射出成型的收縮率
收縮率:(Shrinkage)
材料的收縮率直接影響成形品的尺寸精度,所謂的收縮率係指模穴尺寸與成形品室溫時尺寸兩者差與模穴尺寸之比,稱之為收縮率。
實際上,在習慣上成品收縮可分為兩個不同的階段:
(1) 剛脫離模內受壓,冷卻的階段所發生的收縮;此時因為成品的表面溫度變化較大,所以尺寸變化也較大,為前收縮或主收縮階段或稱為成型收縮(Mold Shrinkage)。
(2) 當成品已在室溫中達到熱平衡後(4~24Hr),內部的應力及成品表面因密度及硬度的不同,會再做一個微量的系統平衡;因而造成成型品再做一次尺寸變更,為後收縮(After Shrinkage)或次收縮階段。
成形品收縮的原因,一般為下列四點:
(1)塑膠材料的膨脹係數與模具材料的膨脹係數之差異:
設塑膠之熱膨脹係數為10單位,模具之熱膨脹係數為10
單位在成形加工當中,塑膠材料完全注滿模穴的時侯,兩
者尺寸皆相同;當溫度降至常溫時,成形收縮程度因膨脹
係數之差異而不同,此為成形收縮之最大原因。
(2)彈性回復:
成形加工時,塑膠材料會受強大的射出壓力壓縮,但模具
開啟時此壓力消失,因此,塑膠材料會造成反收縮(膨脹)。
(3)塑性變形:
模具開啟時,由於成形品之各部位所受之壓力不均勻,而使
成形品產生翹曲。
(4)容積之變化:
比容積較大的結晶塑膠材料,從模具溫度降至室溫時,產生
相的變化,形成不定形高分子,因此容積變化很大。
基於上述複雜的收縮原因,成形品之收縮率不易確定,故要
求尺寸精密的成形品或多數個模穴的模具時,其收縮率必須
先行試製才能確定。
縮率計算基本公式:
【實務討論】
(1) 如塑膠成品的尺寸精密度要求極高時,在收縮的考量上實際應計算模具鋼材的熱膨脹所產生的尺寸變化。
(2) 某些成型品,由於形體因素及塑料本身體收縮的軸向與徑向的縮率不同,在模具設計計算縮率時往往無法以單一縮率方案來計算,因此務必要注意預留修改的方案。例如轂(Boss)以長銷來做調整補正的方案。
(3) 成品的壁厚如低於平均設計厚度時,縮率會變小;反之,縮率變大。
(4) 由於加工的方便性,計算縮率後的尺寸仍會調整以較單純的尺寸為最終尺寸。
如成品要求12.30+/ -0.10m m,縮率為0.006,設計尺寸計算:
12.30(mm)×1.006=12.3738 內徑à12.40mm
外徑à12.35mm
以杜邦廠所提供的NYLON系列材料為例
成型條件對縮率的影響
模具條件對縮率的影響
模具的各部位設計及加工方法與結果,因為影響塑料的流動性,相對影響射出的壓力及速度控制,雖然大多數的成型工程師
並沒有人去驗證其實際的差異,但對於特性掌握上仍有提出的必要。
(1) 澆道表面光滑度:
越粗糙,流動性低,壓力損失高。
(2) 澆口的尺寸:
越大,保壓越能達成。
(3) 澆口及位置:
在肉厚的地方進膠,射壓及射速的控制較穩定。
(4) 排氣效果:
排氣的方向、位置、數量及大小會影響排氣效果;效果越
好,射壓及射速的控制較穩定;但是要注意過大的排氣相
對的會出現毛邊的不良狀況。
(5) 溫度控制能力或加熱冷卻的效率:
溫度控制的能力越穩定尺寸越安定,但是不同的溫度控制有不同的縮率。
精密塑膠零件的模具設計:
(1)模具設計應注意的重點
1) 高精度的尺寸收縮及分子配向影響。
2) 細小的、薄肉、複雜形狀之射出條件精度如何維持。
3) 微小的毛邊防止對策。
4) 高壓高射速時,模具的剛性如何維持。
5) 連續生產時,冷去及頂出機構的穩定。
6) 塑膠原料及強化材(如玻璃纖維)對模仁產生摩耗之對策。
7) 材料的酸鹼物對模仁產生腐蝕之對策。
(2)影響成型品的精度之因素:
1) 成品設計時對形狀訂定不合理的精度。
2) 模仁的構造、加工精度、摩耗與變形間的關係。
3) 材料本身的最大及最小收縮率間的差異。
4) 成型條件的穩定度會影響成型收縮率。
5) 成型後溫度、溼度的對尺寸的影響。
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