1、1北 方 民 族 大 学课程设计报告课程名称 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2目录1 杯盖 .31.1 杯盖的原材料选择 .31.2 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 .91.4.2 充模阶段 .101.4.3 压实阶段 .101.4.4 倒流阶段 .
2、101.4.5、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 .142 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 .162.2.1 原料选择 .162.2.2 性能与特点 .172.2.3 聚丙烯的成型特性 .172.2.4 设计注意 .182.2.5 材料收缩率 .182.2.6 塑件形状、尺寸大小的确定
3、.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） .202.3.1 生产方法 .202.3.2 工艺过程 .202.3.3 工艺流程-流程图 .212.4 生产工艺参数的确定 .212.5 工艺过程与操作说明 .2232.5.1 型坯成型 .222.5.2 型坯吹胀 .232.5.3 制品冷却及固化 .232.6 生产工艺配套设备的选择 .232.6.1 计算塑件的体积和质量 .252.6.2 确定注塑机型号 .263 标签 .273.1 包装薄膜原材料选择 .273.2 外包装 .273.3 包装薄膜工艺过程及操作说明 .283.4 热转
4、印商标 .283.5 湿胶粘合剂商标 .294 塑料提绳 .294.1 市场调查及本设计制品所需原材料的分析 .294.2 材料的选择与性能对比 .314.2.1 塑件的原材分析 .324.2.2 塑件的工艺分析 .334.2.3 通过产品的使用性能以及美观要求进行配方设计 .344.2.4 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 .354.3.1 成型设备的选择 .354.3.2 工艺确定 .384.4 注射工艺过程中的工艺参数 .404.4.1 成型前的准备 .404.4.2 注射成型过程中的条件分析控制 .404.5 工艺过程与操作说明 .434.5
5、.1 加工注射前的的设备和原料的准备 .434.5.2 成型注射工艺过程 .434.5.3 注射过程中的对简单流程的要求与设计 .444.6 生产工艺设备配套 .464.7 设计说明和总结 .475 总结 .476 参考文献 .4841 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
6、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，在低于-35才会发生脆化。 3、化学稳定性：聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定。 4、电性能：聚丙烯的高频绝缘性能优良，由于它几乎不吸水，故绝缘性能不受湿度的影响。综合以上特点，所以选用聚丙烯作为瓶盖的原材料。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
7、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。5（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
8、。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6材料，常用的着色剂有金属絮片、珠光色料、磷光色料
9、、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
10、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7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
11、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，
12、液体石蜡、8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
13、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9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
14、，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
15、，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料筒温度/塑料后段 中段 前段喷嘴温度/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/sPP 220 240 260 220 70-90 70-120 72 10 301.4 注射过程10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
16、。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
