扇形制品注射成型的收缩特性研究

目前，对于生产普通形状塑料制品的模具型腔尺寸的计算方法已比较规范，但对于一些具有特殊形状或结构单元如凸形、凹形和扇形制品来说，其相应的模具型腔尺寸的计算方法还存在一些不同的理解和认识。一般计算模具型腔尺寸时必须考虑制品的收缩特性。为此，笔者设计制作了一副1模4腔的模具（包括正方形、凸形、凹形和扇形等4种形状），通过注射成型实验重点探讨扇形制品的收缩特性。

1、扇形制品注射成型预期收缩分析

对塑料，制品的收缩趋势，一般有2种认识：沿其几何中心收缩或沿其外围轮廓向内收缩。基于此，扇形制品的收缩可能有3种情况。

（1）收缩后扇形角度未变，径向尺寸均减小，如图1所示。

（2）收缩后扇形角度变小，外径尺寸变小，内径尺寸加大，如图2所示。

（3）收缩后扇形角度变大，径向尺寸均减小，如图3所示。

究竟扇形制品如何收缩则必须通过实验来加以确定。

2、实验部分

2.1 原料与设备

由于实验要定量地分析特定形状制品的收缩规律，故选用收缩率较大的聚丙烯（PP），这样所得制品的收缩率较大，测量、分析比较方便。实验设备为锁模力1.2x10⁶N的注塑机。

2.2 模具

将正方形、凸形、凹形和扇形制品设计在一副模具之中，型腔及流道系统在动模板中的分布如图4所示。

各型腔孔皆为通孔，将各种形状的型腔镶块嵌人其中构成模具型腔，型腔深度（制品厚度）为3mm。采用扇形浇口，这样塑料熔体可在较大范围内注人，带入型腔的空气较少，熔体通过浇口后的横向流动均匀，制品内产生的应力较小，所得制品尺寸稳定。

2.3 实验安排及数据采集

将原料从注塑机加料口注入进行注塑充模，将料温、注射速率、注塑压力、保压压力和保压时间这5个注塑工艺参数按单因素变化方法来设置，即每一大组实验中有4个工艺参数值固定不变，只有1个工艺参数变化。本实验由此分为5大组，即料温变化组、注射速率变化组、注塑压力变化组、保压压力变化组和保压时间变化组。每大组都遵循一个工艺参数等差递增，其它4个工艺参数为定值的变化规律，分为10组不同的注塑工艺状况。实验注塑件如图5所示。

3、结果与讨论

3.1 测量结果

PP注塑件在成型后的数天至数周中还会继续收缩和结晶，大部分的收缩在成型后24 h内发生。为得到稳定可靠的结果，所有注塑件均是在注射成型的一个月后测量的。采用GJ800 D三坐标测量仪对扇形的内外径及扇形角度进行测量。以上每个变化组中的每一种不同的注塑工艺状况下都选择3个注塑件进行测量，然后取平均值。现以料温变化组和注塑压力变化组的数据为例来讨论扇形制品的收缩特性。

表1、表2和表3分别是扇形制品扇形角度、内径和外径的收缩情况。

3.2 结果分析

由表1可以得到扇形制品的平均扇形角度为90.058°，其对的型腔角度为90°，呈放大趋势，角度平均增长率为0.06％。

由表2可以得到扇形制品的平均内径为29.432mm，其对应的型腔尺寸为30 mm，呈缩小趋势，平均线性收缩率为1.89%。

由表3可以得到扇形制品平均外径为49.380mm，其对应的型腔尺寸为50 mm，呈缩小趋势，平均线性收缩率为1.24%。

另外，扇形制品的径向厚度为19. 948 mm，其对应的型腔尺寸为20 mm，呈缩小趋势，平均线性收缩率为0.26%。

扇形制品收缩前后角度变化与弧长的收缩率有关，若扇形内弧长的收缩率与外弧长收缩率相同时，扇形制品收缩前后的角度将不会改变；若扇形内弧长的收缩率小于外弧长的收缩率时，扇形制品收缩后的角度将变小；若扇形内弧长的收缩率大于外弧长的收缩率时，扇形制品收缩后的角度将增大。实验数据表明扇形内径收缩率（1.89%）要比扇形外径收缩率（1.24%）大，又由于扇形径向尺寸与弧长成正比，因此扇形内弧长的收缩率要比扇形外弧长的收缩率大。由此可知，扇形制品收缩后的角度应该是增大的，这也与扇形制品角度变化实验结果一致。

4、结语

对于其它特殊形状的制品，也可用同样的方法来研究其收缩特性。只有掌握了收缩特性才能计算：出合理的型腔尺寸，从而生产出合格的制品。

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