課程設(shè)計---塑料方凳注射成型設(shè)計

1、<p><b>　　高分子材料成型加工</b></p><p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p>　　塑料方凳注射成型設(shè)計</p><p>　　起止日期： 2010年 6月 28日 至 2010年 7月4日</p><p><b>　　包裝與材料工程學(xué)院<

2、/b></p><p>　　2010年 7 月 4 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 制品基本條件的確定2</p><p>　　1.1制品基本參數(shù)的確定2</p><p>　　1.2制品的成本估計2</p><p>　　第

3、二章 方凳結(jié)構(gòu)設(shè)計2</p><p>　　第三章 選材及配方設(shè)計4</p><p>　　3.1基材和性能分析4</p><p>　　3.2 配方設(shè)計4</p><p>　　第四章 注射量計算及注射機(jī)的初步確定5</p><p>　　4.1 注射量的計算5</p><p>　　4.2

4、注射機(jī)的初步確定6</p><p>　　第五章 澆注系統(tǒng)設(shè)計計算7</p><p>　　第六章 成型零件工作尺寸及模具設(shè)計8</p><p>　　6.1型芯的設(shè)計8</p><p>　　6.2型腔的設(shè)計9</p><p>　　第七章 模具加熱與冷卻系統(tǒng)設(shè)計與校核13</p><p>

5、　　7.1加熱系統(tǒng)設(shè)計與校核13</p><p>　　7.2冷卻系統(tǒng)設(shè)計與校核13</p><p>　　第八章 注射壓力、鎖模力和安裝尺寸校核及注射機(jī)的選定16</p><p>　　8.1注射壓力的校核16</p><p>　　8.2鎖模力的校核16</p><p>　　8.3 安裝尺寸與工藝的設(shè)計與校核1

6、7</p><p>　　8.4 注射機(jī)的確定18</p><p>　　第九章 成型工藝條件18</p><p>　　第十章成本及利潤核算19</p><p>　　10.1 方凳的成本19</p><p>　　10.2每天的利潤19</p><p>　　第十一章 課程設(shè)計總結(jié)20&l

7、t;/p><p>　　第一章 制品基本條件的確定</p><p>　　1.1制品基本參數(shù)的確定</p><p>　　該制品為塑料方凳，作為可以承受成人體重的凳子，現(xiàn)在人一般在80Kg以下，則需要方凳能承受的載荷條件要達(dá)到784N； </p><p>　　塑料方凳的主要用于湖南等南方城市一帶，要能承受40℃的高溫和—10℃的低溫；</p>

8、;<p>　　塑料凳子要能耐磨，硬度也要高，設(shè)計洛氏硬度>70；彎曲強(qiáng)度>45MPa；</p><p>　　凳子成型收縮率要低，這樣才不至于變形，收縮率<0.7%；</p><p>　　凳子要持久耐用則不能存在應(yīng)力集中，缺口沖擊強(qiáng)度>55 J.m-2；同時，凳子的韌性必須好，這樣才能不至于太脆而易損壞，則需斷裂伸長率100-200%。</p>

9、;<p>　　1.2制品的成本估計</p><p>　　為了獲得更大的利潤，必須控制單張凳子的成本在7元左右。</p><p>　　第二章 方凳結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)在人得平均身高和體型特征，可設(shè)計方凳的高度為500mm，上表面寬度為300mm，腿的側(cè)邊和上邊緣分別為70mm，中部加強(qiáng)橫檔為50mm。</p><p&g

10、t;　　設(shè)計的方凳示意圖和效果圖如圖1(a)所示；圖1中的（b）圖為凳子底部加強(qiáng)筋的示意圖，有了這些加強(qiáng)筋，力學(xué)性能就更好，則能承受784N的力。</p><p><b>　?。╝）</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p><b>　　圖1</b></p>&

11、lt;p>　　第三章 選材及配方設(shè)計</p><p>　　3.1基材和性能分析</p><p>　　根據(jù)以上制品的用途及所需達(dá)到的性能，決定選用聚丙烯作為基體樹脂來做這個塑料方凳。聚丙烯是一種高結(jié)晶度的聚合物，由于C-O鍵的鍵長比C-鍵短，因而聚丙烯軸方向的填充密度大，由于側(cè)甲基的位阻效應(yīng)，成螺旋結(jié)構(gòu)。</p><p>　　聚丙烯韌性好，耐熱性好，可在100℃

12、以上溫度上工作，但低溫下耐沖擊強(qiáng)度不高。</p><p>　　下表為基體樹脂聚丙烯的主要性能指標(biāo)。</p><p>　　表1 聚丙烯的主要性能指標(biāo)</p><p><b>　　3.2 配方設(shè)計</b></p><p>　　由于聚丙烯價格很高，達(dá)到6875元一頓，為了降低成本，需加入一些其他的助劑來滿足要求，但加入助劑

13、就會降低聚丙烯的力學(xué)強(qiáng)度。</p><p>　　GF和LCP的配合使用時得其增強(qiáng)效果更好，它們的作用是改善制品的力學(xué)性能，使制品強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期的效果；</p><p>　　PP的成型收縮率很大，為了達(dá)到要求的0.7%，也為了降低成本，需加入碳酸鈣，但會使PP的韌性下降；</p><p>　　POE由于加入了填料及增強(qiáng)材料，需加入增韌劑來改善PP的韌性；</p&g

14、t;<p>　　PP的在—10℃時耐沖擊強(qiáng)度低，而且各項性能指標(biāo)均不好，則需加入耐寒劑EPDM；</p><p>　　由于凳子會經(jīng)常用來做，則需很好的耐磨性，而PP本身是質(zhì)地比較軟的樹脂，則需加入耐磨劑來改善性能，石墨和配合使用是很好的耐磨增強(qiáng)劑；</p><p>　　PP—g—MAH是相容劑，因為PP和POE以及EPDM同時使用時相容性達(dá)不到，而PP—g—MAH做相容劑時能

15、使得這三者達(dá)到很好的相容性；</p><p>　　KH-550是作為的偶聯(lián)劑，因為是無機(jī)物，而樹脂等式有機(jī)物，加入偶聯(lián)劑能增進(jìn)無機(jī)物和有機(jī)物之間的粘合性能；</p><p>　　由于PP的結(jié)晶度很高，熔融流動性不強(qiáng)，需加入潤滑劑來改善它的流動性，HSt潤滑劑兼有內(nèi)，外潤滑的作用，除了改善流動性，能增加塑料表面的潤滑性；</p><p>　　PP的抗紫外光老化性能較差

16、，而塑料方凳很多時候會用在一些餐館擺出的戶外攤位上，所以必須加入紫外光吸收劑來增強(qiáng)制品的抗紫外光老化性能；</p><p>　　鈦白粉，群青，酞菁藍(lán)組合的使用是使得制品的顏色是深藍(lán)色，這是種接近自然的顏色，用的很廣。</p><p>　　由上述這些分析可將方凳的配方設(shè)計如下：</p><p><b>　　表2 方凳的配方</b></p&g

17、t;<p>　　第四章 注射量計算及注射機(jī)的初步確定</p><p>　　4.1 注射量的計算</p><p><b>　　方凳體積的計算：</b></p><p><b>　　（1）</b></p><p>　　式中 =3003002.5=225000=225</p&g

18、t;<p>　　=300702.54=210000=210</p><p>　　=43070242.5=602000=602</p><p>　　=238.4502.54=119200=119.2</p><p>　　所以有 V=225+210+602+119.2=1156.2</p><p>　　V----方凳總體積；&l

19、t;/p><p>　　V1----上表面體積；</p><p>　　V2----上部邊緣體積；</p><p>　　V3-----凳子腿體積；</p><p>　　V4------凳子橫梁體積。</p><p>　　所以根據(jù)產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)方凳體積為V=1156.2</p><p>　　方凳質(zhì)量為M=V

20、D1=1156.20.95=1098.39g=1.10Kg （2）</p><p>　　M-----方凳質(zhì)量；</p><p>　　D1------方凳用料固體密度。</p><p>　　M=1.10Kg符合1Kg左右。</p><p><b>　　注射量的計算：</b></

21、p><p>　　D----方凳用料熔體密度。</p><p>　　4.2 注射機(jī)的初步確定</p><p>　　根據(jù)以上條件可選取得注射機(jī)型號可以有：SZ—2500/500，SZ—4000/800這兩臺注射機(jī)均為浙江塑料機(jī)械廠生產(chǎn)，其主要工藝參數(shù)如下表：</p><p>　　表3 SZ—2500/500型注塑機(jī)工藝參數(shù)</p>&l

22、t;p>　　SZ—4000/800型注塑機(jī)工藝參數(shù)</p><p>　　第五章 澆注系統(tǒng)設(shè)計計算</p><p>　　澆注系統(tǒng)由主流道，冷料穴，澆口組成，無分流道。下圖為主流道結(jié)構(gòu)簡圖。</p><p>　　圖2 主流道的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　主流道截面尺寸：</b></p><p

23、>　　a: 主流道半錐角，取=，內(nèi)壁表面粗糙度一般為um以下。</p><p>　　b：R1為噴嘴球徑；主流道對接處的半圓形凹坑半徑R2：</p><p>　　=39.4+1=40.4mm。凹坑深。</p><p>　　c：主流道長度，大端直徑為，小端直徑比噴嘴直徑大。</p><p><b>　　冷料穴的設(shè)計：</b&

24、gt;</p><p>　　冷料穴一般位于主流道末端分型面的動模一側(cè)。其作用是捕集熔體流動的前鋒冷料，避免冷料進(jìn)入模腔，對塑件造成不利影響。開模時又將冷料拉出，因而冷料穴直徑稍大于主流道大端直徑，該模具采用帶球行頭拉料桿的形冷料穴。其中主流道大端直徑為，該設(shè)計中</p><p><b>　　冷料穴深度為：</b></p><p>　　第六章 成

25、型零件工作尺寸及模具設(shè)計</p><p>　　型芯、型腔基本尺寸校核：</p><p><b>　　6.1型芯的設(shè)計</b></p><p><b>　　6.1.1 凸模：</b></p><p>　?。?）型芯徑向尺寸：</p><p>　　設(shè)塑件內(nèi)型尺寸為，塑料平均收縮率

26、為，其公差為，則其平均尺寸為；型芯基本尺寸為，制造公差為，其平均尺寸為。則，得： </p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p><b>　　即 </b></p><p>　　式中 =0.10.&

27、lt;/p><p><b>　　==0.033.</b></p><p>　　平均收縮率： </p><p><b>　　=0.65%</b></p><p>　　所以 型芯大端徑向尺寸計算如下：</p><p><b>　　=34

28、1mm</b></p><p>　　=[341+341×0.0065+0.75×0.10=[343.3mm</p><p>　　型芯小端徑向尺寸計算如下：</p><p><b>　??；</b></p><p>　　=[297.5+297.5×0.0065+0.75×0

29、.10=[299.5mm</p><p>　　（2）型芯高度尺寸.：</p><p>　　按公差帶標(biāo)注原則，塑件高度尺寸為，型芯高度尺寸為，因磨損小，計算時磨損量可不予考慮</p><p>　　則 （4）</p><p><b>　　= </b>

30、;</p><p><b>　　即 </b></p><p><b>　　式中 ;</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　查表得 ；</b></p><p>　　所以 =[4

31、97.5+497.5×0.0065+0.67×0.10=[500.8mm </p><p><b>　　6.2型腔的設(shè)計</b></p><p><b>　　6.2.1 凹模：</b></p><p>　　（1）凹模徑向尺寸：</p><p>　　設(shè)塑件平均收縮率為；塑

32、件外型基本尺寸為，其公差為，則塑件平均尺寸為；凹?；境叽鐬椋渲圃旃顬?，則凹?；境叽鐬?。</p><p><b>　　（5）</b></p><p>　　式中 Ls=343.6 mm ；；查表得；</p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　=[343.6+343.6

33、×0.0065-0.75×0.10=[345.8</p><p>　?。?）凹模深度尺寸:</p><p>　　按公差帶標(biāo)注原則，塑件凳子腿高度尺寸為，凹模深度尺寸為，凹模底面和型芯端面均與塑件脫模方向垂直，因磨損小，計算時磨損量可不予考慮。</p><p>　　則 （

34、6） </p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　即 </b></p><p>　　成型整個方凳的凹模深度：</p><p><b>　　=500mm ;</b></p><p><b>　

35、　查表得；</b></p><p>　　所以 =[500+500×0.065-0.67×0.10=[532.43</p><p>　　方凳成型時型腔設(shè)于凸模上，由于凳子中段加強(qiáng)檔的原因?qū)е峦鼓Ｉ嫌型蛊鸩糠侄灰酌撃?，則脫模采用瓣合模，及凸模由四瓣組成，中間有根圓桿，在注射成型過程中，除最后脫模過程，圓桿一直與凸模的前端平行，當(dāng)凹模離開后，圓桿后移使得凸模四

36、瓣向中間移動，同時四個凳腳上的推桿向前推動塑料方凳，從而順利脫模。</p><p>　　模具的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：</p><p>　?。╝）模具配合剖面圖</p><p><b>　?。╞）凸模主視圖</b></p><p>　?。╟）凸模頂部俯視圖</p><p><b>　　圖3&

37、lt;/b></p><p>　　第七章 模具加熱與冷卻系統(tǒng)設(shè)計與校核</p><p>　　7.1加熱系統(tǒng)設(shè)計與校核：</p><p>　　PP結(jié)晶度高，熔體凝固速率很快，會造成充模困難、制品表面出現(xiàn)皺折等缺陷，因此宜將模溫控制在70；所以僅靠注入高溫塑料來加熱模具是不夠的，還需設(shè)置加熱裝置。此處用電熱棒加熱。</p><p><

38、b>　　相關(guān)計算：</b></p><p>　　（1），電加熱模具所需總功率：</p><p>　　按經(jīng)驗公式有 （7）</p><p>　　式中G------模具質(zhì)量，Kg；</p><p>　　q---------加熱單位質(zhì)量的模具到規(guī)定溫度時所需要的電功

39、率，其大小由查</p><p><b>　　表得</b></p><p>　　設(shè)計模具質(zhì)量為50Kg。</p><p><b>　　所以</b></p><p>　?。?），所需電熱棒的根數(shù)的計算</p><p><b>　?。?）</b></p&

40、gt;<p>　　式中 n---------電熱棒的根數(shù)；</p><p>　　Pe--------電熱棒的額定功率，W。</p><p><b>　　選取Pe=30W，</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　故所需電熱棒根數(shù)為50根。</p&

41、gt;<p>　　7.2冷卻系統(tǒng)設(shè)計與校核：</p><p>　?。?）單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中塑料的質(zhì)量（M0），Kg/min;</p><p>　　M0 （9）</p><p>　　式中：--單位重量的塑件在凝固時所放的熱量，；</p><p&g

42、t;　　--冷卻水的體積流量，；</p><p>　　--冷卻水的密度，；</p><p>　　--冷卻水的比熱容，；</p><p>　　--冷卻水的出口溫度，℃；</p><p>　　--冷卻水的入口溫度，℃。</p><p>　　查表可知：=590；=0.0092；=1000；</p><p&

43、gt;<b>　　=4.2；</b></p><p>　　設(shè)計中設(shè)定=45℃，=25℃。</p><p>　　則M0 Kg/min。</p><p>　　（2）冷卻面積：A= （10）</p><p>　　式中 h-冷卻管道壁與冷卻介質(zhì)之間的

44、傳熱膜系數(shù)，</p><p>　　-模溫與冷卻介質(zhì)之間的平均溫差，。</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　式中：--與冷卻水溫度有關(guān)的物理系數(shù)；</p><p>　　--冷卻水在一定溫度下的密度，；</p><p>　　--冷卻水在圓管中的流速，m/s；</p&

45、gt;<p>　　d—冷卻水管的直徑，m。</p><p>　　查表得，=7.60；=1000； m/s；d=0.015m。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　所以 A=</p><p>　?。?）冷卻管道的孔數(shù)：</p><p><b>

46、;　?。?2）</b></p><p>　　取冷卻管道孔數(shù)為2。</p><p>　?。?）冷卻管道的設(shè)計：</p><p>　　澆口部位是模具上最熱的部位，應(yīng)加強(qiáng)冷卻，一般將冷卻水的入口設(shè)在澆口處，使冷卻水先通過澆口處，如下圖4所示。</p><p>　　圖4 冷卻回路入口結(jié)構(gòu)</p><p>　　模具中

47、選用溝道式冷卻及直接在模具或者模板上鉆孔銑槽，通入冷卻水冷卻。型腔的冷卻回路選用外接直通式，如圖5所示為最簡單的外部連接的直通管道布置。用水管接頭和橡膠管將模內(nèi)管道連接成單路或者多路循環(huán)。該形式的管道加工方便，適合較淺的矩形型腔，其缺點是外接部分容易損壞。</p><p>　　圖5模具上的冷卻回路</p><p>　?。?）型芯冷卻回路設(shè)計：</p><p>　　型

48、芯冷卻回路的開設(shè)可在型芯上直接鉆水道，其結(jié)構(gòu)如下圖6。</p><p>　　圖6 型芯的冷卻回路</p><p>　　第八章 注射壓力、鎖模力和安裝尺寸校核及注射機(jī)的選定</p><p>　　8.1注射壓力的校核</p><p>　　注射機(jī)的額定壓力即為該機(jī)器的最高壓力Pmax=150MPa注射成型時候所需的注射壓力P。即.

49、 （13）</p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　-安全系數(shù)</b></p><p>　　常數(shù)=1～1.3，此處=1.1，。</p><p>　　PP的成型注射壓力為130MPa。</p>

50、<p>　　130×1.1 =143Mpa＜150Mpa,滿足要求。</p><p>　　所以 注射壓力一般塑件的成型注射壓力為130MPa。</p><p>　　從注射壓力可以判斷第四章選擇的兩種注射機(jī)都適合。</p><p><b>　　8.2鎖模力的校核</b></p><p>　　鎖模力

51、的大小主要取決于注射壓力和施壓方向垂直的制品投影面積，三者必須符合下列的關(guān)系才達(dá)到鎖模的目的。</p><p><b>　?。?4）</b></p><p>　　式中 --鎖模力，KN；</p><p>　　--注射壓力，MPa；</p><p>　　--壓力損耗系數(shù)，一般在0.3~0.6之間，取0.4；<

52、;/p><p>　　--安全系數(shù)，一般在1~1.3之間，取1.1；</p><p>　　--于施壓方向垂直的制品投影面積。</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　初步選定的兩臺注射機(jī)的最大鎖模力分別為5000KN，和8000KN，故SZ—40000/800型號的注射機(jī)滿足要求。</p>

53、<p>　　8.3 安裝尺寸與工藝的設(shè)計與校核</p><p>　　(1)開模行程的校核：</p><p>　　校核時只要使注射機(jī)最大開模行程大于模具所需的開模距離，即</p><p>　　≥S （15）</p><p>　　對于單分型面模具，模具所需開模距離為：</p>

54、<p><b>　　（16）</b></p><p>　　式中: H1—塑件脫模需要的頂出距離，為500mm；</p><p>　　H2—塑件高度，為560mm。</p><p>　　開模行程需要滿足：S=500+5680+7=1067mm,</p><p>　　初步選定中的SZ—2500/500注射機(jī)的最大開

55、模行程為850mm<1067mm,所以該型號的注射機(jī)不能滿足要求，而SZ—40000/800型號的注射機(jī)最大開模行程為1200mm>1067mm,所以滿足要求。</p><p><b>　　注射時間的校核：</b></p><p>　　根據(jù)公式 （17）&l

56、t;/p><p>　　式中： Q-注射量，</p><p><b>　　V-注射速度，</b></p><p>　　所以 </p><p>　　(2)保壓壓力及時間的校核：</p><p>　　保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，并與之間的形狀、壁厚有關(guān)。保壓力可稍低于注射

57、壓力，取保壓壓力為50MPa。</p><p>　　PP塑件的保壓時間約取20s。</p><p>　　(3)冷卻時間設(shè)計為30s。</p><p>　　(4)成型周期的估算：</p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p><b>　?。?8）</b><

58、;/p><p>　　及一個方凳的注射成型過程為96.5S。</p><p>　　8.4 注射機(jī)的確定</p><p>　　根據(jù)注射壓力，鎖模力以及開模行程的校核，最終確定選取注射機(jī)的型號為：SZ—4000/800。</p><p>　　第九章 成型工藝條件</p><p>　　根據(jù)前面的設(shè)計可以確定方凳的注射成型工藝條件

59、如下表：</p><p>　　表4 方凳注射的工藝條件</p><p>　　第十章成本及利潤核算</p><p>　　10.1 方凳的成本</p><p><b>　?。?）原料的價格</b></p><p>　　原料的總價格約為6元。</p><p><b>

60、　?。?）能耗的價格</b></p><p>　　機(jī)器的功率為20，如果每天24小時不間斷生產(chǎn)，電價為1.5元,每天消耗電價為：</p><p>　　=20×24×1.5=720元</p><p><b>　　（3）工資</b></p><p>　　按每人1400元一月，一臺機(jī)需3人操作，

61、每天工資為：</p><p>　　=1400×3÷30=140元</p><p><b>　?。?）機(jī)器損耗</b></p><p>　　此機(jī)器的價格為25萬元，假設(shè)可用10年，則每天損耗費(fèi)：</p><p>　　=250000÷10÷365=68.5元</p>&l

62、t;p>　　注射機(jī)每天生產(chǎn)的凳子數(shù)</p><p><b>　　個</b></p><p>　?。?）每個凳子所需的其它成本</p><p>　　（6）塑料方凳的總成本為</p><p>　　Y=6+1.0=7元</p><p><b>　　10.2每天的利潤</b>&

63、lt;/p><p>　　注射機(jī)每天生產(chǎn)895個方凳,每個方凳的價格為12元，則每天的利潤為：</p><p>　　L=（12－7）×895－720－140－68.5=3546.5元</p><p>　　及一天可以獲利3546.5元。</p><p>　　第十一章 課程設(shè)計總結(jié)</p><p>　　塑料方凳的設(shè)計選

64、用的基體樹脂是聚丙烯，并通過加入助劑來使得塑料等達(dá)到預(yù)期的效果，改善聚丙烯的力學(xué)性能，并且可以降低成本，選用注射成型的方式來生產(chǎn)方凳，選用的注射機(jī)型號為SZ—4000/800，并確定在注射時得各個工藝參數(shù)。方凳能承受的載荷條件要達(dá)到784N，并能承受40℃的高溫和—10℃的低溫，設(shè)計洛氏硬度>70，彎曲強(qiáng)度>45MPa，凳子成型收縮率<0.7%，缺口沖擊強(qiáng)度>55 J.m-2，斷裂伸長率100-200%。在設(shè)計的

65、最后進(jìn)行了成本和利潤的估算，可達(dá)到日利潤3546.5元。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1張國強(qiáng).注塑模設(shè)計與生產(chǎn)應(yīng)用. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2005；</p><p>　　2 周達(dá)飛 唐頌超.高分子材料成型加工. 北京：中國輕工業(yè)出版社 2010；</p><p>　　3 羅河