■臺北科技大學 / 林宗圣 助理教授

前言

注塑成型品之形狀和尺寸精度，除了在注塑成型時各參數(shù)作精密之控制外，更與成型用模具之形狀和尺寸息息相關(guān)，從模具加工精度問題而言，大部分配合傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)加工其精度通常都能符合設(shè)計要求，但是模具之公差精度訂定卻是模具設(shè)計人員之專業(yè)學問，如果將每個部位公差訂定在非常精密之等級，或許能符合功能需求，但是卻增加制造困難度及成本，因此模具公差訂定是要非常小心仔細，才能達到成本降低及快速交貨需求。

模具之制作精度，除了須考慮工作物之形狀和尺寸，選擇適當之工作母機，以達到最高之加工效益。因加工精度的提升相對會增加制造費用（如圖1 所示），甚至會延后完工速度。

訂定模具公差需注意的事項

• 模具的基本構(gòu)造及形式：如分模線的決定、模具變形導致厚度變化、滑塊、分件模等之位置變化等。

• 制作制造之誤差：加工機具精度和人員技術(shù)的能力。

• 模具的磨耗：模具經(jīng)長期使用，因射出壓力、鎖模力等，使模具各部變形或松弛，及模具配合部位長期使用的磨耗，造成成型品的精度不良。

• 成型收縮量及翹曲控制

在訂定模具公差時，不僅需考慮成型品之公差，在模具構(gòu)造部位的尺寸公差也是需要注意的地方。關(guān)于模穴之公差精度，目前并沒有公式化的標準，但須對應(yīng)塑料的收縮率來考慮模穴之制造公差。一般成型收縮率的計算方式如下（D 代表常溫模具之尺寸，M 為成型品之尺寸，α 表示成型收縮率）：

（公式1）

（公式2）

舉例說明

比較上述公式2 及公式3 之使用差別，可由下方案例說明。

【例一】假設(shè)成型品尺寸M=60mm，塑料成型收縮率α=0.03，則模具之尺寸的決定如下

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

由簡易公式的公式3 得到模具之尺寸，D2=61.8mm，而透過公式4 M= D2 × (1-α)，可得到成型品之尺寸，M=61.8×(1-0.03)=59.946 mm，可以發(fā)現(xiàn)與原成型品尺寸相差(60-59.946)=0.054mm，因此如果成型品尺寸公差設(shè)定在「-0.05mm」以內(nèi)時，則此模具之尺寸設(shè)計無法滿足成型品尺寸公差。

一般成型品尺寸考慮到成型加工之誤差，因此會有上下、限公差設(shè)定，相對的模具加工也需考慮制造誤差因此也會有上下、限公差設(shè)定，這些公差之設(shè)定配合，將影響成型品尺寸精度甚大。由于塑料冷卻以后的收縮是以原模穴尺寸開始收縮，但模穴有公差會造成尺寸之變動，故模穴制作尺寸公差需考慮到「塑料成型收縮率」。

【例二】以成型品之尺寸公差為30±0.06 mm 為例

成型之塑料為ABS，其收縮率為0.4% ～ 0.7%，則此成型品在射出成型時之「收縮率變動值」β 為0.7%-0.4%=0.3%=0.003；成型品之尺寸為30±0.06mm，「成型品容許尺寸變動值」δ1=(0.06×2)÷30=0.004。因為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，若成型品之尺寸改為30±0.04mm，而收縮率變動值β 不變。成型品容許尺寸變動值δ2=(0.04×2)÷30=0.0026。因為δ2 ＜ β，故此ABS 塑料在30mm 尺寸作射出成型時，要控制在±0.04mm 公差是不穩(wěn)定的，除非在射出成型時各參數(shù)作精密之控制或用其他射出工法才不會超過此公差范圍。

模穴之公差設(shè)計

以【例二】成型品尺寸30±0.06mm 設(shè)計之模穴公差如下

因塑料收縮率為0.4% ～ 0.7%，所以30mm 尺寸其（ 收縮率變動值） 為30×(0.4% ～ 0.7%)， 故收縮率最小時為(30×0.4%)=0.12mm，收縮率最大時為(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）+（最大收縮率），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）+（最小收縮率），得（模穴上限尺寸）≦ 30.06+0.12=30.18mm。

透過上述得出的模穴下限尺寸與模穴上限尺寸，可算出模穴制造公差為30.18-30.15=0.03mm（圖3）。

模具構(gòu)造的相關(guān)尺寸關(guān)系分析

成型品尺寸除受制于模穴尺寸大小外，也會因模具的構(gòu)造及形式如分模線的位置及滑塊、分割件等之位置而產(chǎn)生變化。若以成型品與模具構(gòu)造的相關(guān)尺寸關(guān)系來分析，大致可分成以下二類：

? 非直接由模穴決定之尺寸（如圖4）

此種尺寸非只靠單一模穴就能決定之尺寸，（圖4）之(A) 須取決于公、母模的模穴大小與組裝精度，此部位之尺寸精度較不易控制

? 直接由模穴決定之尺寸（如圖5）

此種尺寸只靠單一模穴就能決定之尺寸，（圖5）之(D) 直接取決于公模的模穴大小與組裝精度，此部位之尺寸精度較不易控制，因此在（圖4）之(B)、(C) 尺寸也是由公、母模的模穴大小與組裝精度控制其尺寸，在（圖4）之(E) 可直接由公模穴決定尺寸，(F) 可直接由母模穴決定尺寸，故(A)尺寸比(D) 尺寸更易控制精度，如果產(chǎn)品在此部位要求尺寸精度高時，應(yīng)選擇（圖4）之分模設(shè)計。

因成型品尺寸會因受到模具質(zhì)量、射出機性能、人員技術(shù)，尤其是塑料不同所產(chǎn)生之尺寸變化量更會有很大差異性，故須訂定相關(guān)容許的尺寸變動，作為塑料件公差標準，可讓塑料產(chǎn)品設(shè)計人員有參考之標準，而透過表1 與表2，我們可以看出成型品一般尺寸與精密尺寸的公差值。

射出參數(shù)及外圍因素對成型品尺寸之影響

圖6 是某一產(chǎn)品生產(chǎn)之重量數(shù)值記錄表，因成型品之重量連帶會影響到成型品尺寸差，由此圖可看出成型時塑料溫度、油壓溫度、及模具溫度的變動對成型尺寸的影響關(guān)系。

在區(qū)域(1) 可觀察到成型品之重量的范圍在漸緩下降，這是因為此區(qū)域液壓油的溫度在變高，影響動力的傳達，油溫過高時，分子間的牽引力會減少，分子距離會拉開，油質(zhì)會變稀，黏度下降，當受到外力壓迫時，分子會先吸收部分的力量，以抵消液體的膨脹，故終端位置得到實際力量會減少，油壓壓力降低對射壓及保壓造成實際壓力下降，使成型品重量跟著下降。

在區(qū)域(2) 可觀察到成型品之重量在此范圍是急速下降，這是因為此區(qū)域之塑料溫度下降，因塑料對溫度壓力十分敏感，料溫下降造成塑料質(zhì)量不均，塑料溫度降低導致流動性變差，流動速度變慢，壓力對塑料動力的傳達變差，成型品的密度降低，因此成型品之重量急速下降。

在區(qū)域(3) 之塑料溫度、油壓溫度、及模具溫度在此的變動不大，因此成型品之重量處于穩(wěn)定狀態(tài)。

而在區(qū)域(4) 成型品之重量在此范圍又發(fā)生下降趨勢，這是因為此區(qū)域之模具溫度上升，模具溫度主要會影響模溫分布與塑料熱傳行為，若模具溫度過低，則塑料較易提早冷卻凝結(jié)，進而引起成品短射；而模具溫度高時，則壓力對塑料動力的傳達變好，使充填時間延長。模具溫度提高對于成型品之重量應(yīng)該是要增加的，但為何重量發(fā)生下降呢？這是因為模具溫度高使?jié)部谀虝r間變長，但此區(qū)域的保壓時間還是使用原有之參數(shù)，例如原設(shè)定保壓時間共4 秒，現(xiàn)在因模具溫度高，在澆口尚未凝固時，保壓便已停止，因此發(fā)生塑料逆流現(xiàn)象，使成型品之重量下降。

區(qū)域(5) 成型品之重量在此范圍有上升趨勢，這是因為此區(qū)域之液壓油的溫度下降，液壓動力的傳達變好，且模具溫度下降，澆口凝固時間回復原始時間，因此可消除塑料逆流的現(xiàn)象，使成型品重量上升?！?/p>

此文章摘錄自ACMT- SmartMolding雜志-(2020/9月刊)