【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)題目名稱塑料樂扣水杯設(shè)計(jì)。北方民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

　　

【正文】 5 通過產(chǎn)品的使用性能以及美觀要求進(jìn)行配方設(shè)計(jì) 增塑劑：為了降低塑料的軟化溫度范圍和提高其加工性，柔韌性和延展性，加入低揮發(fā)性的的物質(zhì)。本設(shè)計(jì)中采用鄰苯二甲酸二辛脂，原因如下： （ 1）與聚丙烯具有很好的相容性，揮發(fā)性低，耐低溫，最終要的是低毒。 （ 2）成本低，本品具有良好的綜合性能，混合性能好，增塑效率高，揮發(fā)性較低，低溫柔軟性較好，耐水抽出，電氣性能高，耐熱性和耐候性良好。 穩(wěn)定劑：凡是在成型加工和使用期間為有助于材料性能保持原始值或接近原始值而在塑料配方中加入的物質(zhì)稱穩(wěn)定劑。本設(shè)計(jì)采用 2,6二特丁基 4甲酚，原因如下： （ 1）抑制產(chǎn)品氧化 和延長(zhǎng)其使用期 （ 2）對(duì)聚合物的穩(wěn)定效果好，相容性好等等 填充劑：改善塑料成型加工性能，提高制品某些性能，賦予塑料新的性能和降低原材料成本。聚丙烯對(duì)紫外線很敏感，加入 氧化鋅硫代丙酸二月桂脂 ，炭黑式類似的乳白填料等可以改善其耐老化性能，本次設(shè)計(jì)加入硫酸鈣（石膏）。 著色劑：本設(shè)計(jì)因?yàn)槭菢房鬯氖至嘣O(shè)計(jì)，除具有好的表面性能以外，還有具有鮮艷的外觀，給人以視覺感美。本次采用有機(jī)多環(huán)化合物特殊光學(xué)色料。 潤(rùn)滑劑：因?yàn)楸局破芬缶哂泄饣谋砻?，美好的外觀尺寸故加入石蠟為潤(rùn)滑劑。 為了提高生產(chǎn)效 率本次設(shè)計(jì)采用粉料進(jìn)行加工成型。 根據(jù)生產(chǎn)制品的數(shù)量，通過準(zhǔn)確的計(jì)量將成型加工所用的原材料聚丙烯、增塑劑、穩(wěn)定劑、填充劑、著色劑和潤(rùn)滑劑。 在制備粉料之前必須對(duì)以上所用的原材料和各助劑進(jìn)行原料的預(yù)處理（包 36 括干燥，雜質(zhì)的去除和預(yù)熱等） 粉料的制備，將聚合物、增塑劑 =穩(wěn)定劑等依次加入混合設(shè)備（密煉機(jī)）中，在制定的溫度下混合，制備粉料。 將制備好的粉料在正確的加工設(shè)備下進(jìn)行加工成型。 成型工藝的確定 根據(jù)塑料制件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度要求、產(chǎn)量，確定成型方法為注射成型。選擇原因如下 ： 根據(jù)塑件 外形尺寸，表面要求。 成型周期短，能一次成型外形尺寸復(fù)雜，精確的制品 對(duì)成型塑件的適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 是一種比較經(jīng)濟(jì)而先進(jìn)的成型技術(shù)，節(jié)省成本。 成型設(shè)備的選擇 手拎帶尺寸圖如下，根據(jù)此圖求出制品的體積 V。 根據(jù)圖求的該制品的塑件體積 cmVs ? 初定型腔數(shù)、生產(chǎn)批量：小批量生產(chǎn)，一模一腔。 根據(jù)下列公式計(jì)算注塑機(jī)的注射量的最小值 mjs VVnVV ??? 式中： V — 一個(gè)成型周期 內(nèi)所需注射塑料的體積（ 3cm ）； n — 型腔數(shù)目； sV — 單個(gè)塑件的體積（ 3cm ）； 37 jV — 澆注系統(tǒng)凝料和飛邊所占塑料的體積（ 3cm ）； mV — 注塑機(jī)的額定注射量（ 3cm ）； cmVs ? 1?n 332 cmmmV j ?????????? ? mVcmV 0 2 1 5 8 6 3 ????? cmVm ? 根據(jù)求得的 mV 初選注射機(jī)，以下為注射機(jī)的基本參數(shù)： 注塑機(jī)的型號(hào)為： PD60– A1 注塑機(jī)的技術(shù)參數(shù) ： 射膠裝置：螺桿直徑 mm20 螺桿長(zhǎng)徑比 18 射膠重量 射膠容量 射膠壓力 33630 cmkg 射膠行程 mm130 最高射出率 sec40 3cm 螺桿轉(zhuǎn)速 mpr ..2150? 38 電熱功率 KW5 鎖模裝置：拉桿內(nèi)距 mm301320? 鎖模力 ton60 容模厚度 mm320200? 開模行程 mm265 頂針行程 mm60 頂針頂出力 其他： 油系統(tǒng)最高壓力 2150 cmkg 電動(dòng)馬達(dá)功率 重量 外形尺寸長(zhǎng)寬高 ?? 油箱容積 L130 39 圖 222 注塑機(jī)機(jī)頭圖 工藝確定 注射容量 3702 cmV ? cmV m ??? 滿足 VVm ? ，該注塑機(jī)的注射容量能滿足制品成型的需要。 鎖模壓力 APF? F — 額定鎖模力 A — 塑件和澆注系統(tǒng)在垂直于合模方向平面上的投影面積 P — 模具型腔及流道內(nèi)塑料熔體平均壓力 40 PaM P aP 6104040 ??? NAP 29 78 66 ????? ? NF 5 88 0 3 ???? 滿足 APF? ，該注塑機(jī)的鎖模壓力能滿足制品成型的需要。 注塑壓力 注塑機(jī)的最大注塑壓力為： 5 2 6 1 2 6 3 0 ??? 制品成型所需的壓力為（ 40～ 130MPa ）： N9462051013 78 66 ???? ? 滿足注塑機(jī)的最大注塑壓力 ? 制品成型所需的壓力，該注塑機(jī)的注塑壓力能滿足制品成型的需要。 噴嘴球面半徑 設(shè)計(jì)的該模具主流道始端的球面半徑為： SR12 注塑機(jī)噴嘴頭的球面半徑為： SR10 滿足注塑機(jī)噴嘴頭的球面半徑 ? 模具主流道始端的球面半徑，該注塑機(jī)滿足要求。 噴嘴孔直徑 設(shè)計(jì)的該模具主流道的直徑為： mm4 注塑機(jī)的噴嘴孔直徑為： mm3 滿足注塑機(jī)噴嘴孔的直徑 ? 模具主流道的直徑，該注塑機(jī)滿足要求。 澆口套定位圈尺寸 注塑機(jī)固定模板上定位孔與模具定模板上凸出的與主流道通信的定位圈取 41 較大的間隙配合。 設(shè)計(jì)的澆口套定位圈直徑為 mm100 注塑機(jī)定位孔的直徑為 mm100 注射工藝過程中的工藝參數(shù) 注射模塑工藝工程包括：成型前的準(zhǔn)備，注射過程，制件的后處理等。先分析如下： 成型前的準(zhǔn)備 注射前檢查注射機(jī)是否能正常工作，還有原料是否能滿足注射的條件等。 加工前將設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，以提高成型過程的熱傳遞，加工時(shí)間，物料的塑化受熱均勻程度。 在注射機(jī)料斗中加入成型注射時(shí)所需的足夠物料，以免發(fā)生物料的短缺 成型原料是否預(yù)處理（干燥，雜質(zhì)的去除），料筒是否清洗等。 注射成型過程中的條件分析控制 溫度：注塑過程中的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度等。前兩種是影響塑料的塑化和流動(dòng)，后者則影響塑料的流動(dòng)和冷卻。 （ 1）料筒溫度的確定 熔料溫度是很重要的，所用的射料缸溫度只是指導(dǎo)性的。熔膠溫度可在射嘴處量度或使用空氣噴射法來量度。射料缸的溫度設(shè)定取決于熔膠溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、背壓、射料量和注塑周期。如果沒有加工某一特定級(jí)別塑料的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)從最低的設(shè)定開始。為了便于控制，射料缸分了區(qū)，但不是所有都設(shè)定為相同溫度。如果運(yùn)作時(shí)間長(zhǎng)或在高溫下操作，應(yīng)將第一區(qū)的溫度設(shè)定為較低的數(shù) 值，這將防止塑 42 料過早熔化和分流。注塑開始前，確保液壓油、料斗封閉器、模具和射料缸都處于正確溫度下。料筒溫度一般自后至前逐步升高，以便均勻塑化。 本設(shè)計(jì)中根據(jù)原材料聚丙烯的性能要求，選擇料筒溫度 T=210280 (2)噴嘴溫度 噴嘴溫度通常略低于料筒溫度最高溫度，這是為了防止熔料在直通式噴嘴可能發(fā)現(xiàn)“流延現(xiàn)象”。噴嘴低溫的影響可以從塑料注射時(shí)所產(chǎn)生的摩擦熱得到一定的補(bǔ)償。但噴嘴溫度也不能過低，否則將造成熔料的早凝將噴嘴堵死，或由于早凝料注入模腔影響制品的性能。 本設(shè)計(jì)中很據(jù)成型中的料筒溫度及制品要求，故選擇 噴嘴溫度可比料筒溫度低 1030℃。 （ 3）模具溫度 有些塑膠料由于結(jié)晶化溫度高，結(jié)晶速度慢，需要較高模溫，有些由于控制尺寸和變形，或者脫模的需要，要較高的溫度或較低溫度，如 PC 一般要求 60℃以上，而 PPS 為了達(dá)到較好的外觀和改善流動(dòng)性，模溫有時(shí)需要 160℃以上，因而模具溫度對(duì)改善產(chǎn)品的外觀、變形、尺寸、膠模等方面有不可低估的作用。在模具設(shè)計(jì)及成型工程的條件設(shè)定上，重要的是不僅要維持適合的溫度，還要能讓其均勻分布。不均勻的模溫分布，會(huì)導(dǎo)致不均一的收縮和內(nèi)應(yīng)力，因而使成型品易產(chǎn)生變形和翹曲。模溫的高低會(huì)影 響塑料在模腔內(nèi)硬化的速度，太低會(huì)使充填較困難以及未適當(dāng)?shù)氖湛s（或再結(jié)晶）即硬化，使得成型品有較多的充填和熱應(yīng)力的殘留；太高則出現(xiàn)毛邊及需要較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間。模具溫度對(duì)塑件內(nèi)在性能和 43 表現(xiàn)質(zhì)量影響很大，對(duì)于表面要求較高的膠件，模溫要求較高。 根據(jù)制品及熔體塑料的溫度，確定模具溫度 T=，又有利于大分子的松弛，減少分子的定向作用，并可降低內(nèi)應(yīng)力。如模溫過低，冷卻速度太快，澆口過早凝料，不僅結(jié)晶度低，密度小，而且制品內(nèi)應(yīng)力較大，甚至引起充模不滿和制品缺料。 注塑壓力：注塑壓力是由注塑系統(tǒng)的 液壓系統(tǒng)提供的。液壓缸的壓力通過注塑機(jī)螺桿傳遞到塑料熔體上，塑料熔體在壓力的推動(dòng)下，經(jīng)注塑機(jī)的噴嘴進(jìn)入模具的豎流道（對(duì)于部分模具來說也是主流道）、主流道、分流道，并經(jīng)澆口進(jìn)入模具型腔，這個(gè)過程即為注塑過程，或者稱之為填充過程。壓力的存在是為了克服熔體流動(dòng)過程中的阻力，或者反過來說，流動(dòng)過程中存在的阻力需要注塑機(jī)的壓力來抵消，以保證填充過程順利進(jìn)行。 在注塑過程中，注塑機(jī)噴嘴處的壓力最高，以克服熔體全程中的流動(dòng)阻力。其后，壓力沿著流動(dòng)長(zhǎng)度往熔體最前端波前處逐步降低，如果模腔內(nèi)部排氣良好，則熔體前端最后的壓力就 是大氣壓。 影響熔體填充壓力的因素很多，概括起來有 3類：（ 1）材料因素，如塑料的類型、粘度等；（ 2）結(jié)構(gòu)性因素，如澆注系統(tǒng)的類型、數(shù)目和位置，模具的型腔形狀以及制品的厚度等；（ 3）成型的工藝要素 。 注塑時(shí)間 這里所說的注塑時(shí)間是指塑料熔體充滿型腔所需要的時(shí)間，不包括模具開、合等輔助時(shí)間。盡管注塑時(shí)間很短，對(duì)于成型周期的影響也很小，但是注塑時(shí)間的調(diào)整對(duì)于澆口、流道和型腔的壓力控制有著很大作用。合理的注塑時(shí)間有助于熔體理想填充，而且對(duì)于提高制品的表面質(zhì)量以及減小尺寸公差有 44 著非常重要的意義。 注塑時(shí)間要遠(yuǎn) 遠(yuǎn)低于冷卻時(shí)間，大約為冷卻時(shí)間的 1/10～ 1/15，這個(gè)規(guī)律可以作為預(yù)測(cè)塑件全部成型時(shí)間的依據(jù)。在作模流分析時(shí)，只有當(dāng)熔體完全是由螺桿旋轉(zhuǎn)推動(dòng)注滿型腔的情況下，分析結(jié)果中的注塑時(shí)間才等于工藝條件中設(shè)定的注塑時(shí)間。如果在型腔充滿前發(fā)生螺桿的保壓切換，那么分析結(jié)果將大于工藝條件的設(shè)定 。 保壓壓力與時(shí)間 在注塑過程將近結(jié)束時(shí)，螺桿停止旋轉(zhuǎn)，只是向前推進(jìn)，此時(shí)注塑進(jìn)入保壓階段。保壓過程中注塑機(jī)的噴嘴不斷向型腔補(bǔ)料，以填充由于制件收縮而空出的容積。如果型腔充滿后不進(jìn)行保壓，制件大約會(huì)收縮 25%左右，特別是筋處由于 收縮過大而形成收縮痕跡。保壓壓力一般為充填最大壓力的 85%左右，當(dāng)然要根據(jù)實(shí)際情況來確定 。 工藝過程與操作說明 加工注射前的的設(shè)備和原料的準(zhǔn)備 注射前檢查注射機(jī)是否能正常工作，還有原料是否能滿足注射的條件等。 加工前將設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，以提高成型過程的熱傳遞，加工時(shí)間，物料的塑化受熱均勻程度。 在注射機(jī)料斗中加入成型注射時(shí)所需的足夠物料，以免發(fā)生物料的短缺。 成型注射工藝過程 完整的注射過程包括：加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模。但是實(shí)質(zhì)上只是塑化和冷卻兩個(gè)過程。 完整的注射過程以及注射前后制品的成型圖如下 ： 45 注射成型工藝過程及材料的循環(huán)利用 注射過程中的對(duì)簡(jiǎn)單流程的要求與設(shè)計(jì) 塑化 塑化 是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)并具有良好的可塑性的全過程。對(duì)注射成型過程中對(duì)塑化的要求如下： 在進(jìn)入模腔之前應(yīng)達(dá)到規(guī)定的成型溫度能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)提供足夠數(shù)量的 46 熔融塑料 。 除此，熔料各點(diǎn)的溫度應(yīng)均勻一致，不發(fā)生或極少發(fā)生分解以保證生產(chǎn)的連續(xù)性。 保壓 保壓階段的作用是持續(xù)施加壓力，壓實(shí)熔體，增加塑料密度（增密），以補(bǔ)償塑料的收縮行為。在保壓過程中 ，由于模腔中已經(jīng)填滿塑料，背壓較高。在保壓壓實(shí)過程中，注塑機(jī)螺桿僅能慢慢地向前作微小移動(dòng)，塑料的流動(dòng)速度也較為緩慢，這時(shí)的流動(dòng)稱作保壓流動(dòng)。由于在保壓階段，塑料受模壁冷卻固化加快，熔體粘度增加也很快，因此模具型腔內(nèi)的阻力很大。在保壓的后期，材料密度持續(xù)增大，塑件也逐漸成型，保壓階段要一直持續(xù)到澆口固化封口為止，此時(shí)保壓階段的模腔壓力達(dá)到最高值。 在保壓階段，由于壓力相當(dāng)高，塑料呈現(xiàn)部分可壓縮特性。在壓力較高區(qū)域，塑料較為密實(shí)，密度較高；在壓力較低區(qū)域，塑料較為疏松，密度較低，因此造成密度分布隨位置及時(shí)間發(fā) 生變化。保壓過程中塑料流速極低，流動(dòng)不再起主導(dǎo)作用；壓力為影響保壓過程的主要因素。保壓過程中塑料已經(jīng)充滿模腔，此時(shí)逐漸固化的熔體作為傳遞壓力的介質(zhì)。模腔中的壓力借助塑料傳遞至模壁表面，有撐開模具的趨勢(shì)，因此需要適當(dāng)?shù)逆i模力進(jìn)行鎖模。漲模力在正常情形下會(huì)微微將模具撐開，對(duì)于模具的排氣具有幫助作用；但若漲模力過大，易造成成型品毛邊、溢料，甚至撐開模具。因此在選擇注塑機(jī)時(shí)，應(yīng)選擇具有足夠大鎖