（发布日期：2012年12月28日）

---模塑零件冷却时收缩的程度主要取决于所加工材料的成分。

塑料加工业内的每个人都知道，模塑零件在冷却时会收缩。其收缩程度主要取决于所加工材料的成分。半结晶材料比非结晶（无定形）材料

收缩更多，而填料会降低任何特定聚合物的收缩率，降低程度取决于所添加填料的类型和数量。

零件几何形状也是一个影响因素——薄壁零件比厚壁产品收缩更少，这仅仅是因为它们能更快地冷却到平衡状态。加工条件对此行为也有影

响。较高的保压压力将降低收缩水平，较低的模具温度也有这种效果，不过就模具温度而言，其益处可能只是暂时的。

制造模具最困难的方面之一是确定所有这些因素对模具尺寸与相关零件特征尺寸之间关系产生的复合效应。

虽然每个人都接受收缩是客观存在的事实，但对于零件达到尺寸稳定所需的时间范围，则意见稍有不一。这一点具有实际重要性，因为尺寸

检查是首个部件确定程序、加工能力研究以及生产运行期间持续质量检查的一部分。

测量过早会提供错误数据，但等待时间超过必要时间又会带来风险，导致错过了可以采取的、加工单上未提到的尺寸纠偏措施。努力使零件

符合图纸要求通常需要使用称为热检具的工具。这些工具是过程中/非过程中（go/no-go）装置，可用于检查仍在冷却和收缩过程中但已达

到某个点的零件，基于热零件尺寸与稳定产品最终尺寸之间已确立的关系，可以准确预测其最终尺寸。

研究任何给定零件的收缩过程，会产生尺寸与时间的关系，该关系遵循一种称为指数衰减的函数。在线性坐标上绘制时，会产生如本页所示

的图表。尺寸在最初几分钟内迅速下降，随着零件接近平衡状态，变化速率变慢。最终，不再注意到进一步的变化，零件被认为是稳定的。

将控制的模具尺寸与零件的最终尺寸进行比较，将得出模具收缩率的实际值。

将这个实际值与材料数据表上公布的模具收缩率值进行比较是一项有趣的实践。对于附图所示零件，材料是未填充PBT（聚对苯二甲酸丁二

醇酯），其公布的模具收缩率值为0.017-0.023英寸/英寸。零件图纸上的关键尺寸给定为4.941 + 0.008英寸，而相对于名义尺寸的实际成型

部件的收缩率值为0.02197英寸/英寸。

良好预测最终零件尺寸的关键参数是曲线趋于平坦所需的时间。该零件的图表显示，达到稳定尺寸的过程需要2小时。这是因为PBT是一种

半结晶聚合物，该特定牌号不含任何可以限制聚合物收缩的填料或增强材料，并且该零件的名义壁厚为0.250英寸，因此冷却过程相对较慢。

这个零件的循环时间是60秒，所以要是零件超出规格了，等2小时再做调整，会导致120个零件报废。能够在15到20分钟时（此时曲线已“拐

过弯”）将零件尺寸与最终零件尺寸相关联，可以在一年内节省数百甚至数千个报废零件。

但是，所有零件和材料类型完成收缩的时间框架都是2小时吗？事实证明，并非如此。达到尺寸稳定所需实际时间将取决于上述所有因素。

对于用非结晶材料模塑的薄壁零件，等待时间可能短至15分钟，甚至壁厚为0.125至0.140英寸的零件也会在半小时内稳定。大多数模塑零件

在一小时内即可稳定。但也存在一些令人抓狂的例外情况。

首先，零件尺寸很重要。模具收缩率是模塑后尺寸变化的百分比。0.010英寸/英寸的模具收缩率等于1%的尺寸变化。通常，我们对稳定性

的判断与我们能测量的精度相关。如果我们使用的工具分辨率低至0.001英寸，那么关键尺寸为1英寸的零件会比关键尺寸为20英寸的零件

更早显得达到稳定状态，这仅仅是因为最后一次0.001英寸/英寸的变化在较小零件中几乎检测不到，并且可能只占总图纸公差的很小一部分，而在较大零件中，这相同的百分比变化可能等于整个公差范围。

壁厚非常厚的零件带来了一些重大挑战，这仅仅是因为整个零件冷却所需的时间延长了。这对于未填充的半结晶材料尤其成问题，因为收缩

与结晶过程有关。晶体是排列有序的区域，因此比非晶区域占据的空间更少。随着结晶度的增加，收缩水平也会增加。

如果您想了解这种关系的大小，请参考PEEK（聚醚醚酮）的数据表。这种聚合物结晶缓慢，因此根据冷却速率的不同，可以制成非晶或半

晶结构。非晶PEEK的密度为1.26克/立方厘米，而半晶种类的密度为1.30克/立方厘米。这是3.2%的差异，可能转化为所有方向上高达0.015

英寸/英寸的收缩差异。

但是，即使对于典型的壁厚，也存在一些似乎不遵循规则的半结晶材料。用这些材料模塑的零件似乎在很长一段时间内（数天而非数小时）

持续变化。虽然这些变化大多涉及零件变小，但也存在零件尺寸增大的情况。这种看似异常行为的原因，以及如何最好地应对相关挑战，将

是第2部分的主题。

**关于作者**

Michael Sepe 是一名独立的材料和加工顾问，总部位于亚利桑那州塞多纳，客户遍布北美、欧洲和亚洲。他在塑料行业拥有超过35年的经

验，协助客户进行材料选择、可制造性设计、工艺优化、故障排除和失效分析。联系方式：(928) 203-0408 • mike@thematerialanaly.com。