聚合物成型及工艺设备课程设计)
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高分子材料成型工艺
设计说明书
塑料成型洗脸盆
起止日期： 2012 年 6 月 1 日 至 2012年 6月 10 日
学生姓名
班级
学号
成绩
指导教师(签字)
包装与材料工程学院
2012年 6 月 10 日
2 目录
Ⅰ、 塑料脸盆设计前分析准备..........................3
一、制件分析....................................3~4
二、材质性能分析................................5~7
三、成型设备分析................................8
Ⅱ、 模具、螺杆等关键部件设计.........................9
一、 分型面位置的分析和确定...................9~10
二、 塑件型腔数量及排列方式的确定..............11
三、 浇注系统的形式选择和截面尺寸的计算.....12~15
四、 成型零件结构设计.....................16~18
Ⅲ、温度调节系统的设计........................19~20
Ⅳ、锁模力的校核..................................21
Ⅴ、模具总体结构...............................22~23
Ⅵ、制作工艺......................................24
Ⅶ、产品成本预算..................................25
Ⅷ、参考文献......................................25
3
内
容
及
任
务
Ⅰ、脸盆设计前分析准备
一、制件分析
1、制件尺寸分析
技术要求:1、塑件表面光洁；2、大批量生产；3、未注圆角R1-R2。（单位：mm）
图号 材料 尺寸序号
A B C D E
03 PP 178 162 120 12 1.5
A、外顶圆半径 B、内顶圆半径 C、底圆半径 D、塑件高度 E、塑件厚度
塑料洗脸盆二维图
2、制件材料分析
该塑件为脸盆盘，材料为共聚PP（聚丙烯），进行大批量生产。其各尺寸如图所示：主体部分是厚度为1.5mm的薄壳，圆锥侧面与底面的过渡圆角为R=20,结构简单,易于成型。
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塑料洗脸盆三维图
参考配方：
共聚PP（牌号PX0020）100份；
EVA（增韧剂） 15份；
碳酸钙（降低成本，提高制品尺寸稳定性、耐磨性） 17份；
偶联剂：钛酸酯/铝酸（增强树脂与填料的界面作用） 1份；
DLTP 0.5份 、抗氧剂1010 0.5份、UV-327 0.5份（抗老化）；
群青 0.00015份 、 酞菁蓝 0.00005份（天蓝色） 。
工艺：滑石粉烘干（80~100℃）再加入偶联剂混合后，将混合物同共聚PP、EVA抗老化剂、着色剂一起高速捏合。先将混合后的物料进行挤出造粒，再注射成型得到制品。
5 二、材质性能分析
1、材料的主要技术参数
材料：共聚PP
制造商 Borealis OPP S A
牌号 PX0020
材料缩写 PP
纤维 / 填充物 17% Calcium Carbonate 填充
需要达到的性能要求如下(塑料洗脸盆)：
MFR(g/10min)： 9-18
拉伸强度/ MPa： ≥20
弯曲强度/MPa： ≥40
缺口冲击强度/kJ.m-2： ≥50
断裂伸长率/%： 100-200
热变形温度/℃： ≥120℃
成型收缩率（%）： <1.0
密度/g ·cm-3 1.0±0.1
燃烧残留率/% 35±5
耐候性 A级
形状：圆形 可盛装水 直径32cm，高10cm
成型方法：注射成型
重量：300g 左右
材料力学性能：
试样厚度（d） 试样宽度（b） 断裂伸长率 拉伸断裂应力 拉伸强度 最大力
mm mm ％ MPa MPa kN
第 1
根 4 10 119.95 20.23 29.25 1.17
第 2
根 4 10 195.29 8.98 29.14 1.17
第 3
根 4 10 153..78 8.71 28.6 1.14
第 4
根 4 10 123.2 17.43 28.62 1.14
第 5
根 4 10 157.53 9.41 29.22 1.17 6
应力-应变曲线0369121518212427300102030405060708090100%MPa
2、材料性能分析
①成型性能
洗脸盆选用聚丙烯（PP）成型，聚丙烯为结晶性高聚物，吸水率很低，约为0.03%～0.04%。注射时一般不需要进行干燥。PP的熔点为160～175℃，分解温度为350℃，所以成型温度范围较宽，约为205～315℃，其最快结晶速度的温度为120～130℃。注射成型利用PP的熔体流动性较好，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210～300℃；生产厚壁制件时，为了防止熔体在料筒内停留过长而分解，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，制品容易发生翘曲变形。
PP熔体的流变特性是黏度对剪切速率的依赖性比温度的依赖性大。因此，在注射冲模时，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有利。
PP的结晶能力较强，提高模具温度将有助于塑件结晶度的增加，甚至能够提前脱模。基于同一理由，塑件性能应与模具温度存在密切关系。生产上经常采用的模具温度应为70～90℃，在这种情况下，不仅有利于结晶，而且有利于大分子的松弛，从而减小分子的定向作用，并降低内应力。如模具温度过低，冷却速度太快，浇口过早冷凝，不仅结晶度低，密度小，而且制件内应力较大，7 甚至引起充模不满或缺料的现象。
冷却速度不仅影响结晶度，还影响晶体结构。急冷时呈碟状晶结构，缓冷时呈球状晶结构。晶体结构不同则制件的物理力学性能也将各异。
此外，由于PP的玻璃化温度低于室温，当制件在室温下存放时常发生后收缩现象，其原因是PP在这段时间内仍在结晶。后收缩量随制件厚度而定，越厚的，后收缩率越大。后收缩总量的90%约在脱模后6h内完成，剩余10%约发生在随后的10天内，所以塑件在脱模24h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小后收缩。对尺寸稳定性要求较高的制件，应进行热处理。
○2使用性能
PP是塑料中密度最小的一种；耐化学腐蚀性优良，但遇芳香族和氯化烃溶剂会发软、溶胀；其高频绝缘性良好；不受湿度影响；强度、刚度和硬度均优于高密度聚乙烯；耐热性能较好，可在100℃左右使用；尺寸稳定性优良；耐蒸汽。一般构件如泵叶轮、汽车零件；化工容器、管道、涂层；电绝缘件；丝及织物等，用途十分广泛。
③主要性能指标
表１-１
密度 0.90～0.91g/cm3 比体积 1.10～1.11
吸水率/24h 0.01%～0.03% 玻璃化温度 135oC
熔点 170～176oC 计算收缩率 1.2%～1.4%
比热容 1930J/(kg.k) 抗拉屈服强度 37MPa
抗拉强度 37MPa 拉伸弹性模量 1.1～1.6GPa
抗弯强度 67.5MPa 弯曲弹性模量 1.45MPa
8 三、成型设备分析
注射模是安装在注射机上使用的工艺装备,因此设计注射模是应该详细了解现有注射机的技术规格才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是依据塑件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,最大和最小模具厚度,推出形式,推出位置,开模距离等进行计算。
（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。
1000g共聚PP树脂
XS—ZY—500注射机
XS-ZY-500型注射机主要参数
型 号
XS-ZY-500 螺杆转速/（r/min） 10、35、32、38、42、50、63、80
理论射量（最大）/cm3 500 注射方式 螺杆式
螺杆（柱塞）直径/mm
65 模板最大行程/mm
500
注射压力/MP
104 模具最大厚度/mm
450
注射行程/mm
200 模具最小厚度/mm
300
注射时间/s 2.7 拉杆空间/mm 500×440
锁模力/kN 3500 推出方式 中心及两侧推出
最大成型面积/cm2 1000 定位圈尺寸 Φ150
（2）注射工艺参数
表１-２
注射成型机类型 螺杆式 转速r/min 30-60
机筒前段温度℃ 180～200 机筒中段温度℃ 200～220
机筒后段温度℃ 160～180 喷嘴温度℃ 170～190
模具温度℃ 40～80 喷嘴形式 直通式
注射压力MPa 70～120 保压力MPa 50～60
注射时间s 0～5 保压时间s 20～60
冷却时间s 15～50 成型周期s 40～120
