時的刮磨,其中脫模摩擦磨損是主要的因素,而刮磨的型芯(公模仁)徑向表面的磨損最大。由成型零件的磨損而引起的塑件尺寸偏差與塑件尺寸大小無關,而與尺寸類型、塑膠和鋼材的物理性能有關。當塑膠中帶有玻璃纖維等硬質填料、成型表面粗糙度值較大、表面硬度不高、使用時間較長,以及結構形狀複雜時,成型零件的表面就會在成型過程中產生較大的磨損。模具成型零件的化學腐蝕主要是指成型過程中可能產生的腐蝕性氣體的腐蝕,腐蝕造成成型零件表面粗糙度值增大而要重新打磨拋光等,均導致成型零件尺寸 的變化。磨損的結果是使型腔尺寸變大,型芯(公模仁)尺寸變小。
在實際生產中,一般要求δc不大於塑件尺寸公差的1/6。對於低精度、大尺寸的塑件,由於△值較大,容易達到要求;而對於高精度、小尺寸的塑件則難以保證,此時必須採用鏡面鋼等耐磨鋼種才能達到要求。根據經驗,生產中實際射出25萬次,型芯(公模仁)徑向尺寸磨損量為0.02~ 0.04mm。為簡化計算,與脫模方向垂直的表面因磨損小可不考慮,而與脫模方向平行的表面應考慮磨損。
6. 成型零件的相對移動引起的配合間隙變化而引起的製件尺寸偏差δj
如合模時的偏差、側向抽芯的移動偏差、成型壓力使模具分型面有開的趨勢、動定模(公母模)分型面間隙、分型面上的殘渣或模板的平面度,對塑件高度方向尺寸有影響;活動型芯與模板配合間隙過大,對孔的位置精度有影響。
這些都將影響塑件的公差值,所以塑件可能出現的最大公差值應為這些偏差值的總和,即(塑件規定公差△應大於或等於以上各項因素帶來的累積偏差) (圖8)。

為了確保上式成立,可以從下述幾方面來減小塑件的尺寸偏差。
(6-1) 各類尺寸偏差的影響
塑件總的尺寸偏差雖然與多種原因有關,但每種原因引起的塑件尺寸偏差並不一定同時存在,而且各種尺寸偏差同時出現最大值的可能性很小,它們之間有時甚至還會出現相互抵消的可能性。因此,在實際工作中,需要針對具體的塑件情況和技術設備條件,從影響塑件尺寸的諸因素中篩選出最主要的因素進行分析,以找到減小尺寸偏差的措施。
(6-2) 試驗模及模具預留尺寸
為了減小因採用的收縮率不準確而引起的塑件尺寸偏差δ’s,可以採用兩種方法。
- (a) 一種方法是在確定收縮率以前δ’s根據塑件的結構形狀尺寸、模具結構及生產工藝和生產設備條件設計一個試驗模具對待用的物料進行收縮率實測,以得到可靠的收縮率資料。這種方法特別適合於大批量生產或者高精度塑件的成型。
- (b) 另一種方法是確定成型零件工作尺寸時,預留一定的修模餘量,待試模時通過修磨工作尺寸來減小由8%引起的塑件尺寸偏差。顯然,如果把這種修模餘量放在制造偏差δz或磨損量δc中考慮,則在計算工作尺寸時可以不再考慮δ’s。
(6-3) 塑件尺寸較大的管控
當塑件尺寸較大時,塑件的收縮值也隨之增大,此時收縮率的波動對塑件尺寸偏差的影響相當重要。同時,由於對大尺寸成型零件進行加工和熱處理不太方便,要從減小δz和δc的角度來控制塑件的尺寸偏差也就比較困難,因此應從減小收縮率波動方面想辦法,如穩定成型工藝條件、優化模具結構或採用收縮率較小的塑膠材料等,均有可能控制收縮率的波動。
(6-4) 塑件尺寸較小的管控
當塑件尺寸較小時,塑件的收縮值不大,收縮率波動對塑件尺寸偏差的影響較小,此時主要的影響因素是製造偏差δz和磨損引起的尺寸偏差δc,應採取減小δz和δc的方法來保證塑件的尺寸精度,例如採用加工性能和耐磨性較好的優質模具材料便會取得明顯的效果。
7. 確定成型零件尺寸的原則
為了保證塑件尺寸符合塑件圖樣的要求,在模具設計時應根據具體情況對影響塑件尺寸的諸 多因素進行分析,找出減小這些偏差的具體方法,並逐項確定合適的成型零件尺寸,這個過程應遵循如下原則。
(7-1) 根據具體情況確定適宜的塑膠收縮率
對收縮率波動範圍較小的塑膠,一般取其平均值即可。而對收縮率波動範圍大的塑膠,應根據塑件形狀、壁厚以及物料流動方向來確定其收縮率。一般情況下,選擇收縮率時應注意如下問題:
- (a) 塑件壁厚較大的收縮率應取偏大值。
- (b) 收縮率與塑件形狀有關,一般形狀複雜的塑件應取偏小值。
- (c) 當塑件有嵌件時,應取偏小值。
- (d) 一般說來,與進料方向平行的尺寸,應選取偏小的值。
- (e) 澆口截面面積小的比澆口截面面積大的情況收縮率大,應選取偏大的值。
- (f) 距澆口近的部位比距澆口遠的部位收縮率小,應選取較小的收縮率。
- (g) 一般來說,型腔和型芯在計算時採用平均收縮率(圖9)。但在較大的模具中,為了給出修模餘量,在計算型腔尺寸時應選用小於平均收縮率的值,而在計算型芯尺寸時可選用大於平均收縮率的值。

(7-2) 根據成型零件的性質決定各部成型尺寸
成型零件的尺寸,有構成塑件外形尺寸的型腔內徑尺寸D及其深度H,構成塑件內形尺寸的型芯外徑尺寸d及其高度,以及中心距C。
型腔的內徑尺寸D和深度H在注塑過程中由於脫模摩擦和化學腐蝕作用而趨於磨損變大,稱尺寸D和H為趨於增大尺寸。
同樣由於摩擦和化學腐蝕的作用,型芯外徑尺寸d及其高度h趨於磨損變小,稱型芯外徑尺寸d及型芯高度尺寸h為趨於縮小尺寸。中心距 C 不會因磨損發生變化,稱為常量尺寸。(圖10)所示即為成型零件各部尺寸的分類。
因此在確定成型尺寸前應首先弄清各部尺寸的性質分類以便確定各部尺寸及其公差的取向。一般地,趨於增大尺寸如 D 和 H 應儘量選小些,即取公差的負值,趨於縮小尺寸如d和h應量選大些,即取公差的正值。

(7-3) 確定適宜的脫模斜度取向
為塑件脫模方便,大多數成型零件都有脫模斜度,這樣必然引起各部尺寸的差異。當脫模斜度不包括在公差範圍內時,塑件外形只檢驗大端尺寸,那麼型腔尺寸以大端為准,符合圖樣要求,脫模斜度向縮小的方向取得;若塑件內形只檢驗小端尺寸,那麼型芯尺寸以小端為准,符合圖樣要求,脫模斜度向擴大的方向取得。一般情況下,由脫模斜度引起的尺寸差異不包括在塑件的公差範圍內,只要根據脫模的需要選取斜度即可。
(7-4) 成型零件相對移動時成型尺寸的確定
當成型零件有相對移動時,如模體合模、活動型芯如側向抽芯等都會因為種種原因不能完全恢復到原來的狀態,這時在分型面處會有一定的合間隙,這不僅會導致產生毛邊,同時對塑件尺寸也會有一定的影響,如高度尺寸會由於毛邊的出現而變大,側向抽芯的孔深也會由於毛邊的出現而變淺。
如(圖11)所示為成型零件的相對移動引起的尺寸偏差,a為不受相對移動影響的尺寸,b為受其影響而變大的尺寸,這時可將型腔深度減去一個附加值。附加值以塑件精度為參考,2級精度附加值為0.05mm,3~5級附加值為0.1mm,6~8級附加值為0.2mm。

8. 模具成型零件尺寸的計算
模具成型零件的尺寸指的是成型零件上直接用以成型塑件的尺寸,主要有型腔和型芯的徑向尺寸 (包括矩形和異形的長度和寬度尺寸)、型腔的深度和型芯的高度尺寸、中心距尺寸等。成型零 件尺寸的計算受塑件尺寸精度的制約。影響塑件尺寸精度的因素很多,且十分複雜,因此塑件尺寸難以達到高精度。
為計算簡便,規定計算成型零件尺寸時,在型腔、型芯徑向尺寸以及其他各類工作尺寸計算公式的匯出過程中,所涉及的無論是塑件尺寸還是成型模具尺寸,都按規定的方法標注,即凡孔都按基孔制,公差下限為零,公差等於上極限偏差;凡軸都按基軸制,公差上限為零,公差等於下極限偏差;中心距公稱尺寸為雙向等值偏差。模具零件工作尺寸與塑件尺寸的關係如(圖12)所示。成型零件工作尺寸的計算方法一般有兩種:
- (a) 一種是平均尺寸法,即按平均收縮率、平均製造公差和平均磨損量進行計算。
- (b) 另一種是按極限收縮率、極限製造公差和極限磨損量進行計算。
前一種計算方法簡便,但不適用於精密塑件的模具設計;後一種計算方法能保證所成型塑件的公差在規定的範圍內,但計算比較複雜,見(圖13-1) (圖13-2) (圖13-3)。




☆ 其他參考資料及文章
★ 【塑膠產品成型收縮率】(按圖超連結)

★ 【模具零件公差與配合尺寸標註】(按圖超連結)

★ 【塑膠收縮率和模具尺寸】(按圖超連結)

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