塑料制品质量与精度影响因素研究

[摘 要]现代注塑产品越来越注重产品质量与精度，因此在模具设计中既要保证塑料产品的使用质量与美丽外观，还要降低模具的加工难度，减少成本，所以研究影响塑件精度的因素就显得尤其重要。

[关键词]塑料制品；质量；精度；因素

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.43.060

1 成型收缩的产生及其影响因素

从模具型腔脱出的塑料制品，其温度一般比室温高，往往要经过数小时或更长时间之后才能降到室温。这时，制品的收缩一般比模具型腔的收缩大。从模具型腔脱出尚有余热的制品尺寸与其冷却至室温时的尺寸之差，称为成型收缩。其收缩量视树脂的种类、成型条件、模具设计变量等不同而不同。热塑性塑料成型收缩的主要因素有：

（1）物体都会因为加热和冷却按照它固有的热膨胀系数而产生相应膨胀和收缩，塑料也不例外。塑料制品的热胀冷缩是与模具温度相对应而产生的，热收缩是塑料成型收缩中最基本的收缩，它是各种成型材料因其固有的热膨胀率而发生的体积变化。

（2）熔融树脂因成型压力而受压缩，成型后自模具型腔脱出制品时，制品温度还相当高。解除作用于制品的压力时，恢复到原来的状态而产生弹性回复。压缩性越大的树脂对弹性恢复的影响越大。利用这种可压缩性，成型时对熔体施加压力，在一般情况下可以预防制品的凹痕与缩孔的形成，也可以提高塑料制品的尺寸精度、变动温度和压力来调节比体积可使收缩率降低。

（3）在热塑性树脂中，有结晶型树脂和非结晶型树脂。结晶型树脂在成型时的冷却工艺过程中结晶，随此结晶产生体积收缩，这就表现为成型收缩。塑料与金属不同，结晶型树脂的结晶度达不到100%，并且其结晶度还因冷却速度不同而异。结晶度越高，体积收缩越大，但与此同时，热膨胀系数变小。然而体积收缩对决定收缩的影响要比热膨胀系数的影响大得多，所以，可以不考虑结晶减少对膨胀系数的作用。

2 塑料件尺寸精度的影响

塑料件的尺寸精度是指所获得的塑料件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获得塑料件尺寸的准确度。影响模塑精度的因素很复杂，首先是模具制造的精度，其次是塑料收缩率的波动，同时由于磨损等原因会造成模具尺寸不断变化，都会引起制品尺寸的不稳定。成型时工艺条件的变化，飞边厚度的变化，模具的脱模斜度也都会影响塑料制件的精度。所以塑料制件精度的确定应该合理，尽可能选用低精度等级。具体表现如下：

（1）成型材料。影响制品尺寸精度的材料方面的因素有收缩率波动值，原料水分及挥发物含量，原料的配制工艺，原料的生产批号，分子量分布，结晶形态，保存方法和时间。

（2） 成型条件。影响制品尺寸精度的成型条件有：料筒温度、模具温度，注射量、注射速度，注射压力，保压时间、冷却时间，成型方式（注射、压制）。

（3）制品的形状和尺寸。形状复杂则收缩不均；壁厚变化大则收缩不均；大尺寸制品收缩总量大；斜度大则精度低。

（4）模具结构。由模具直接决定的尺寸，其误差容易受模具制造精度、模具磨损量的支配。而由模具间接决定的尺寸，误差除受模具制造精度、磨损量的影响外，还受模具安装精度、设备状态的影响。另外进料口尺寸大，收缩小；与料流方向平行的尺寸收缩大，与料流方向垂直的尺寸收缩小；分型面决定毛边的位置和方向，影响垂直于分型面的尺寸精度。模具装配，如型芯、顶杆的固定方法，模具的拼合，模具的加工等直接影响制品尺寸精度。模具的磨损，如型腔、型芯的磨损直接影响制品的精度。

（5）制造误差。模具制造误差将直接反映在制品上。

（6） 成型后的条件。主要是指测量误差和存放误差。测量误差主要是由测量工具、测量方法、测量时间等因素造成的；存放方式不当致使制品弯曲、扭曲，存放温度、湿度不当使制品发生形状及尺寸变化。

塑料的流动性会影响制件尺寸的设计。在注射成型和传递模塑中，流动性差的塑料（比如布基塑料、玻纤增强塑料等）和薄壁制件的尺寸不应设计过大。大而薄的制品，当塑料还没有充满型腔前就已经固化，或者勉强能充满模腔但塑料的前端却已不能很好熔合而形成冷接缝，影响制品的外观和强度。因此在设计制件时应仔细校核。另外，压制成型的塑料制件的尺寸受压机最大压力和压机台面最大尺寸限制，注塑成型制件的尺寸受注塑机的注射量、锁模力、模板尺寸的限制。

3 内应力对塑件精度的影响

内应力是引起变形、影响精度的主要内部因素。

高分子取向使制件内存在着未松弛的高弹形变，主要集中在表层和浇口的附近，使这些地方存在着较大的取向应力，用退火的方法可以消除制件的取向应力。提高加工温度和模具温度、降低注射压力和注射速度、缩短注射时间和保压时间都能在不同程度上使制件的取向应力减小。高分子在模腔内凝固时，甚至在极其缓慢的条件下要使制件在脱模后立即达到其平衡体积，在实际上是不可能的。实验测定表明，注塑制件中这种形式的内应力一般很小。

与制件顶出变形有关的内应力主要与开模条件和模具顶出机构的设计有关。正确选择开模条件使开模前的模腔压力接近于零，根据制件的结构和形状设计合理的顶出机构，使制件顶出时不致变形，是可以将这种形式的内应力减少到不会影响制件力学性能的限度以内的。

4 提高塑件尺寸精度的措施

提高塑件的尺寸精度及其尺寸精度稳定性，是一项综合的、多方面的系统工程。所以要采用不同的综合措施，调动方方面面的系统工程，共同提高塑件尺寸精度及使用稳定性。提高塑件尺寸精度的措施有：

（1） 根据不同的使用要求，分别选择设计不同的精度等级档次。塑件尺寸精度要求高的，分别选用不同的塑料品种型号，选用规范稳定的先进成型工艺设备，来提高塑件尺寸精度及稳定性的同时，更要大力提高人的素质和建立良好的工作环境。工作环境和良好的人的素质，是提高塑件尺寸精度和稳定性的主要因素，也是现代企业管理的一个目标，更是提高产品质量的精度的保证。

（2）在模具设计和制作尺寸精度要求，采用不同的模具设计方案和不同的模具制造工艺水准。对高精度的塑件，更要在模具设计制造上下苦功。首先模具设计是前提，采用成熟优秀的模具设计结构方案，努力提高塑件的设计精度。同时，在模具制造阶段，更要严保证各模具零件的制造加工精度，模具的制造精度要比塑件的精度高1～2级。采用不同的加工工艺手段，有着不同的精度保证，模具的制造要向精品化方向发展。

（3）采用不同材料和镶件组合设计。对一些精度要求高的塑件，可采用高精度的金属镶件或其他材料镶件的组合，以达到稳定尺寸精度的目的。这时，要改变塑件的设计方案，把塑件设计成不同的材料组合，同时，要考虑不同的组合成型工艺，来保证塑件的整体尺寸稳定性，甚至可以采用二次、三次或多次组合，逐步消除误差，达到尺寸精度要求。

总之，认识并对各影响因素进行相应的改进，肯定会提高塑料制品的精度和质量。

参考文献：

[1]李吉泉.塑料注射成形工艺稳健设计的研究与应用[D].上海：上海交通大学，2008.

[2]陈良辉.厚壁平衡块塑料制品的注射成型模拟分析[D].长沙：湖南大学，2009.