注塑成品尺寸不准？可能是这些参数和周边因素在作祟！

■台北科技大学 / 林宗圣 助理教授

前言

注塑成型品之形状和尺寸精度，除了在注塑成型时各参数作精密之控制外，更与成型用模具之形状和尺寸息息相关，从模具加工精度问题而言，大部分配合传统与非传统加工其精度通常都能符合设计要求，但是模具之公差精度订定却是模具设计人员之专业学问，如果将每个部位公差订定在非常精密之等级，或许能符合功能需求，但是却增加制造困难度及成本，因此模具公差订定是要非常小心仔细，才能达到成本降低及快速交货需求。

模具之制作精度，除了须考虑工作物之形状和尺寸，选择适当之工作母机，以达到最高之加工效益。因加工精度的提升相对会增加制造费用（如图1 所示），甚至会延后完工速度。

订定模具公差需注意的事项

• 模具的基本构造及形式：如分模线的决定、模具变形导致厚度变化、滑块、分件模等之位置变化等。

• 制作制造之误差：加工机具精度和人员技术的能力。

• 模具的磨耗：模具经长期使用，因射出压力、锁模力等，使模具各部变形或松弛，及模具配合部位长期使用的磨耗，造成成型品的精度不良。

• 成型收缩量及翘曲控制

在订定模具公差时，不仅需考虑成型品之公差，在模具构造部位的尺寸公差也是需要注意的地方。关于模穴之公差精度，目前并没有公式化的标准，但须对应塑料的收缩率来考虑模穴之制造公差。一般成型收缩率的计算方式如下（D 代表常温模具之尺寸，M 为成型品之尺寸，α 表示成型收缩率）：

（公式1）

（公式2）

举例说明

比较上述公式2 及公式3 之使用差别，可由下方案例说明。

【例一】假设成型品尺寸M=60mm，塑料成型收缩率α=0.03，则模具之尺寸的决定如下

公式2：得到的模具尺寸D1=60÷(1-0.03)=61.855mm

公式3：得到的模具尺寸D2=(1+0.03)×60=61.8mm

由简易公式的公式3 得到模具之尺寸，D2=61.8mm，而透过公式4 M= D2 × (1-α)，可得到成型品之尺寸，M=61.8×(1-0.03)=59.946 mm，可以发现与原成型品尺寸相差(60-59.946)=0.054mm，因此如果成型品尺寸公差设定在「-0.05mm」以内时，则此模具之尺寸设计无法满足成型品尺寸公差。

一般成型品尺寸考虑到成型加工之误差，因此会有上下、限公差设定，相对的模具加工也需考虑制造误差因此也会有上下、限公差设定，这些公差之设定配合，将影响成型品尺寸精度甚大。由于塑料冷却以后的收缩是以原模穴尺寸开始收缩，但模穴有公差会造成尺寸之变动，故模穴制作尺寸公差需考虑到「塑料成型收缩率」。

【例二】以成型品之尺寸公差为30±0.06 mm 为例

成型之塑料为ABS，其收缩率为0.4% ～ 0.7%，则此成型品在射出成型时之「收缩率变动值」β 为0.7%-0.4%=0.3%=0.003；成型品之尺寸为30±0.06mm，「成型品容许尺寸变动值」δ1=(0.06×2)÷30=0.004。因为δ1 ＞ β，故此ABS 塑料在30mm 尺寸作射出成型要控制在±0.06mm 是可行的。

【例三】承案例二，若成型品之尺寸改为30±0.04mm，而收缩率变动值β 不变。成型品容许尺寸变动值δ2=(0.04×2)÷30=0.0026。因为δ2 ＜ β，故此ABS 塑料在30mm 尺寸作射出成型时，要控制在±0.04mm 公差是不稳定的，除非在射出成型时各参数作精密之控制或用其他射出工法才不会超过此公差范围。

模穴之公差设计

以【例二】成型品尺寸30±0.06mm 设计之模穴公差如下

因塑料收缩率为0.4% ～ 0.7%，所以30mm 尺寸其（ 收缩率变动值） 为30×(0.4% ～ 0.7%)， 故收缩率最小时为(30×0.4%)=0.12mm，收缩率最大时为(30×0.7%)=0.21mm。             

• 模穴下限尺寸：因（模穴下限尺寸）≧（成型品下限尺寸）+（最大收缩率），得（模穴下限尺寸）≧ 29.94+0.21=30.15mm。

• 模穴上限尺寸：因（模穴上限尺寸）≦（成型品上限尺寸）+（最小收缩率），得（模穴上限尺寸）≦ 30.06+0.12=30.18mm。

透过上述得出的模穴下限尺寸与模穴上限尺寸，可算出模穴制造公差为30.18-30.15=0.03mm（图3）。

模具构造的相关尺寸关系分析

成型品尺寸除受制于模穴尺寸大小外，也会因模具的构造及形式如分模线的位置及滑块、分割件等之位置而产生变化。若以成型品与模具构造的相关尺寸关系来分析，大致可分成以下二类：

• 非直接由模穴决定之尺寸（如图4）

此种尺寸非只靠单一模穴就能决定之尺寸，（图4）之(A) 须取决于公、母模的模穴大小与组装精度，此部位之尺寸精度较不易控制

• 直接由模穴决定之尺寸（如图5）

此种尺寸只靠单一模穴就能决定之尺寸，（图5）之(D) 直接取决于公模的模穴大小与组装精度，此部位之尺寸精度较不易控制，因此在（图4）之(B)、(C) 尺寸也是由公、母模的模穴大小与组装精度控制其尺寸，在（图4）之(E) 可直接由公模穴决定尺寸，(F) 可直接由母模穴决定尺寸，故(A)尺寸比(D) 尺寸更易控制精度，如果产品在此部位要求尺寸精度高时，应选择（图4）之分模设计。

因成型品尺寸会因受到模具质量、射出机性能、人员技术，尤其是塑料不同所产生之尺寸变化量更会有很大差异性，故须订定相关容许的尺寸变动，作为塑料件公差标准，可让塑料产品设计人员有参考之标准，而透过表1 与表2，我们可以看出成型品一般尺寸与精密尺寸的公差值。

射出参数及外围因素对成型品尺寸之影响

图6 是某一产品生产之重量数值记录表，因成型品之重量连带会影响到成型品尺寸差，由此图可看出成型时塑料温度、油压温度、及模具温度的变动对成型尺寸的影响关系。

在区域(1) 可观察到成型品之重量的范围在渐缓下降，这是因为此区域液压油的温度在变高，影响动力的传达，油温过高时，分子间的牵引力会减少，分子距离会拉开，油质会变稀，黏度下降，当受到外力压迫时，分子会先吸收部分的力量，以抵消液体的膨胀，故终端位置得到实际力量会减少，油压压力降低对射压及保压造成实际压力下降，使成型品重量跟着下降。

在区域(2) 可观察到成型品之重量在此范围是急速下降，这是因为此区域之塑料温度下降，因塑料对温度压力十分敏感，料温下降造成塑料质量不均，塑料温度降低导致流动性变差，流动速度变慢，压力对塑料动力的传达变差，成型品的密度降低，因此成型品之重量急速下降。

在区域(3) 之塑料温度、油压温度、及模具温度在此的变动不大，因此成型品之重量处于稳定状态。

而在区域(4) 成型品之重量在此范围又发生下降趋势，这是因为此区域之模具温度上升，模具温度主要会影响模温分布与塑料热传行为，若模具温度过低，则塑料较易提早冷却凝结，进而引起成品短射；而模具温度高时，则压力对塑料动力的传达变好，使充填时间延长。模具温度提高对于成型品之重量应该是要增加的，但为何重量发生下降呢？这是因为模具温度高使浇口凝固时间变长，但此区域的保压时间还是使用原有之参数，例如原设定保压时间共4 秒，现在因模具温度高，在浇口尚未凝固时，保压便已停止，因此发生塑料逆流现象，使成型品之重量下降。

区域(5) 成型品之重量在此范围有上升趋势，这是因为此区域之液压油的温度下降，液压动力的传达变好，且模具温度下降，浇口凝固时间回复原始时间，因此可消除塑料逆流的现象，使成型品重量上升。■

此文章摘录自ACMT- SmartMolding杂志-(2020/9月刊)