塑料乐扣水杯设计

PAGEPAGE53北方民族大学课程设计报告院（部、中心）材料科学与工程学院姓名学号专业高分子科学与工程班级2班同组人员课程名称塑料成型工艺学设计题目名称塑料乐扣水杯设计起止时间成绩指导教师签名北方民族大学材料科学与工程学院目录1杯盖 41.1杯盖的原材料选择 41.2瓶盖的配方设计 41.3瓶盖的注塑成型工艺 61.3.1成型前的准备 61.3.2原料的塑化注射温度 81.3.3塑料熔体注射压力 81.3.4成型模具温度 81.3.5制品成型脱模后的处理 91.3.6聚丙烯的注射成型工艺参数 91.4注射过程 91.4.1塑化 101.4.2充模阶段 101.4.3压实阶段 101.4.4倒流阶段 111.4.5、冻结后的冷却阶段 111.4.6成型加工特性 111.4.7瓶盖生产流程图： 111.5模具的选择 121.5.1型腔数目的确定 121.5.2壁厚 121.5.3脱模斜度 121.6计算塑件的体积和质量，确定注塑机型号 131.6.1杯盖 131.6.2杯盖扣 152杯体 162.1产品设计并绘出产品图 162.2原材料选择与配方设计 172.2.1原料选择 172.2.2性能与特点 172.2.3聚丙烯的成型特性 182.2.4设计注意 192.2.5材料收缩率 192.2.6塑件形状、尺寸大小的确定 192.2.7配方设计 202.3生产方法选择与工艺过程设计（绘出工艺过程方框图和工艺流程图） 212.3.1生产方法 212.3.2工艺过程 212.3.3工艺流程流程图 212.4生产工艺参数的确定 222.5工艺过程与操作说明 232.5.1型坯成型 232.5.2型坯吹胀 232.5.3制品冷却及固化 242.6生产工艺配套设备的选择 242.6.1计算塑件的体积和质量 262.6.2确定注塑机型号 273标签 283.1包装薄膜原材料选择 283.2外包装 283.3包装薄膜工艺过程及操作说明 293.4热转印商标 293.5湿胶粘合剂商标 294塑料提绳 304.1市场调查及本设计制品所需原材料的分析 304.2材料的选择与性能对比 324.2.1塑件的原材分析 334.2.2塑件的工艺分析 344.2.3通过产品的使用性能以及美观要求进行配方设计 354.2.4为了提高生产效率本次设计采用粉料进行加工成型。 354.3成型工艺的确定 364.3.1成型设备的选择 364.3.2工艺确定 394.4注射工艺过程中的工艺参数 414.4.1成型前的准备 414.4.2注射成型过程中的条件分析控制 414.5工艺过程与操作说明 444.5.1加工注射前的的设备和原料的准备 444.5.2成型注射工艺过程 444.5.3注射过程中的对简单流程的要求与设计 454.6生产工艺设备配套 474.7设计说明和总结 485总结 486参考文献 491杯盖1.1杯盖的原材料选择对于乐扣水杯，一般要求其无味、无毒、耐热性好、耐候性较好、耐磨、光泽度好，并且透明度要好。根据上述产品说明，本次设计所选用塑件材料为聚丙烯（PP）。以下是对该材料的具体分析。聚丙烯是一种热塑性树脂，无毒、无味。它具有强度高、硬度大、耐磨、耐弯曲疲劳、耐热温度高、耐湿和耐化学性优良、容易加工成型、价格低廉等优点。1、力学性能：聚丙烯的结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能。但在室温和低温下，由于本身的分子结构规整度高，所以冲击强度较差。聚丙烯最突出的性能就是抗弯曲疲劳性。2、热性能：聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形。脆化温度为-35℃1.2瓶盖的配方设计塑料是指以树脂为主要成分，添加有利于制品成型与使用的若干助剂，按一定比例配制而成的、在一定工艺及工装条件下可模塑成型的有机高分子材料。（1）树脂树脂分天然树脂（如松香、纤维、虫胶、沥青等）和合成树脂，塑料中的树脂一般都是合成树脂。绝大多数树脂需按一定比例（≧40%）与助剂混炼配制成塑料，以利于成型和使用。塑料中树脂的作用就是将塑料各组分加以粘合，赋予塑料可模塑性，并决定塑料的类型和性能。（2）助剂为改良塑料的使用性能与成型性能而在塑料中添加各种助剂。就助剂而言，要求其与树脂及其他助剂的相容性好、自身稳定性高、能充分满足制品的成型与使用要求。塑料中常添加的助剂种类如填料、增塑剂、增强剂、润滑剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂、着色剂、阻燃剂等。对于乐扣水杯来说，杯盖要求抗冲击强度要高，尺寸稳定性好。所以对于瓶盖的配方设计尤为重要。其配方中主要包括以下填充剂、增强剂、着色剂、润滑剂、稳定剂等。填充剂是加入物料中改善性能或降低成本的固体物质。通常不含水，中性，不与物料组分起不良作用的有机物、无机物、金属或非金属粉末均可用作填充剂。本设计选用的填充剂为轻质碳酸钙。增强剂是加入聚合物中使其机械性能得到提高的纤维类材料，常用的增强物有玻璃、石棉、金属、剑麻、棉花或合成纤维所制成的纤丝、粗纱和织物等。本设计选用的增强剂是玻璃纤维。着色剂是指给予塑料以色彩或特殊光学特性或使之具有易于识别等功能的材料，常用的着色剂有金属絮片、珠光色料、磷光色料、荧光色料等，本设计选用的着色剂是群青。润滑剂是为了改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的摩擦和粘附以及改进制品表面光亮度，而加入的一类助剂[1]。常用的润滑剂有脂肪酸及其皂类、脂肪酸酯类、脂肪醇类和酰胺类、石蜡、低相对分子质量聚乙烯、合成蜡、丙烯酸酯类及某些有机硅化合物。本设计选用的润滑剂为石蜡。稳定剂是指凡在成型加工和使用期间为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质。常用的稳定剂包括热稳定剂、光稳定剂及抗氧剂等[1]。本设计选用的2-羟基二苯甲酮的衍生物、2,6-二特丁基-4-甲酚（264酚）﹑双酚C。表1瓶盖配方设计填充剂轻质碳酸钙增强剂玻璃纤维着色剂群青润滑剂石蜡稳定剂2-羟基二苯甲酮的衍生物1.3瓶盖的注塑成型工艺1.3.1成型前的准备1、成型前对原料的预处理根据各种塑料的特性及供料状态，一般在成型前应对原料进行外观（指色泽、粒子大小及均匀性等）和工艺性能（熔体流动速率、流动性、热性能及收缩率等）的检验，使用粉料时，还应注意进行染色和造粒。有些塑料，其大分子上含有亲水基团，容易吸湿，致使含有不同程度的水分。这种水分高过规定含量时，轻则使产品表面出现银丝、斑纹和气泡等缺陷；重则引起高分子物在注射时产生降解，严重影响制品的外观和内在质量，致使各项性能指标显著降低。所以在模塑前应对原料进行干燥。2、料筒的清洗在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而又不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。螺杆式注射机通常是直接换料清洗。为了节省时间和原料，换料清洗应采取正确的操作步骤，掌握塑料的热稳定性、成型温度范围和各种塑料之间的相容性等技术资料。3、脱模剂的选用脱模剂是是塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面的一种助剂。一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺设计与正确的模具设计。但在生产中为了顺利脱模，采用的脱模剂也不少。常用的脱模剂有：硬脂酸锌，液体石蜡、硅油等，无论使用哪种脱模剂都应适量，过少起不到应有的效果；过少或涂抹不均则会影响制件外观及强度、对透明制件更为明显，用量多时会出现毛斑或浑浊现象[1]。1.3.2原料的塑化注射温度聚丙烯为非极性的结晶性高聚物，吸水率很低，约为0.03%-0.04%。注射时一般不需要干燥，必要时可在80-100℃下干燥3-4h。聚丙烯的熔点为160-175℃，分解温度为350℃，成型温度范围较宽，约为205-315℃，其最大结晶速度的温度120-130℃。注射用的聚丙烯的熔融指数为2-9g/10min,熔体流动性较好，在柱塞式或螺杆式注射机中都能顺利成型。一般料筒温度控制在210-280℃，喷嘴温度可比料筒温度低10-30℃。生产薄壁制品时，料筒温度可提高到280-300℃；生产厚壁制件时，为防止熔料在料筒内停留时间过长而分解，料筒温度应适当降低至200-230℃，料筒温度过低，大分子定向程度增加，制品容易产生翘曲变形。1.3.3塑料熔体注射压力聚丙烯熔体的流变特性是粘度对剪切速率的依赖性比温度的依赖性大。因此，在注射充模时，通过提高注射压力或注射速度来增大熔体的流动性比通过提高温度更有利。一般注射压力控制在70-120MPa（柱塞式注射压力偏高，螺杆式注射压力偏低）。1.3.4成型模具温度聚丙烯的结晶能力较强，提高模具温度有助于制品结晶度的增加，甚至能够提前脱模。基于同一理由，制品性能当与模具温度有密切关系。生产上常采用的模温，约为70-90℃，这不仅有利于结晶，又有利于大分子的松弛，减少分子的定向作用，并可降低内应力。如模温过低，冷却速度太快，浇口过早冷凝，不仅结晶度低、密度小，而且制品内应力较大，甚至引起充模不满和制品缺料。1.3.5制品成型脱模后的处理由于聚丙烯的玻璃化温度低于室温，当制品在室温下存放时常发生后收缩（制品脱模后所发生的收缩）现象，原因是聚丙烯在这段时间内仍在结晶。后收缩量随制品厚度而定，愈厚后收缩愈大。后收缩总量的90%约在制品脱模后六小时内完成，剩余的10%约发生在随后的10天内，所以，制品在脱模24小时后基本可以定型。成型时，缩短注射和保压时间，提高注射和模具温度都可以减少后收缩。对尺寸要求较高的制品，应进行热处理[1]。1.3.6聚丙烯的注射成型工艺参数塑料料筒温度/℃喷嘴温度/℃模具温度/℃注射压力/MPa保压压力/MPa充模保压时间/s模内冷却时间/s后段中段前段PP22024026022070-9070-1207210301.4注射过程注射模塑的过程是，将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒，经加热融化呈流动状态后，由柱塞或螺杆的推动，使其通过料筒前端的喷嘴注入闭合塑模中。充满塑模的的熔料在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热（热固性塑料）固化后既可保持注塑模型腔所赋予的形样。松开模具取得制品，在操作上即完成了一个模塑周期。1.4.1塑化塑化是指塑料在料筒内经过加热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。可以说塑化是注射成型的准备过程。在进入模腔之前应达到规定的成型温度并能在规定的时间内提供足够数量的熔融塑料，熔料各点温度应均匀一致，不发生或极少发生热分解以保证生产的连续进行。1.4.2充模阶段这一阶段从柱塞或螺杆开始向前移动起，直至模腔被塑料熔体充满为止。充模开始一段时间内模腔中没有压力，待模腔充满时，料流压力迅速上升而达到最大值。充模时间长，先进入模内的塑料，受到较多的冷却，黏度增高。后面的塑料就需要在较高的压力下才能进入塑模。1.4.3压实阶段这是指自熔体充满模腔时起至柱塞或螺杆撤回时为止的一段时间。这段时间内，塑料熔体会因受到冷却而发生收缩，但因塑料仍然处于柱塞或螺杆的稳压下，料筒内的熔料会向塑模内继续流入以补足因收缩而留出的空隙。压实阶段对于提高制品的密度、降低收缩和克服制品表面缺陷都有影响。此外，由于塑料还在流动，而且温度又在不断下降，定向分子容易被冻结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段拖延愈长时，分子定向程度也愈大。[1]1.4.4倒流阶段这一阶段是从柱塞或螺杆后退时开始的，这是模腔内的压力比流道内高，因此就会发生塑料熔体的倒流，从而使模腔内压力迅速下降，倒流将一直进行到浇口处熔料冻结为止。[1]1.4.5、冻结后的冷却阶段这一阶段是指浇口的塑料完全冻结时起到制品从模腔中顶出时为止。模腔内压力迅速下降，模内塑料在这一阶段内主要是继续进行冷却，以便制品在脱模时具有足够的刚度而不致发生扭曲变形。[1]1.4.6成型加工特性（1）结晶易，湿性小，易发生融体破裂（2）流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔、凹痕、变形。（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易发生翘曲变形。（4）塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。嵌件1.4.7瓶盖生产流程图：嵌件预热注射原料预热注射原料装配储料罐装配储料罐脱模开模保压固化闭模注射脱模开模保压固化闭模注射成品修理加工检验后处理成品修理加工检验后处理1.5模具的选择在杯盖的设计上，其模具主要分为杯盖和杯盖扣两个部分，所以模具也应设计两套模具。1.5.1型腔数目的确定型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量要求、批量大小、交货期长短、注射机能力、模具成本等要求来综合考虑。通过综合考虑各种因素本设计决定采用了一模四腔。1.5.2壁厚塑件的壁厚对其质量有很大影响，壁厚过小难以满足使用强度和刚度的要求，对于大型复杂件难以充满型腔；壁厚太大，不但浪费原材料（一般原材料的成本占塑件成本的50%-70%），而且在塑件内部易产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时还会增加冷却时间（塑件的冷却时间大约与塑件壁厚等平方成正比），所以从经济角度出发塑件的厚薄是很重要的。另外，同一塑件的壁厚应尽量保持均匀一致，以避免造成收缩不一致而导致变形或开裂。本设计的水杯壁厚为1mm。1.5.3脱模斜度由于制品在冷却后产生收缩，会紧紧包住型芯或型腔突出的部分，为了使制件能够顺利从模具中取出或者脱模，必须对塑件的设计提出脱模斜度的要求，要求在塑件设计时或在模具设计时给予充分的考虑，设计出脱模斜度。脱模斜度的设计与材料的性质、制品成型方法、制件的几何形状与尺寸、精度要求、磨具的结构等因素有关。一般脱模斜度的取值范围是30′~1°30′。以下是确定脱模斜度的一些要点：1.制品收缩率达，形状复杂且很不规则的，其脱模斜度宜取较大值。2.材料性脆、刚性大、玻璃纤维增强的制品，脱模斜度要尽可能大。3.尺寸较大或者尺寸精度要求高德制品，脱模斜度宜取小值。4.塑件上带有表面花纹时，每蚀刻深度增加0.02mm，脱模斜度应小于1°。5.制件内表面的脱模斜度应大于其外表面的脱模斜度。6.由于塑件内测凸起，脱模是采用强制脱模的方法。1.6计算塑件的体积和质量，确定注塑机型号1.6.1杯盖该产品为聚丙烯，其密度为0.9g/cm^3~0.91g/cm^3，收缩率为1%~2.5%，计算其平均密度为0.905g/cm^3.。平均收缩率为1.75%通过称量，M杯盖=26.96g，所以杯盖的体积为V=26.96/0.905=29.8cm^3选用一模四腔结构，所以塑件总体积为4V=119.2cm^3，塑件总质量为107.84g，浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2-1倍。由于本次采用点浇口，分流道较长，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.5倍来估算，故一次注入模具型腔溶料的总体积为V总=V（1+0.5）=119.2X1.5=178.8cm^3由于浇注系统体积与质量都不是很大，所以可先初选注塑机型号。根据计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V总=178.8cm^3,并结合式V公=V总/0.8，则有：V总/0.8=178.8/0.8=223.5cm^3。根据以上的计算，考虑到模具的闭合高度所以选定公称注射量为500cm^3,注射机型号为XS-ZY-500注射机，其主要参数见下表。表2XS-ZY-500注塑机主要参数理论注射容积(cm³）500螺杆直径(mm)55注射压力(MPa)146注射速率(g/s)38塑化能力(kg/h)16.8螺杆转速(r/min)10—140锁模力(kN)3500拉杆空间(mm)500X440移模行程(mm)500模具最大厚度(mm)450模具最小厚度(mm)300锁模形式液压-机械模具定位孔直径(mm)￠150喷嘴球半径(mm)SR018喷嘴口孔径(mm)￠31.6.2杯盖扣通过称量，M杯盖=6.75g，所以杯盖的体积为V=6.75/0.905=7.46cm^3选用一模四腔结构，所以塑件总体积为4V=29.84cm^3，塑件总质量为27g，浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2-1倍。由于本次采用点浇口，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔溶料的总体积为V总=V（1+0.5）=29.84X1.2=35.8cm^3由于浇注系统体积与质量都不是很大，所以可先初选注塑机型号。根据计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V总=35.8cm^3,并结合式V公=V总/0.8，则有：V总/0.8=35.8/0.8=44.76cm^3。根据以上的计算，考虑到模具的闭合高度所以选定公称注射量为100cm^3,注射机型号为SZ—60/40注射机，其主要参数见下表。表3SZ—60/40注塑机主要技术参数理论注射容积(cm³）100螺杆直径(mm)35注射压力(MPa)170注射速率(g/s)95塑化能力(kg/h)40螺杆转速(r/min)0~200锁模力(kN)800拉杆空间(mm)320×320移模行程(mm)305模具最大厚度(mm)300模具最小厚度(mm)170锁模形式双曲肘模具定位孔直径(mm)￠100喷嘴球半径(mm)10喷嘴口孔径(mm)20顶出力(kN)152杯体2.1产品设计并绘出产品图2.2原材料选择与配方设计2.2.1原料选择本次设计所选用塑件材料为聚丙烯（PP）。以下是对该材料的具体分析。聚丙烯，简称PP，是通用塑料中综合性能非常优异的一种材料。近几年，PP工程塑料化的研究和开发取得很大进展，使PP在日常生活用品、汽车、家电等行业获得广泛的应用。根据聚丙烯的立体构型，PP可分为等规PP和间规PP，目前工业上广泛应用的是等规PP，等规PP结晶度高，力学强度高；间规PP结晶度底，具有柔性，抗冲击性和透明性。2.2.2性能与特点聚丙烯的结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能。但在室温和低温下，由于本身的分子结构规整度高，所以冲击强度较差。聚丙烯最突出的性能就是抗弯曲疲劳性。聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形。脆化温度为-35℃，在低于-35℃会发生脆化，耐寒性不如聚乙烯。无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100℃左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。因此，我们选用PP作为杯盖、杯体的材料。2.2.3聚丙烯的成型特性1、成型性好，可采用注塑、挤出及吹塑等成型加工方法；2、吸湿性小，不吸水，成型前可不干燥；3、熔体粘度小，流动性好，溢边值为0.03mm，流动性对压力敏感，宜采用较高的压力注射；4、成性收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形等缺陷；5、容易发生弯曲变形，塑件应避免尖角、缺口；6、热容量大，注射成型模具须设计能充分冷却的冷却系统；7、模具温度对收缩率影响大，冷却时间长，应注意控制模具温度，模温太低，塑件无光泽，易产生熔接痕，模温太高，易产生翘曲变形；8、尺寸稳定性好。2.2.4设计注意①耐日光性差，易发生热氧老化，用于室外需添加抗氧剂和光稳定剂。②低温耐冲压性差，抗蠕变性和耐磨性也不佳。氧化性酸能促使PP降解，对脂肪烃、芳烃又不同程度的溶胀，而卤代烃对PP也有破坏作用。③避免与铜接触铜盐溶液对其有特殊的破坏作用，因此制品不宜有铜嵌件。④PP成性收缩率高，热膨胀系数也比较大，制品在热环境下受应力作用，要防止热应力脆化的发生。⑤与PE有相似之处，由于非极性的缘故，制品涂饰和粘结需要表面处理。2.2.5材料收缩率表1-1常用塑料的收缩率材料名称聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚苯乙烯聚碳酸酯尼龙丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物聚甲醛简写PEPPPVCPSPCPAABSPOM收缩率1.5-3.61．0-2.50.6-1.50.6-0.80.5-0.80.8-2.50.3-0.81.2-3.02.2.6塑件形状、尺寸大小的确定塑料制件的形状在满足使用要求的前提下，应使其有利于成型，特别是应尽量不使用侧向抽芯机构，因此塑件设计时应尽量避免侧向凹凸形状侧孔。因为，侧向分型与抽芯机构的模具不但提高了模具设计的制造成本，而且还会在分型面上留下飞边，增加后加工的工作量。某些制件只要适当改变其形状，既能避免使用侧向抽芯机构，是模具结构简化。此设计中的塑料水杯，为圆台型，高度为152mm，水杯外表面为平滑的曲面。上底面与下底面有一定的脱模斜度。（1）壁厚是塑料制件结构设计的基本要素。壁厚设计要考虑两方面的问题，一是壁厚尺寸的确定，二是遵循壁厚均一的设计原则。壁厚均一的原则主要从工艺角度以及由工艺导致的质量方面的问题而提出来的，均匀的壁厚可使制件在成型过程中，熔体流动性均衡，冷却均衡。厚度部位在冷却收缩上的差异，会产生一定的收缩应力，内应力会导致制件在短期内或经过较长的时期之后发生翘曲变形。厚度不均时常采用的三种处置办法：①壁厚交界处的平稳过渡②将尖角改为圆角处理③厚壁部位减薄该产品图反映出，此塑料件壁厚为1mm，壁厚均匀，易于成型。（2）杯体直径的确定杯体的最小直径为68mm,最大直径为78mm。2.2.7配方设计抗老化剂配方：配方质量份数组成：PP

100抗氧剂1010

0.1抗氧剂DSTP

0.3脱氧剂

0.3稳定剂77D

0.05紫外线吸收剂BAD

0.1紫外线吸收剂327

0.152.3生产方法选择与工艺过程设计（绘出工艺过程方框图和工艺流程图）2.3.1生产方法对于杯体加工，主要采用注塑和吹塑相结合的加工方法(注射吹塑)。2.3.2工艺过程由注射机在高压下将熔融塑料注入型坯模具内形成管状型坯，开模后型坯留在芯模上，通过机械装置将热型坯置于吹塑模具内，合模后由芯模通道引入0.2~0.7MPa压缩空气，使型坯吹胀达到吹塑模腔的形状，并在空气压力下冷却定型，脱模后得到制品。2.3.3工艺流程流程图原料原料干燥熔融塑化吹塑冷却定型脱模高温处理冷却杯体成品2.4生产工艺参数的确定注塑成型工艺参数表名称聚丙烯材料代号收缩率/%密度/(g/cm^3)PP1~2.50.90~0.91设备类型螺杆转速/(r/min)喷嘴形式螺杆式30~80直通式温度料筒一区/℃料筒二区/℃料筒三区/℃喷嘴/℃模具/℃150~170180~190190~205170~19040~60压力注塑/MPa保压/MPa60~10050~60时间注塑/S保压/S冷却/S周期/S1~55~1010~2015~352.5工艺过程与操作说明挤出吹塑成型是将挤出成型的半熔融状态的塑料管坯(型坯),趁热置于各种形状的模具中,并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀,使其紧贴于模腔壁上成型,经冷却脱模后得到中空制件的热成型过程。它的整个成型过程可以分为:型坯形成、型坯吹胀以及冷却和固化三阶段。2.5.1型坯成型型坯形成是指通过挤出成型得到半熔融状态的塑料管坯(型坯)。随着中空吹塑制件的几何形状越来越复杂,设计良好的预成型型坯对以最小的材料消耗获得所需求的壁厚分布且结构稳定的制件有着重要的意义,也就是在型坯成型阶段通过采用调节型坯的壁厚分布形状,以使吹塑制品的壁厚分布趋于均匀.2.5.2型坯吹胀型坯吹胀是指将塑料管坯趁热置于模具中,并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀，紧贴于模腔壁上成型，这个阶段的成型直接影响制品的外形，壁厚均匀性以及制品的性能，是整个成型过程的关键环节.2.5.3制品冷却及固化制品冷却及固化是指型坯吹胀紧贴模壁后凭借热扩散率较高的模具和压缩空气进行冷却，冷却至一定温度后开模，再在空气中冷却的过程。一般包括外冷却（制品外表面与模腔间的导热），内冷却（制品内表面与冷却空气或其它介质间的对流传热）及开模后冷却（制品的内外表面与空气或其它介质的自然对流传热）。制品冷却及固化阶段的实验研究主要是测量制品瞬态温度、收缩率、翘曲等。2.6生产工艺配套设备的选择注塑模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模时应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据制品的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大、最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。注射机发展很快，类型不断增加，注射机的分类方法很多，根据注射装置和合模装置的排列方式不同，可分为卧式注射成型机、立式注射成型机、角式注射成型机和多模注射机等。（1）卧式注射机卧式注射机是使用最广泛的注射成型设备，它的注射装置和合模装置的轴线呈一线并水平排列。卧式注射机的优点是便于操纵和维修，机器重心低，比较稳定，成型后的塑件推出后可利用其重力自动落下，容易实现全自动化操作。缺点是模具安装比较困难。（2）立式注射及它的注射装置和合模装置的轴线呈一线并与水平方向垂直排列。立式注射及的优点是占地面积小、模具拆装方便、安放嵌件便利。缺点是塑件顶出后常需要用手或其他的方法取出，不易实现全自动化操作，机身重心较高。机器的稳定性差。（3）角式注射机它的注射装置和合模装置的轴线相互垂直排列，其优点介于卧、立两种注射机之间。（4）多模注射机是一种多工位操作的特殊注射机注射机型号标准表示法要有注射量、合模力、注射量与合模力同时表示等三种方法，本制品采用卧式注射机。注射机的选用原则：①计算塑件及浇道凝料的总容量（体积或重量）应小于注射机额定容量（体积或容量）的0.8倍；②模具成型时需用的注射压力应小于所选用注射机的最大注射压力；③模具型腔注射时所产生的压力必须要小于注射机的锁模力；④模具的闭模高度应在注射机最大、最小闭合高度之间；⑤模具脱模取出塑件所需的距离应小于所选注射机的开模行程；⑥模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外形尺寸安装时应不受拉杆间距的影响，模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相配合；模具的模板各安装孔应与注射机固定模板的安装孔相对应、机床喷嘴孔径和球面半径应与模具进料孔相对应，注射机的开模行程应满足脱件条件。2.6.1计算塑件的体积和质量该产品为聚丙烯，其密度为0.9g/cm^3~0.91g/cm^3，收缩率为1%~2.5%，计算其平均密度为0.905g/cm^3.。平均收缩率为1.75%通过M=ρV测出塑件体积：测量其质量为M=44.75gV=M/ρ=(44.75/0.905)cm^3=49.448cm^3因为选用一模四腔结构，所以塑件总体积为4V=198cm^3，塑件总质量为179g，浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2-1倍。由于本次采用中心浇口流道短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔溶料的总体积为V总=V（1+0.2）=198X1.2=237.6cm^3由于浇注系统体积与质量都不是很大，所以可先初选注塑机型号。2.6.2确定注塑机型号根据计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V总=237.6cm^3,并结合式V公=V总/0.8，则有：V总/0.8=237.6/0.8=297cm^3。根据以上的计算，考虑到模具的闭合高度所以选定公称注射量为500cm^3,注射机型号为XS-ZY-500卧式注射机，其主要参数见下表，注塑机主要参数理论注射容积(cm³）500螺杆直径(mm)55注射压力(MPa)146注射速率(g/s)38塑化能力(kg/h)16.8螺杆转速(r/min)10—140锁模力(kN)3500拉杆空间(mm)500X440移模行程(mm)500模具最大厚度(mm)450模具最小厚度(mm)300锁模形式液压-机械模具定位孔直径(mm)￠150喷嘴球半径(mm)SR018喷嘴口孔径(mm)￠33标签在瓶子上提供必要地信息，最常采用的方式就是贴标签。这是因为除了平面形状外，在其他形状上印刷都是较复杂，费用也高。可用塑料或纸制作商标，纸制商标常含有聚合物涂层，防止划伤或受潮损坏。3.1包装薄膜原材料选择LDPE结晶度较低，为一种乳白色半透明的蜡状固体树脂，无毒。LDPE成型加工性、柔软性、抗冲击韧性、耐低温性等性能较好，电绝缘性优良，吸水性低，化学稳定性好，如对酸、碱、盐、有机溶剂等都较稳定；但机械强度差，耐热性差，在日光和热作用下容易老化降解而变色、性能下降或龟裂。但成本较PET很低，且能满足制品的使用要求，故包装薄膜原材料选为LDPE。3.2外包装 塑料薄膜根据生产工艺的不同而有三类：流延膜、吹胀膜以及定向膜（即拉伸膜）。吹胀膜强度比流延膜好，热封性比流延膜差，薄膜的性能同操作参数关系大。而定向膜由于拉伸分子发生定向，提高了结晶度，因而结晶型聚合物的定向膜无热封性，强度是三种薄膜中最大的。挤吹薄膜的生产工艺流程是:原辅材料开包验收—配方造粒—挤出机料斗上料—挤出机口模挤出—吹胀膜泡—风环冷却—人字架——夹膜辊牵引—电晕处理—卷取。上料配方造粒风环冷却吹胀膜泡挤出上料配方造粒风环冷却吹胀膜泡挤出卷取夹膜辊牵引电晕处理人字架卷取夹膜辊牵引电晕处理人字架图6外包装生产流程图3.3包装薄膜工艺过程及操作说明包装薄膜为挤吹薄膜法，其工艺过程为：先将配方造粒用转鼓式混合机混合均，匀然后挤出机料斗上料，挤出机口模挤出，吹胀膜泡，风环冷却，在用人字架夹膜辊牵引，电晕处理，最后卷取薄膜。在整个过程中需保持挤出速率。热收缩膜作为标签包装材料具有独特的优点：节约森林资源、降低成本、防潮、卫生、使用方便；包装后的商品美观，节约空间，且适于大批量生产等特性，越来越多地被各种产品所使用。3.4热转印商标 热转印商标可以认为是贴商标和印商标之间的一种交叉方式。用传统的印刷技术把商标副本反印到专用衬体上，然后把商标和容器表面接触、印刷并加热。热量使带商标图像的油墨粘合到要印刷的物体上，把衬体剥离，使图像留在容器表面上。3.5湿胶粘合剂商标最普通贴商标的方法是把水质胶抹到商标的后面，再把商标商标贴到物体上。这种方法对纸商标特别有效，并能快速操作。今天使用的粘结剂，除去热熔胶以外，大部分是水质的，常常是一种悬浮物形式，含有聚醋酸乙烯或者乙烯-醋酸乙烯共聚物，作为基础聚合物。用一组滚轮把一定量的粘合剂涂到商标上，加压把商标固定到容器上或其他物体上。一般塑料商标不适用湿胶粘结剂，因为它们干燥缓慢。为了适应高的生产速度以及商标一次到位固定住，快速干燥是很有必要的。热熔粘合剂冷时是100%固体，加热变成液体，它适用于塑料商标，不需要干燥就能与容器形成很好的结合。4塑料提绳4.1市场调查及本设计制品所需原材料的分析根据网上搜寻和市场调查，使用塑料水杯及实惠结果如下：水杯材质玻璃水杯10%塑料水杯60%金属水杯24%陶瓷6%水杯材质水杯价格9元以下20%10~29元50%30~49元20%50元以上10%水杯价格颜色挑选冷色调40%暖色调40%中性色调18%杂色调2%颜色挑选水杯更换频率三个月10%半年30%一年50%两年10%水杯更换频率关注的因素安全质量价格外形关注的因素水杯材质玻璃水杯10%塑料水杯60%金属水杯24%陶瓷6%水杯材质由表可知：1.较多的人选择塑料水杯2.在购买水杯的过程中，消费者较多关注的是水杯的质量、安全性和价格3.水杯价格在10-29元者居多4.已经有大部分消费者已经考虑到健康因素5.大多数消费者水杯的更换频率在一年左右，随着认识的提高，越来越多的人关注健康因素和审美因素。根据市场调查，我们设计的水杯的目标是:无毒无味，安全性高。实用性好，使用方便。经久耐用、不易损坏。造型美观、色泽好、颜色不单一。性价比高，经济效益好。根据制品的使用性能和制品要求，选择原材料原则如下：无味、无毒，耐热性好、耐候性较好、耐磨，光泽度好，并且透明要好、杯体、杯盖：抗冲击强度要高；有螺纹结构，尺寸稳定性好，手拎带：拉伸强度高，抗疲劳性良好。4.2材料的选择与性能对比几种日用制品常用塑料的性能比较材料优点缺点PS1.透明2.刚硬3.易于成型4.成本低1.易破裂2.易刮伤3.在紫外线下易老化HDPE1.密度大2.耐化学溶剂3.成本低，易成型1.自熄性差2.气体阻隔性差3.不耐高温4.力学性能一般PP1.刚硬有韧性2.质轻3.在高温下保持力学性质1.在0℃以下易变脆2.耐候性差3.不易染色4.易燃烧PC1.抗冲击强度高，抗蠕变性能好、透明度高2.耐热性好，耐候性好、尺寸稳定性好1.疲劳强度差2.有应力开裂现象根据以上材料的对比发现符合此次设计的只有PP和PC，继续对比如下：材料透明性气体阻隔性卫生性耐冲性耐热温度成本PC高好一般优良高较高PP较高一般好好高较低PP化学稳定性好，熔点高，质轻，成型工艺性很好，可以注射成型，而且聚丙烯也比聚碳酸酯安全。PP的维卡软化温度为150C。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。因此，我们选用PP作为杯盖、杯体以及杯柄的材料。4.2.1塑件的原材分析 甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯，若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯，当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。一般工业生产的聚丙烯树脂中，等规结构含量约为95%，其余为无规或间规聚丙烯。工业产品以等规物为主要成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点可高达167℃。耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度小，是最轻的通用塑料。缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性予以克服。塑件的原材料采用聚丙烯（PP），PP为结晶型高聚物，常用塑料中PP最轻。通用塑料中，PP的耐热性最好。PP有良好的耐应力开裂性，有很高的弯曲疲劳寿命，俗称“百折胶”。PP产品质轻、韧性好、耐化学性好。PP的缺点：尺寸精度低，刚性不足，耐候性差。它具有后收缩现象，脱模后易老化、变脆、易变形。PP结晶度,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解；流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔、凹痕、变形；冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度；料温低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,流痕,90度以上易发生翘曲变形；塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中。PP的熔体粘度比较低，因此成型加工流动性良好，特别是当熔体流动速率较高时熔体粘度更小，适合于大型薄壁制品注塑成型，例如洗衣机内桶。PP的成型收缩率是比较大的，达到2%以上，远远大于ABS塑料（0.5%）。PP的成型收缩率可以随着添加其它的材料的种类及多少有所变化，这在制作具有配合尺寸的注塑制品时需认真加以考虑。除此之外，聚丙烯（PP）无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100℃左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。4.2.2塑件的工艺分析1、塑件的使用性能该塑件为乐扣水杯手拎带制品，制品表面并不复杂，其外表只需光洁，无明显浇口熔接痕。根据产品要求，该塑件为小批量制品生产，即采用一膜一腔模具设计。2、塑件尺寸精度该塑件的尺寸精度没有特殊要求，故采用MT6级的精度查去公差等级进行设计计算。3、塑件的表面质量该塑件要求表面光洁、无飞边毛刺、无缩孔，无浇口熔接痕等工艺性能。故在选择浇口，表面粗糙度时须注意。4.2.3通过产品的使用性能以及美观要求进行配方设计1、增塑剂：为了降低塑料的软化温度范围和提高其加工性，柔韧性和延展性，加入低挥发性的的物质。本设计中采用邻苯二甲酸二辛脂，原因如下：（1）与聚丙烯具有很好的相容性，挥发性低，耐低温，最终要的是低毒。（2）成本低，本品具有良好的综合性能，混合性能好，增塑效率高，挥发性较低，低温柔软性较好，耐水抽出，电气性能高，耐热性和耐候性良好。2、稳定剂：凡是在成型加工和使用期间为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质称稳定剂。本设计采用2,6-二特丁基-4-甲酚，原因如下：（1）抑制产品氧化和延长其使用期（2）对聚合物的稳定效果好，相容性好等等3、填充剂：改善塑料成型加工性能，提高制品某些性能，赋予塑料新的性能和降低原材料成本。聚丙烯对紫外线很敏感，加入氧化锌硫代丙酸二月桂脂，炭黑式类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能，本次设计加入硫酸钙（石膏）。4、着色剂：本设计因为是乐扣水杯的手拎设计，除具有好的表面性能以外，还有具有鲜艳的外观，给人以视觉感美。本次采用有机多环化合物特殊光学色料。5、润滑剂：因为本制品要求具有光滑的表面，美好的外观尺寸故加入石蜡为润滑剂。4.2.4为了提高生产效率本次设计采用粉料进行加工成型。1、根据生产制品的数量，通过准确的计量将成型加工所用的原材料聚丙烯、增塑剂、稳定剂、填充剂、着色剂和润滑剂。2、在制备粉料之前必须对以上所用的原材料和各助剂进行原料的预处理（包括干燥，杂质的去除和预热等）3、粉料的制备，将聚合物、增塑剂=稳定剂等依次加入混合设备（密炼机）中，在制定的温度下混合，制备粉料。4、将制备好的粉料在正确的加工设备下进行加工成型。4.3成型工艺的确定根据塑料制件的结构特点、尺寸精度要求、产量，确定成型方法为注射成型。选择原因如下：根据塑件外形尺寸，表面要求。成型周期短，能一次成型外形尺寸复杂，精确的制品对成型塑件的适应性强，生产效率高，易于实现自动化。是一种比较经济而先进的成型技术，节省成本。4.3.1成型设备的选择1、手拎带尺寸图如下，根据此图求出制品的体积V。根据图求的该制品的塑件体积2、初定型腔数、生产批量：小批量生产，一模一腔。3、根据下列公式计算注塑机的注射量的最小值式中：—一个成型周期内所需注射塑料的体积（）；—型腔数目；—单个塑件的体积（）；—浇注系统凝料和飞边所占塑料的体积（）；—注塑机的额定注射量（）；4、根据求得的初选注射机，以下为注射机的基本参数：注塑机的型号为：PD60–A1注塑机的技术参数：射胶装置：螺杆直径螺杆长径比射胶重量射胶容量射胶压力射胶行程最高射出率螺杆转速电热功率锁模装置：拉杆内距锁模力容模厚度开模行程顶针行程顶针顶出力其他：油系统最高压力电动马达功率重量外形尺寸长×宽×高油箱容积图2-2-2注塑机机头图4.3.2工艺确定1、注射容量满足，该注塑机的注射容量能满足制品成型的需要。2、锁模压力—额定锁模力—塑件和浇注系统在垂直于合模方向平面上的投影面积—模具型腔及流道内塑料熔体平均压力满足，该注塑机的锁模压力能满足制品成型的需要。3、注塑压力注塑机的最大注塑压力为：制品成型所需的压力为（40～130）：满足注塑机的最大注塑压力制品成型所需的压力，该注塑机的注塑压力能满足制品成型的需要。4、喷嘴球面半径设计的该模具主流道始端的球面半径为：SR12注塑机喷嘴头的球面半径为：SR10满足注塑机喷嘴头的球面半径模具主流道始端的球面半径，该注塑机满足要求。5、喷嘴孔直径设计的该模具主流道的直径为：注塑机的喷嘴孔直径为：满足注塑机喷嘴孔的直径模具主流道的直径，该注塑机满足要求。6、浇口套定位圈尺寸注塑机固定模板上定位孔与模具定模板上凸出的与主流道通信的定位圈取较大的间隙配合。设计的浇口套定位圈直径为注塑机定位孔的直径为4.4注射工艺过程中的工艺参数注射模塑工艺工程包括：成型前的准备，注射过程，制件的后处理等。先分析如下：4.4.1成型前的准备注射前检查注射机是否能正常工作，还有原料是否能满足注射的条件等。2、加工前将设备进行预热，以提高成型过程的热传递，加工时间，物料的塑化受热均匀程度。3、在注射机料斗中加入成型注射时所需的足够物料，以免发生物料的短缺4、成型原料是否预处理（干燥，杂质的去除），料筒是否清洗等。4.4.2注射成型过程中的条件分析控制1、温度：注塑过程中的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种是影响塑料的塑化和流动，后者则影响塑料的流动和冷却。（1）料筒温度的确定熔料温度是很重要的，所用的射料缸温度只是指导性的。熔胶温度可在射嘴处量度或使用空气喷射法来量度。射料缸的温度设定取决于熔胶温度、螺杆转速、背压、射料量和注塑周期。如果没有加工某一特定级别塑料的经验，应从最低的设定开始。为了便于控制，射料缸分了区，但不是所有都设定为相同温度。如果运作时间长或在高温下操作，应将第一区的温度设定为较低的数值，这将防止塑料过早熔化和分流。注塑开始前，确保液压油、料斗封闭器、模具和射料缸都处于正确温度下。料筒温度一般自后至前逐步升高，以便均匀塑化。本设计中根据原材料聚丙烯的性能要求，选择料筒温度T=210-280(2)喷嘴温度喷嘴温度通常略低于料筒温度最高温度，这是为了防止熔料在直通式喷嘴可能发现“流延现象”。喷嘴低温的影响可以从塑料注射时所产生的摩擦热得到一定的补偿。但喷嘴温度也不能过低，否则将造成熔料的早凝将喷嘴堵死，或由于早凝料注入模腔影响制品的性能。本设计中很据成型中的料筒温度及制品要求，故选择喷嘴温度可比料筒温度低10-30℃（3）模具温度有些塑胶料由于结晶化温度高，结晶速度慢，需要较高模温，有些由于控制尺寸和变形，或者脱模的需要，要较高的温度或较低温度，如PC一般要求60℃以上，而PPS为了达到较好的外观和改善流动性，模温有时需要160根据制品及熔体塑料的温度，确定模具温度T=70-90.不仅有利于结晶，又有利于大分子的松弛，减少分子的定向作用，并可降低内应力。如模温过低，冷却速度太快，浇口过早凝料，不仅结晶度低，密度小，而且制品内应力较大，甚至引起充模不满和制品缺料。2、注塑压力：注塑压力是由注塑系统的液压系统提供的。液压缸的压力通过注塑机螺杆传递到塑料熔体上，塑料熔体在压力的推动下，经注塑机的喷嘴进入模具的竖流道（对于部分模具来说也是主流道）、主流道、分流道，并经浇口进入模具型腔，这个过程即为注塑过程，或者称之为填充过程。压力的存在是为了克服熔体流动过程中的阻力，或者反过来说，流动过程中存在的阻力需要注塑机的压力来抵消，以保证填充过程顺利进行。在注塑过程中，注塑机喷嘴处的压力最高，以克服熔体全程中的流动阻力。其后，压力沿着流动长度往熔体最前端波前处逐步降低，如果模腔内部排气良好，则熔体前端最后的压力就是大气压。影响熔体填充压力的因素很多，概括起来有3类：（1）材料因素，如塑料的类型、粘度等；（2）结构性因素，如浇注系统的类型、数目和位置，模具的型腔形状以及制品的厚度等；（3）成型的工艺要素。3、注塑时间这里所说的注塑时间是指塑料熔体充满型腔所需要的时间，不包括模具开、合等辅助时间。尽管注塑时间很短，对于成型周期的影响也很小，但是注塑时间的调整对于浇口、流道和型腔的压力控制有着很大作用。合理的注塑时间有助于熔体理想填充，而且对于提高制品的表面质量以及减小尺寸公差有着非常重要的意义。注塑时间要远远低于冷却时间，大约为冷却时间的1/10～1/15，这个规律可以作为预测塑件全部成型时间的依据。在作模流分析时，只有当熔体完全是由螺杆旋转推动注满型腔的情况下，分析结果中的注塑时间才等于工艺条件中设定的注塑时间。如果在型腔充满前发生螺杆的保压切换，那么分析结果将大于工艺条件的设定。4、保压压力与时间在注塑过程将近结束时，螺杆停止旋转，只是向前推进，此时注塑进入保压阶段。保压过程中注塑机的喷嘴不断