塑件尺寸

塑件尺寸與模具和射出成型的關聯

模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的製品的工藝裝備或工具,它屬於型腔模的範疇。通常情況下,塑件品質的優劣及生產效率的高低,其模具的因素占80%。然而模具品質的好壞又直接與模具的設計與製造有很大關係;另外,尤其是塑件尺寸精度與模具尺寸精度的關聯十分重要。

1. 前言

我部落格裡面有好幾篇跟塑膠尺寸公差有關的文章,裡面都會提到中國的塑膠公差標準,這主要是我的文章內容很多是擷取至大陸的資料或是書籍內容。

雖然說中國訂定了這一些塑膠公差標準,但是其實很多都是參考自國外的標準,如ISO或是DIN這些資料(圖1)。所以就不用去太糾結這些中國的國家標準(以前我就這樣去比對過,最後發現做這種事是在浪費自己的時間,因為除非你接的是中國客戶,中國客戶有這樣的要求,不然基本上都是Follow國際標準)。所以你只要理解文章裡面所說的塑膠收縮率、模具設計、成型條件彼此之間對塑件尺寸影響的概念和觀念就行了,因為這對你在進行尺寸問題的判斷及理解會有幫助。

以電子業來說(尤其是3C產業),尺寸的公差基本上還是以公差計算為主(圖2),這部分以後有機會再分享。

2. 塑件的尺寸精度與關聯

塑件設計中的尺寸精度設計與其他類的製件設計有所不同,不能完全套用機械零件的精度公差等級來套用,否則就因塑件達不到高精度而造成設計上失敗。塑件難以達到高精度,這是它的工藝特徵所決定的。如何提高塑件的尺寸精度,解決因模塑成型低精度的矛盾,這是塑膠模設計製造中值得注意的問題。

(2-1) 塑件尺寸精度與模具尺寸精度的關聯

根據塑件圖考慮模具設計、模具製作和塑件成型過程。首先從塑件圖面尺寸求得模具圖面尺寸,然後按模具圖面尺寸製作模具,得到模具實際尺寸,再由模具得到成型塑件。但問題是如何保證塑件實際尺寸在圖面所要求尺寸公差內。

(2-2) 適當的收縮率

即使同一樹脂收縮率也會因成型條件不同而不同,精密成型要求收縮率變化小,預計收縮率和實際收縮率盡可能無差異。當前收縮率的確定主要是通過整理以往類似塑件的實際收縮率來推定,也有用實驗模求實際收縮率,再經修正,設計制作生產模。但完全恰當地推定收縮率幾乎是不可能的,不可避免地要在試模後修正模具。為便於模具修正,在設計模具凹部尺寸時應將收縮率取小的值,設計凸部尺寸時將收縮率取大的值(詳見下節,塑膠收縮率和模具尺寸)。

3. 影響塑件尺寸精度因素及提高塑件尺寸精度的措施

一般對影響塑件尺寸精度因素及如何提高塑件尺寸精度的問題闡述如下。

(3-1) 影響塑件尺寸精度因素

影響塑件尺寸精度是多方面的,綜合性的。造成模塑成型的塑件難以達到高精度的因素有以下這些。

(3-1-1) 塑膠材料本質的特性所決定的

塑膠材質本身就存在著較大熱脹冷縮變形,而且,不同的塑膠品種及環境都影響著其收縮值的穩定性。而且,收縮率的範圍波動值比較大,一般常見塑膠品種的收縮率波動值在0.5%~6%,這是首要影響因素。

(3-1-2) 塑件本身工藝條件及工作環境的

影響由於塑件工藝條件要求,塑件必須設有一定的脫模斜度,其脫模斜度的大小直接影響到尺寸精度,這是不可避免的。另外,不同的塑件壁厚、幾何形狀,也會產生不同的收縮值,而影響到尺寸精度。

(3-1-3) 成型工藝條件及工作環境的影響

不同的塑膠成型工藝,會影響產生不同的塑件收縮值,也就是說,不同的工藝決定不同的塑件精度。不同的工作環境和人為素質,即不同的設備、不同的時間、不同的人員素質,都會產生不同的塑件精度,都會影響塑件尺寸精度的穩定。

(3-1-4) 模具設計製造的影響因素

模具設計製造的水準高低,直接反映了塑件尺寸精度的高低。模具設計的結構選擇,澆注系統形式,型腔結構,脫模頂出系統,冷卻系統等設計,都會影響塑件成型後的尺寸精度高低。模具製造的工藝設備不同,手段不同,加工精度不同等也都在改變著塑件尺寸精度有的不同命運。

(3-1-5) 塑件在裝配使用中的影響

塑件在成型後,有一段不穩定期,在裝配、儲存、運輸及使用中,都會造成新的變形,從而影響尺寸精度的使用。尤其在剛剛成型後的某段時間內,由於內應力而使塑件變形延續和加劇。

(3-2) 提高塑件尺寸精度的措施

(3-2-1) 成型收縮率的波動

塑膠本身的特性和成型工藝條件對塑件成型收縮率以及收縮率的波動影響很大,如塑膠結晶、流動性、彈性模量、料溫, ,以及模具溫 度、注射壓力、保壓壓力、塑化背壓、成型週期等,均對收縮率產生不同程度的影響。

措施:對於同一種塑膠,合理的塑膠製品結構、合理的成型工藝條件,合理的模具結構及其製造精度,可以減少塑件成型收縮率的波動,獲得較高的尺寸精度。

(3-2-2) 模具結構及其製造精度

在設計模具時,不但要考慮模具的分型面,以便塑件的成型和脫模,還要考慮塑件成型時熔料的流動性,即澆道的分佈、澆口的位置、排氣、模具的冷卻或加熱等。在注塑成型時,模腔內要承受較高的壓力,若模具的剛度不足,會使模具產生變形,從而降低塑件尺寸精度。

此外,型腔的結構對剛度有較大影響,以整體模最好,框架模次之,鑲拼模最差。但加工精度卻是框架模最高、鑲拼模次之,整體模最差,為此,兩者要協同考慮。模具的動、定模(公母模)定位一般用導柱導套,但由於有配合間隙存在,因此模腔可能發生偏移,使塑件尺寸精度下降,為此,可採用一些定位元件來消除間隙,以提高模具的定位精度。

(3-2-3) 模具磨損

模具在使用過程中會受到程度不同的磨損,主要是指型腔和運動部件,如導柱和導套等的磨損。當塑膠中含有硬質填料、玻纖時,模腔的磨損尤為突出,這時模腔應選用耐磨性好的材料,或在其表面進行硬化處理。

4. 塑件的尺寸精度

塑件的尺寸精度是決定塑件製造的首要標準。然而,在滿足塑件使用要求的前提下,設計時 總是儘量將其尺寸精度放得低一些,以便降低模具的加工難度和製造成本。

在中國,最初被公認並廣泛採用的塑膠製件尺寸公差標準是由原第四機械工業部制定的,見(圖3)。該標準規定了8 個公差等級,其中1和2兩級屬於精度技術級,只在特殊要求下使用。每種塑件可選用其中3個等級,即高精度、一般精度和低精度。

(圖3)中只列出了公差值,而具體的上、下極限偏差可根據塑件的配合性質進行分配。對 於受模具活動部分影響很大的尺寸,如塑件的高度尺寸,受水準分型面溢邊厚薄的影響,其公差值取表中值再加上附加值。2級精度的附加值為0.05mm,3~5級精度的附加值為0.1mm,6~ 8級精度的附加值為0.2mm。

此外,對於塑件圖上無公差要求的自由尺寸,建議採用標準中的8級精度。由於塑件收縮偏差的存在,提高塑件公差,必然使塑件的廢品率提高,成本增加。一般較小的尺寸易達到高精度。

對塑件尺寸的精度要求要具體分析,根據裝配情況來確定尺寸公差。一般配合部分的尺寸精 度高於非配合部分的尺寸精度。產品品質第一,但不是所有零件或塑件上所有部分的尺寸精度越高越好。對於塑件,在材料和工藝條件一定的情況下,其尺寸精度很大程度上取決於模具的製造公差。而精度越高,模具製造工序就越多,加工時間越長,從而模具的製造成本就越高。(圖4)是通常選用公差等級的參考值。

目前,國際上尚無統一的塑膠製件尺寸公差標準,但各國有自行制定的公差標準,如德國的標準為DIN16901,瑞士的標準為 VSM77012。(圖5)摘自中國頒佈的標準GB/T14486—2008 《塑膠模塑件尺寸公差》。常用塑膠模塑件尺寸公差等級的選用見(圖6-1) (圖6-2),未列入(圖6-1) (圖6-2)的塑膠模塑件的公差等級按收縮特性值確定,具體方法見(圖7)。

☆ 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)

★ 【射出模具成型零件尺寸的確定】(按圖超連結)