1高高分分子子材材料料成成型型加加工工设设计计说说明明书书2011 2012 学年第二学期塑料雨伞手柄注射成型设计塑料雨伞手柄注射成型设计起止日期： 2012 年 6 月 2 日 至 2012 年 6 月 9 日学学 院院:包装与材料工程学院包装与材料工程学院姓姓 名名: 周生明周生明班班 级级:高分子材料与工程高分子材料与工程 091学学 号号: 设计题目：设计题目： 注射成型雨伞手柄注射成型雨伞手柄课程名称：课程名称： 高分子材料成型工艺高分子材料成型工艺指导老师指导老师(签字签字): 3内 容 及 任 务一、设计的主要技术参数1. 材料：PP 2.需要达到的性能指如下表：性 能数 值性 能数 值密度（g.cm-3）1.0拉伸弹性模量(GPa)1.5吸水率()0.03断裂伸长率()100200摩擦系数15洛氏硬度70MFR(g/10min)816收缩率45（缺口）冲击韧度(J/m2)1003.成型方法：注射成型2、设计任务 1、明确设计任务，收集有关资料： （1）了解设计的任务、内容、要求和步骤，制定设计工作进度计划 （2）查阅、收集有关的设计参考资料 （3）了解设计零件的用途、结构、性能 （4）查阅有关的设备资料 2、根据制品的使用目的和用途，确定制品功能特点、载荷条件、环境条件、 成本限制、适用标准等，制定生产批量，根据生产批量分析产品成本，阐明采 用注射生产可取得的经济效益。3、根据目标人群的身体特点，设计产品尺寸、形状。用 Auto CAD 做出示意 图及效果图，注意尺寸标注方法。 4、选材及配方设计：自选材料，通过配方使材料在韧性、缺口冲击强度、断 裂伸长率、制品表面质量及收缩率等方面均符合要求。同时确保体系的流动性。5、根据设计的材料配方，选择合适的设备并制定合理的工艺。 （1）注射量计算：估算塑料的用量，及保证足够的塑料用量为原则。初步选 择注射机的规格型号， （2）浇注系统设计计算：包括浇道布置、主流道和分流道断面尺寸计算、浇 注系统压力降计算和型腔压力校核。 （3）成型零件工作尺寸计算：主要有凹模和型芯径向尺寸、高度尺寸。为计 算方便，凡孔类尺寸均用其最小尺寸作为公称尺寸，凡轴类尺寸均用最大尺寸 作为公称尺寸；进行工作尺寸计算时应考虑塑料的收缩率和模具寿命等因素。 （4）模具冷却与加热系统计算：冷却系统计算包括冷却时间和冷却参数计算。 冷却参数包括冷却面积、冷却水孔长度和孔数的计算及冷却水流动状态的校核4和冷却水入口与出口处温差的校核。模具加热工艺计算主要是加热功率计算。 （5）注射压力、锁模力和安装尺寸校核：模具初步设计完成后，还需校核所 选择的注射机注射压力和锁模力能否满足塑料成型要求，校核模具外形尺寸可 否方便安装，行程是否满足模塑成型及取件要求。 6、确定所选注射机型号、工艺参数、型腔的尺寸与形状。画出型腔的示意图 及模具结构简图。说明模具工作过程，特别注意脱模和顶出过程的实现。 三、设计工作量 按教学计划规定，课程设计总学时数为 1 周。起止日期工作内容6.26.3初步查询资料，确定制品性能要求6.46.5确定制品基本参数，绘制产品示意图与效果图6.6设计配方，确定注射成型工艺6.7查询相关书籍，确定各种成型参数进 度 安 排6.86.9用 CAD 绘制型腔的示意图及模具结构简图；复查整个设计过程，作出相应修改5主 要 参 考 资 料11 申开智塑料成型模具北京：中国轻工业出版社，2006. 22 陈志刚塑料模具设计北京：机械工业出版社，2002. 33 吉卫喜主编机械制造技术北京：机械工业出版社，2001. 44 王伯平主编互换性与测量技术基础北京：机械工业出版社，2004. 55 丁闻实用塑料成型模具设计手册注射模、压缩模和压注模. 西安：西安交通大学出版壮出版，1993. 66 张可惠.塑料材料学.西安：西北工业大学出版社，2009. 77 郭晓俊Pro/ENGINEER Wildfire30 中文版模具设计基本技术与案 例 实践北京：清华大学出版社，2007. 88 王孝培塑料成型工艺及模具简明手册北京：机械工业出版社，2000. 99 邱会朋Pro/ENGINEER Wildfire30 中文版注塑零件和注塑模具： 设计分析工程图北京：电子工业出版社，2007. 1010 黄鹤汀机械制造装备北京：机械工业出版社，2001. 1111 李德群，唐志玉塑料与橡胶模具设计北京：电子工业出版 社，2007. 12 钱志峰，刘苏工程图学基础教程北京：科学出版社，2003. 13 王旭，王积森机械设计课程设计北京：机械工业出版社， 2003.指导教师 （签字）： 年 月 日系（教研室）主任（ 签字）： 年 月 日 第一章第一章 :制品分析与选材配方制品分析与选材配方1.1 制品设计分析注射成型制品为一般雨伞的手柄塑料件，位于雨伞末端，主要起方便握伞的作用。适用地区为：下雨程度中等及以下的华北、华中等地区；伞的使用寿命为二至三年；并要考虑部分适用者可能将伞当做遮阳伞适用；伞柄的外观美观且手感舒适。华北、华中等地区降雨量中等，基本无台风、特大暴雨，因此对伞柄的力学性能6要求不是很高：有适度的强度、韧性、硬度即可。该地区的温度波动范围为 10到40，湿度 10 到 30，且雨伞的使用环境多为户外、雨天，因此伞柄材料应有较好的耐候性能、良好的防水性、并在波动温度范围内保持力学性能的特点。此外，考虑到某些使用者将伞用作遮阳，伞柄还需有中等的防老化性能，以免降低伞的使用寿命。对伞柄有一定的外观要求，需要其手感舒适、易于装饰。1.2 选材及配方1.2.1 制品性能要求表 1-1 制品性能指标性 能数 值性 能数 值密度（g.cm-3）1.0拉伸弹性模量(GPa)1.5吸水率()0.03断裂伸长率()100200摩擦系数15洛氏硬度70MFR(g/10min)816收缩率45（缺口）冲击韧度(J/m2)100从伞柄的使用性能指数来看，综合力学性能要求中等可考虑选用常用易得且经济适用的材料。1.2.2 各种材料比较及选择PVC 树脂：最突出的缺点是热稳性差，低温变脆，对光和机械作用比较敏感。其在热、光、机械作用下，容易分解脱出氯化氢，对设备有腐蚀作用，此外，PVC 的熔体黏度高，使加工困难且难以控制温度。其突出特点是综合力学性能较好，价格便宜，使用广泛。PE 树脂：常用的有一般 PE、HDPE 等类型，总的说其力学强度不高。其突出的缺点是结晶度高，收缩率大，不利于加工成型精确高的制品，且影响制品性能，容易应力开裂。其突出的优点是耐腐蚀性好。PP 树脂：常用的有 PP、BOPP 等类型。相比 PE 树脂，PP 的结晶度大大降低，有优异的抗弯曲疲劳性，加工性能良好，耐高温蒸煮,良好的耐化学性。突出的缺点是：易氧化降解，常需添加抗氧剂以增强其耐热氧老化性能。ABS 树脂：使用广泛的工程塑料，有很好的综合力学性能，加工性能十分优异，且可电镀、易得到表面美观的产品。但含有部分碳碳双键，耐候性较差，从而影响力学性能。因为是工程塑料，相对以上塑料价格贵些。7以上树脂，可通过添加适量的助剂来改善性能。在市场中，常见的伞柄树脂材料有 PP、ABS、EVA 等。考虑到树脂本身的成本和制品的性能要求，同时考虑到添加助剂对原料成本和加工成型成本的影响，选择 PP 为本次设计的树脂原材料。PP 树脂的性能基本可满足制品性能要求，只需在耐热氧老化性能、收缩率等性能方面改进则可达到制品性能要求。1.2.3 聚丙烯（PP）性能指标表 1-2 PP 材料性能性 能数 值性 能数 值密度（g.cm-3）0.900.91拉伸弹性模量(GPa)1.11.6吸水率()0.030.04断裂伸长率()200摩擦系数19洛氏硬度95105抗拉强度(MPa)3540收缩率1.03.0抗弯强度(MPa)4256（缺口）冲击韧度(J/m2)10100比较表 1、表 2，聚丙烯的力学性能基本达标，但存在以下缺陷：收缩率过大、韧性不够，此外抗热氧老化性能差。可通过配方设计加以改善。 1.2.4 配方设计表 1-3 制品配方序号物料名称用量功能特点 1PP100树脂基材综合力学性能基本满足制品要求，收 缩率和韧性还不达标，抗热氧老化性 能差； 2碳酸钙 （轻质）40填料（增 强）增强改性 PP，适宜范围为树脂含量 的 10%-50%，可起提高硬度、刚度、 弹性模量，降低收缩率；此外，可大 大降低成本； 3硬脂酸0.3偶联剂提高碳酸钙与 PP 的结合能，使相容 性改善，有利于力学性能； 4汽油1溶剂（表 面处理用）用硬脂酸对碳酸钙进行表面处理时， 要先用汽油做为溶剂使两者混合；之 后可以蒸除；81.2.5 成本限制市场上，此类 PP 伞柄的市场批发价格为 3050 元/100 个，参考质量中等及偏下的雨伞的市场批发价格为 812 元/把。初定每 100 个伞柄的成本价格应该为 12 元/100 个。其中：PP 树脂参考价格为 1800 元/吨，轻质碳酸钙参考价格为 800 元/吨。第二章第二章:制品示意图与效果图制品示意图与效果图2.1 制品效果图制品效果图图 2-1 制品效果图2.2 制品示意图（制品示意图（CAD）图 2-2 制品示意图（CAD 作图）510100.5抗氧剂6DLTD0.7辅抗氧剂目前 PP 中使用最广的抗氧剂，有优 异的耐水抽出性、挥发性小，与 PP 相容性好；辅助抗氧剂 DLTDP 并用 于 PP 树脂中，可以显著地提高其热 稳定性；对 PP 树脂的抗氧性改善明 显。9第三章第三章 : :注射机型号选取注射机型号选取3.1 初选注射机初选注射机注射机的主要参数有注射量、注射压力、注射速度、塑化能力、锁模力等，这些参 数是设计、制造、购买和使用注射机的主要依据。 （1） 注射量：指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时， 注射装置所能达到的最大注射量，反应了注塑机的加工能力。 （2） 注射压力：为了克服熔料流经喷嘴、浇道和型腔时的流动阻力，螺杆或柱塞 对熔料必须施加足够的压力，此压力即为注射压力。 （3） 注射速率：为了使熔料及时充满型腔，除了有必须有足够的注射压力外，熔 料还必须有一定的流动速率，此参数即为注射速率。 （4） 常用的注射速率如表所示。表 3-1 注射量与注射施加的关系注射量 /cm312 5250500100020004000600010000注射速率 /cm/s12 5200333570890133016002000注射时间 /s11.251.51.752.2533.755（5） 塑化能力：单位时间内所能塑化的物料量。塑化能力应与注塑机的整个成型 周期配合协调，若塑化能力高而机器的空循环时间长，则不能发挥塑化装置 的能力，反之则会加长成型周期。 （6） 锁模力：注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力，在此力作用下模10具不应被熔融的塑料所顶开。注射量的计算：V1=(R12-r12) H=3.87cm3V2=(R22-r22) h =0.70cm3V3=r2b=1.70cm3V=V1+V2+V3= 3.87+0.70+1.70=6.18cm3其中，V1外圆柱的体积V2内圆柱的体积V3底面圆的体积另有 塑件的投影面积为 7.89cm2M=VD=6.189.05=5.59cm3一般的，熔体密度在 0.