【文章內(nèi)容簡介】 塑料品種。 高分子材料是由大量低分子化合物聚合而成。它包括工程材料、橡膠、纖維和粘結(jié)劑。 按熱 性能不同，工程塑料可分為： 1) 熱塑性塑料 特點是加熱時軟化，可塑造成型，冷卻后變硬。此過程可重復(fù)進(jìn)行。 2) 熱固性塑料 特點是初加熱時軟化，可塑造成型，但固化之后再加熱將不再軟化，也不溶于溶劑。 塑料的組成 塑料是由樹脂、填加劑組成，在一定條件下可塑成形，并在常溫下保持形狀不變的材料。 塑料是以 聚合物合成樹脂為主要原料（約占材料總質(zhì)量的 40％～ 100％），再 添加 一定數(shù)量 的 增塑劑、填充劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、發(fā)泡劑等各種輔助材料而 臨沂 大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 構(gòu)成。加入輔助材料將改善塑料的使用性能和加工性能，同時節(jié)約生產(chǎn)成本 。 在 加工過程中能夠形成流動的成型材料。塑料經(jīng)過成型加工，可以制成具有特定形狀又具 有一定使用價值的塑料制品。 塑料是指以高分子合成樹脂為主要成分，在一定的溫度和壓力下具有可塑性和流動性，可被塑制成一定形狀，且在一定條件下保持形狀不變的材料。 塑料的發(fā)展 隨著 社會科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對制造業(yè)所使用的材料提出了越來越高的要求由于塑料具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、絕緣性能好以及良好的可塑性，并易于成型等特點，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并逐漸取代木材，并部分取代金屬等傳統(tǒng)材料，成為各個領(lǐng)域里經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)件材料。 塑料制品工業(yè)發(fā)展歷史短，但發(fā)展速度驚人， 2021 年全世界的塑料年產(chǎn)量已為 億噸?，F(xiàn)在塑料已成為在鋼材、木材、水泥之后的第四大工業(yè)基礎(chǔ)材料。 21 世紀(jì)將成為塑料制品工業(yè)迅猛發(fā)展的時代。 塑料的性能 塑料具有優(yōu)良的成形和加工性能，在加熱和加壓下，利用不同的成形方法幾乎可將塑料制成任何形狀的制品。 塑料的品種很多，不同品種的塑料具有不同的特性。盡管塑料品種較多，功能差別大，然而，塑料材料與其他材料相比仍具有共同的特性，主要表現(xiàn)為以下幾個方面 ： 1) 質(zhì)輕 塑料一般都比較輕，各種泡沫塑料的相對密度在 之間，普通塑料的相對密度在 之間。在要求減輕自重的用途中，塑料材料有著特殊中要的意義。 2) 優(yōu)異的電絕緣性能 在電性能方面，塑料包含著極其寬廣的指標(biāo)范圍。塑料的介電常數(shù)常常小到 2左右，體積電阻率高達(dá) 1016 1020 ? cm，介電損耗低到 104? 。總之，大多數(shù)塑料具有良好的電絕緣性，一些塑料在高頻、高壓條件下也能作為電 氣絕緣材料和電容器介質(zhì)材料。 3） 耐化學(xué)腐蝕性好 塑料的特點之一是耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)于金屬和木材，他們一般有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，對酸、堿、鹽溶液、蒸汽、水、有機(jī)溶劑等具有不同程度的穩(wěn)定性。因此，塑料 臨沂 大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 廣泛的用作防腐材料。其中，聚四氟乙烯耐腐蝕性最好，被稱為“塑料王”，能耐“王水”等極強(qiáng)的腐蝕性介質(zhì)的腐蝕。 4） 減震、消音作用強(qiáng) 許多塑料由于柔軟而富于黏彈性，當(dāng)它受到外界的機(jī)械沖擊震動或頻繁的機(jī)振、聲振等機(jī)械波作用時，塑料內(nèi)部產(chǎn)生黏彈內(nèi)耗，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏l(fā)。如泡沫塑料可用做隔音材料和減振材料。 5） 隔熱性能 好 塑料的導(dǎo)熱率極小，比金屬小上百倍甚至上千倍，是熱的不良導(dǎo)體或絕熱體，因而常被用作絕熱保溫材料。泡沫塑料的熱導(dǎo)率與靜止的空氣相當(dāng)。因此，聚苯乙烯、聚氨酯等許多泡沫塑料廣泛應(yīng)用于冷藏、建筑、節(jié)能裝置和其他絕熱工程。 6） 力學(xué)強(qiáng)度范圍寬 塑料的力學(xué)強(qiáng)度范圍廣，從柔順到堅韌甚至帶剛、脆都有。大多數(shù)塑料模塑制品的剛度與木材相近。塑料的比強(qiáng)度接近或超過傳統(tǒng)的金屬材料的比強(qiáng)度。因此，普通塑料特別適用于受力不大的結(jié)構(gòu)件。 7） 耐磨性能好 大多數(shù)塑料摩擦系數(shù)很小，有些塑料還具有優(yōu)良的減磨、耐磨和自潤滑性。許多工程塑料制品 的摩擦零件可以在各種條件下有效的工作。有些塑料的耐磨性為許多金屬材料所不及。如，各種氟以及用氟塑料增強(qiáng)的聚甲醛、級酰胺塑料就是良好的耐磨材料。 8） 透光性極其防護(hù)性能良好 許多塑料制品可以做成透明或半透明材料。像聚苯乙烯和丙烯酸類塑料和玻璃一樣透明，常被用作玻璃的替代品。大量用于既保暖又透光的農(nóng)用薄膜利用的就的聚丙烯、聚乙烯等材料。 不同材料的性能大不相同。在強(qiáng)度方面，以金屬材料最好，特種陶瓷和纖維增強(qiáng)工程塑料次之；在比強(qiáng)度方面，以金屬鋁和增強(qiáng)工程塑料最好；在沖擊強(qiáng)度方面，以金屬、塑料為好；在耐熱方面，以陶 瓷、金屬和玻璃最好，塑料次之，木材最差；在密度方面，以塑料和木材最小，木材中以泡桐最輕，塑料中以泡沫塑料最輕；在線脹系數(shù)方面，以塑料最大，陶瓷最??；在導(dǎo)熱性方面，以塑料、木材最小，玻璃、陶瓷次之，金屬最好。 塑料除了能制成色彩鮮艷、令人喜愛的日用品外，還有許多用途。由于塑料具有 臨沂 大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 許多獨特的性能，如質(zhì)輕、耐腐蝕、絕緣和良好的多種防護(hù)特性等，因而被廣泛地應(yīng)用于機(jī)電、化工、建筑、交通運輸、能源、輕紡、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)、國防和科研的各個領(lǐng)域。它不僅可以代替貴重金屬、木材、皮革、纖維等材料，并能提高制品質(zhì)量，簡化加 工工序，降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，而且可以解決工程上不少關(guān)鍵問題。 3 塑件成型工藝分析 塑件結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)圖 該塑件為 電動剃須刀 外殼， 電動剃須刀 外殼具有一定的深度，表面光滑，在模具設(shè)計和制造上要有良好的加工工藝，確保成型零件具有一定的光潔度； PE 塑料表面粗糙度取值范圍為 ～ 。根據(jù)塑件的使用功能，在本設(shè)計中表面粗糙度采用。 電動剃須刀 外殼內(nèi)部凹下的膠位是為了插入時能配合緊密，所以必須具備一定的制造精 度；材料為 PE 時，選取一般精度等級為 MT5 塑件工藝分析 塑件的分析 (1)外形尺寸：該塑件壁厚為 ，塑件外形尺寸不大，塑料熔體流程不太長，適合于注塑成型。 臨沂 大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 (2)精度等級：該設(shè)計每個尺寸的公差不一樣，有的屬于一般精度，有的屬于高精度，就按實際公差進(jìn)行計算。按照塑件材料的要求，高級精度公差等級為 MT2，一般精度公差等級為 MT3，未注公差尺寸為 MT5。塑件表面的粗糙度為 ～ m? (3)脫模斜度： PE 屬無定型塑料，塑件成型收縮率較小。根據(jù)進(jìn)口端蓋的結(jié)構(gòu)特點，在不影響其外觀的情況下，查脫模斜度表，選塑件脫模斜度為 39。45 以便脫模。 PE 的性能分析 聚乙烯樹脂無毒、無味、呈白色或乳白色，柔軟、半透明的大理石狀粒料，為結(jié)晶型塑料。密度為 ~，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，但和其他塑料相比機(jī)械強(qiáng)度低，表面硬度差。 聚乙烯的絕緣性能優(yōu)異，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，且介電性能與溫度、濕度無關(guān)，是最理想的高頻絕緣材料。 注塑成型過程及工藝參數(shù) 注塑成型過程 （ 1）成型前準(zhǔn)備：對 PE 的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗，由于 PE 吸水性較大，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥。 （ 2）注射過程：塑件在注射機(jī)料筒經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動的狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具行腔成型，其過程包括加料、塑化、充模、保壓、倒流、冷卻和脫模等幾個階段。 （ 3）塑件的后處理：處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為 60～ 75℃，處理時間為 16～20s。 注射成型工藝 分析 聚乙烯的成型收縮率范圍及收縮值大，易產(chǎn)生縮孔；在流動方向與垂直方向上的收縮差異較大，方向性明顯，易產(chǎn)生變形、翹曲，并使塑件澆口周圍部位的脆性增加；應(yīng)控制模溫，保持冷卻均勻、穩(wěn)定；冷卻速度慢，必須充分冷卻，模具要設(shè)有冷卻系統(tǒng)；流動性好且對壓力變化敏感，宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度應(yīng)快，保壓充分。質(zhì)軟脫模，塑件有淺的側(cè)凹槽時可強(qiáng)行脫模。 設(shè)計模具注意事項：成型壓力較高，塑件上的脫模斜度稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時因注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力。 臨沂 大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 4 確定 注 射機(jī) 的型號和規(guī)格 注射模具必須安裝在與其相適應(yīng)的注射機(jī)上才能進(jìn)行生產(chǎn)，因而在設(shè)計模具時，必須熟悉所選用注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范，如注射機(jī)的最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、開模最大行程、安裝模板的螺孔（或 T形槽）位置和尺寸、定位孔尺寸、噴嘴球面半徑等等。以便設(shè)計的模具與所選的注射機(jī)相適應(yīng)。 注射成型機(jī)合模部分的基本參數(shù)包括模板尺寸、模板間最大開距、動模板的行程、模具最大厚度和最小厚度等。這些參數(shù)規(guī)定了注射機(jī)所安裝模具的尺寸范圍。 塑件體積和質(zhì)量的計算 （ 1）計算塑件 的體積和質(zhì)量是為了選用注射機(jī)及確定型腔數(shù)。使用 Pro/E 軟件畫出塑件的三維圖 ,利用軟件分析功能自動計算所畫零件的體積。 零件塑件的體積 1V = （ 2）查設(shè)參考文獻(xiàn) [2]，塑料 PE 的密度為 ρ =所以，塑件的重量為： M=1V ρ= cm3 g/ cm3= （ 3）塑件在分型面上的投影面積為： 23450 mmA ?塑 所需注射量的計算 塑件體積及質(zhì)量計算 本塑件用 Pro/E 軟件進(jìn)行造型，運用軟件自帶的計算功能，計算得塑件的體積及質(zhì)量如下： 塑件體積： 1V = 塑件質(zhì)量： ??1m 1V ＝ ?? 澆注系統(tǒng)凝料體積計算 澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計之前是不能確定 準(zhǔn)確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的 ～ 1 倍來估算。由于本次采用流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的 ，該模具采用一模兩腔，所以： 澆注系統(tǒng)凝料體積： 2V ＝ 21V ? ＝ 2? ? ? 3cm 澆注系統(tǒng)凝料質(zhì)量： M2＝ ? 2V =? = 一次注射體積及質(zhì)量計算 由以上計算，可得該模具一次注射需要 PE 的體積和質(zhì)量為： 總體積： 0V ＝ 21V ＋ 2V ＝ 2? ＋ ? 24 3cm 總質(zhì)量： 0m ＝ ? 0V ＝ ? 24? 臨沂 大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 初選注射機(jī) 查 參考文獻(xiàn) [1]表 選用大于 g 的螺桿注射機(jī)：初步選定 XSZY125 型。XSZY125（臥式）型注塑機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格如下表： 表 21 注塑機(jī)的主要參數(shù) 5 型腔和分型面的確定 型腔數(shù)目的確定和校核 為了使模具與注塑機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，并保證塑件精度，模具設(shè)計時應(yīng)確定型腔數(shù)目。小批量生產(chǎn)，采用單型腔模具；大批量生產(chǎn)，宜采用多型腔模具。但如果塑件尺寸較大時，型腔數(shù)將受所選用注塑機(jī)允許最大成型面積和注塑量的限制。 型腔排位原則 ： ① 型腔排位應(yīng)有利于各腔同時、均勻進(jìn)膠。 ② 多腔模各型腔排位緊湊，有利于縮短流道長度。 ③ 多腔模各型腔間距不小于 25mm。 由于此次設(shè)計的接線座要求是大批量生產(chǎn)，所以應(yīng)該采用多型腔模具以提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。 在多型腔模具的實際設(shè)計中，一種方法是首先確定注射機(jī)的型號，再根據(jù)注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)和塑件的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，計算出要球選取型腔的數(shù)目；另一種方法是先根據(jù)生產(chǎn)效率的要求和之間的精度要求確定型腔數(shù)目，然后再選擇注射機(jī)或?qū)ΜF(xiàn)有的注射機(jī)進(jìn)行校核。一般可以按下面幾點對型腔的數(shù)目進(jìn)行確定。 （ 1）按注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)目 : 理論注射容積 (cm179。） 125 螺桿直徑 (mm) 42 注射壓力 (MPa) 120 注射行程 (mm) 170 注射方式 螺桿 式 鎖模力 (kN) 900 最大成型面積（ cm2） 320 最大開合模行程 (mm) 180 模具最大厚度 (mm) 300 模具最小厚度 (mm) 200 噴嘴圓弧半徑 (mm) 12 噴嘴孔直徑（ mm） 4 動定模固定板尺寸 (mm) 428*458 拉桿空間 (mm) 260*290 臨沂 大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 m mKmn p 1?? 式中 K —— 注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取 ； ?m —— 注射機(jī)最大注射量， g； 1m —— 澆注系統(tǒng)凝料量， g； m —— 單個塑件的質(zhì)量， g。 （ 2）按注射機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù)目 : pApAFn p 1?? 式中 PF —— 注射機(jī)的額定鎖模力， N； P —— 塑料熔體在型腔中的成型壓力， aMP ； 1A —— 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影與型腔不重疊部分的面積， 2mm ； A —— 單個塑件在分型面上的投影面積。 （ 3）按塑件的精度要求確定型腔的數(shù)目 綜合考慮澆注系統(tǒng)，該塑件精度要求不是很高，又是大批量生產(chǎn)，本塑件結(jié)構(gòu)規(guī)則。因此，為能提高塑料成型的生產(chǎn)率， 降低制件的成本，選用多型腔模具，即一模二腔的模具結(jié)構(gòu)。 校核：由于模具選擇的型腔數(shù)目為一模二腔，因此應(yīng)根據(jù)選擇的注射機(jī)進(jìn)行校核，這里采用根據(jù)注射量校核，查考文獻(xiàn) [2]得： 由公式： 1 m