Усадка и допуски при литье под давлением: таблица усадки материалов и как задавать допуски

Каждый размер на вашем чертеже — это обещание о детали, которая будет отлита горячей и уменьшится при остывании. Если коэффициент усадки, по которому фрезеровали гнездо, выбран неверно, деталь приедет с отклонением 0,2–0,4 мм от номинала: отлита безупречно, использовать невозможно. А если блок допусков на чертеже скопирован с металлической детали, его не выдержит ни одна форма в мире.

В этом руководстве — практические цифры: усадка по маркам материала, перевод усадки в размеры оформляющей полости, что реально означают классы допусков DIN 16901 и ISO 20457, чем отличаются силикон и резина, и как написать допуск, который инструментальный цех выдержит, не добавив тихо 30% к цене оснастки.

Почему усадка определяет допуск

Пластик усаживается потому, что молекулы упаковываются плотнее при охлаждении от температуры расплава до комнатной. Аморфные материалы (ABS, PC, PS) усаживаются умеренно и достаточно равномерно. Полукристаллические (PP, PE, PA, POM) — значительно сильнее, потому что кристаллические области, образующиеся при охлаждении, занимают меньший объём. И величина зависит от скорости охлаждения, давления выдержки и направления течения расплава.

Отсюда три следствия, которые объясняют большинство споров о допусках:

• Форма — это не деталь. Гнездо, вырезанное в 100,00 мм, даёт деталь примерно 98 мм из PP.
• Усадка — это диапазон, а не число. Поставщики указывают для PP 1,5–2,5%, а не 2,0%, и ваша серия попадёт куда-то внутрь этого интервала.
• Размер усиливает ошибку. Неопределённость 0,3% — это 0,03 мм при номинале 10 мм и 0,6 мм при 200 мм. Именно поэтому стандарты расширяют допуск с ростом размера.

Усадка по маркам материала

Значения ниже — типичная технологическая усадка по ISO 294-4 (или ASTM D955) на стандартных образцах. Это отправная точка для сметы и DFM, но не замена паспорту конкретной марки от производителя компаунда.

Материал	Тип	Типичная усадка	Сложность допуска
ABS	Аморфный	0,4 – 0,7%	Низкая — базовая точка отсчёта
PC / PC-ABS	Аморфный	0,5 – 0,7%	Низкая — нужна хорошая сушка
PMMA	Аморфный	0,3 – 0,6%	Низкая, но доминируют оптические дефекты
PA66 (без наполнителя)	Полукристаллический	1,0 – 1,5%	Средняя — чувствителен к влаге
PA66-GF30	Полукрист. + стекловолокно	0,3 – 0,6%	Средняя — анизотропия, коробление
POM	Полукристаллический	1,8 – 2,5%	Высокая, но размер стабилен после литья
PP (без наполнителя)	Полукристаллический	1,2 – 2,5%	Высокая — самый «неудобный» массовый материал
PP + 20–30% талька / GF	Полукрист. + наполнитель	0,3 – 1,2%	Средняя — заметно лучше ненаполненного
PE-HD / PE-LD	Полукристаллический	1,5 – 3,5%	Высокая — мягкий, склонен к ползучести
PBT / PET (без наполнителя)	Полукристаллический	1,5 – 2,0%	Средняя
PBT-GF30	Полукрист. + стекловолокно	0,3 – 0,5%	Средняя — важна разница по направлению
TPE / TPU	Мягкий, полукристаллический	1,5 – 3,0%	Высокая — мягкая деталь деформируется при измерении

От усадки к размеру гнезда: сам расчёт

Инструментальный цех не «на глаз» подбирает размеры — он масштабирует гнездо на усадку. Связь простая:

Размер гнезда = Размер детали ÷ (1 − усадка), обратно: Размер детали = Размер гнезда × (1 − усадка).

Пример: корпус из PP длиной 120 мм, усадка 1,8% (середина диапазона 1,5–2,1%):

• Длина гнезда = 120 ÷ (1 − 0,018) = 122,20 мм
• Если реальная усадка уйдёт к 1,5%: деталь = 122,20 × 0,985 = 120,37 мм (+0,37 мм)
• Если уйдёт к 2,1%: деталь = 122,20 × 0,979 = 119,63 мм (−0,37 мм)

То есть расхожее «PP даёт 2%» выдаёт вам ±0,37 мм ещё до резки стали. Именно поэтому допуск ±0,1 мм на деталь 120 мм из PP — это тема для переговоров, а не спецификация: выполнить его можно только корректировкой гнезда после измерения на T1 или выбором наполненной марки.

Анизотропия: усадка по разным направлениям не одинакова

В наполненных и полукристаллических материалах усадка вдоль течения расплава обычно на 0,2–0,8 процентных пункта меньше, чем поперёк. Стекловолокно ориентируется по потоку и «держит» это направление, а поперечное вынуждено взять на себя больше сокращения.

Результат — разница усадок, то есть физическая причина коробления и классической жалобы «длина в норме, но деталь выгнута на 0,8 мм». Практические меры по возрастанию стоимости:

• Расположить впуск так, чтобы путь течения был симметричен относительно детали
• Сбалансировать охлаждение, чтобы обе поверхности достигали температуры выталкивания одновременно (см. проектирование системы охлаждения)
• Добавить рёбра или предусмотреть обратный прогиб оформляющей полости, чтобы после усадки деталь выпрямилась
• Задавать не размер, а допуск прямолинейности и контролировать его калибром-приспособлением

Все эти решения должны появляться на DFM-анализе — до резки гнезда, а не после того, как образцы с T1 вернулись выгнутыми.

Классы допусков: что дают DIN 16901 и ISO 20457

Два стандарта описывают одну и ту же идею. DIN 16901 задаёт общие допуски литьевых деталей через ряды точности 110–160, где допустимое отклонение растёт вместе с номинальным размером. ISO 20457 (с согласованным китайским GB/T 14486) делит материалы на категории усадки MT1–MT7 и предлагает классы A (точный), B (стандартный) и C (грубый).

Для закупщика важна не номер таблицы, а форма кривой: допуск — функция номинального размера × класса усадки материала. Ниже — реально достижимые допуски в нормальном производстве для материала с низкой усадкой (например, ABS или PC); для других классов применяйте коэффициенты из примечания.

Номинал (мм)	Стандартный ± (мм)	Технический ± (мм)	Точный ± (мм)
1 – 3	0,10	0,06	0,04
3 – 6	0,12	0,08	0,05
6 – 10	0,14	0,10	0,06
10 – 18	0,18	0,12	0,07
18 – 30	0,21	0,14	0,09
30 – 50	0,25	0,18	0,11
50 – 80	0,30	0,22	0,14
80 – 120	0,40	0,28	0,18
120 – 180	0,50	0,35	0,22
180 – 250	0,65	0,45	0,28

Коэффициенты к стандартному столбцу для других классов: стеклонаполненные инженерные марки ≈ ×1,1; ненаполненные PA, PBT, POM ≈ ×1,3; наполненный PP или PE-HD ≈ ×1,5; ненаполненные PP или PE-LD ≈ ×1,8; мягкий TPE ≈ ×2,0. Один и тот же размер 100 мм — это комфортные 0,40 мм в ABS и реально сложные 0,15 мм в ненаполненном PP. Это физика, а не квалификация поставщика.

Силикон и резина: другие правила

Силиконовые детали часто считают по «пластиковым» допускам, а потом они не проходят приёмку: резина «уходит» после извлечения из формы гораздо сильнее термопласта.

• Компрессионное формование HCR: усадка обычно 2–4% и зависит от температуры вулканизации, твёрдости компаунда и толщины детали. Толстые сечения усаживаются больше тонких, потому что сердцевина вулканизуется позже.
• Литьё LSR: 1,5–3% по форме плюс усадка при постотверждении примерно 0,3–1,5% в течение часов и суток после извлечения. Измерять детали LSR сразу на прессе — самая частая ошибка измерений в силиконовых проектах.
• Стандарты: допуски резиновых деталей задают по ISO 3302-1, классы M1–M4, а не металлическим блоком допусков. Прокладка 50 мм класса M2 — примерно ±0,4 мм; M1 точнее, M3/M4 существенно грубее.

Практическое правило: для силикона на чертеже рядом с допуском указывайте условия измерения — через сколько часов после извлечения, при какой температуре, прошла ли деталь постотверждение. Без этого два контролёра разойдутся во мнениях, и оба будут правы.

Что реально определяет достижимый допуск

Материал задаёт нижнюю границу, но пять решений по оснастке и процессу определяют, дойдёте вы до неё или нет:

1. Жёсткость формы и марка стали. Тонкие стенки полости прогибаются под давлением. Точный класс обычно означает закалённые вставки (H13 или закалённый P20) вместо блока из предварительно закалённой стали — это реальный шаг по цене.
2. Баланс охлаждения. Неравномерная температура формы — это неравномерная усадка. Половина случаев «невыполнимого допуска» — это проблема охлаждения в костюме допуска.
3. Расположение впуска и выдержка. Впуск далеко от размера означает, что этот размер хуже запрессован и сильнее усаживается. Место впуска — это решение о допуске.
4. Гнёздность. Многогнёздная форма требует согласованной стали по гнёздам, и каждое гнездо корректируется отдельно после T1. Четыре гнезда — это четыре набора поправок, а не один.
5. Окно процесса и измерения. Точным деталям нужны зафиксированное окно процесса, кондиционирование и согласованный план измерений на КИМ до T1 — иначе приёмка превращается в мнение.

Сколько стоит жёсткий допуск

Ужесточать все размеры «на всякий случай» — самая дорогая привычка в конструировании пластиковых деталей. Переход формы из стандартного класса в точный обычно добавляет:

Фактор стоимости	Типичное влияние
Закалённая сталь и вставки со снятием напряжений	+10 – 20% к стоимости формы
Более медленная электроэрозия / высокоскоростное фрезерование, больше полировки	+5 – 15% к стоимости формы
Дополнительные итерации (измерение T1 → правка стали → T2)	+1 – 3 недели к сроку
Измерения на КИМ и исследование воспроизводимости по каждому гнезду	+ затраты на контроль, иногда 2–5% цены детали
Повышенный процент брака в первые месяцы производства	3 – 10% деталей на выходе на режим

Эффективный подход — критическое размерение: отметьте те несколько размеров, которые стыкуются с ответной деталью, уплотнением или входят в размерную цепь, держите их по точному классу, остальным дайте стандартный блок. Обычно это снимает 15–30% со сметы на оснастку без изменения функциональности.

Как записать блок допусков на чертеже

• Идите от материала, а не от цифры: сначала выберите марку, посмотрите диапазон усадки в паспорте, затем назначьте допуск, который она физически выдержит.
• Один общий блок допусков (по DIN 16901 или классу ISO 20457) плюс короткий список отдельных критических размеров — и никогда ±0,05 мм на все элементы подряд.
• Допуски по типам элементов: отверстия и бобышки держатся точнее длинных линейных размеров; элементы через плоскость разъёма или образуемые ползунами дают дополнительный разброс и требуют более широкого поля.
• Для силикона и резины указывайте класс ISO 3302-1 и условия измерения.
• Согласуйте схему баз с изготовителем формы до T1 и укажите, какие размеры измеряются на КИМ, а какие калибром.
• Заложите одну итерацию правки стали. Она нужна любой первой форме; поставщик, обещающий ноль корректировок, либо очень опытен, либо не планирует измерять.

Чек-лист для заявки: допуски и усадка

• ☐ Марка материала и диапазон усадки из паспорта приложены к заявке
• ☐ Выбран стандарт общих допусков (DIN 16901 / класс ISO 20457)
• ☐ Отмечены критические размеры — и только они
• ☐ Указан номинальный размер самого большого критического размера: он задаёт достижимое поле
• ☐ Требования по короблению и плоскостности заданы отдельно от размеров
• ☐ Место впуска согласовано (от него зависит, какие размеры усаживаются сильнее)
• ☐ Гнёздность зафиксирована, есть план коррекции каждого гнезда после T1
• ☐ Для резиновых деталей заданы метод измерения и время кондиционирования
• ☐ В графике заложена одна итерация правки стали
• ☐ Согласовано ожидание по воспроизводимости: какой Cpk, на каких размерах, за сколько циклов

Проверьте допущение по усадке до резки стали

Precimold проектирует и изготавливает литьевые формы для пластиковых и силиконовых деталей размером до 2 м × 1,6 м и проверяет допущения по усадке и допускам на каждом чертеже до выставления сметы. Пришлите 3D-модель, марку материала и размеры, которые действительно важны для сборки — мы вернём диапазон усадки, по которому будем резать гнездо, реально достижимый допуск по каждому элементу и разницу в стоимости оснастки между стандартным и точным классом. Отвечаем в течение 12 часов.

Если конструкция ещё обсуждается, начните с материала по основным дефектам литья и их причинам: половина из них — это следствие усадки и охлаждения, а не ошибки оператора.