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大学本科毕业设计（论文）-1-第一章概述1.1塑料的概述塑料是以合成树脂为基本成分，再加入各种添加剂，如填充剂、稳定剂、增塑剂、固化剂、润滑剂、着色剂、抗静电剂、发泡剂、溶剂、稀释剂等，经一定的温度和压力塑制成形，且在常温下能保持形状不变。1.1.1塑料的组成：①合成树脂：是人工合成的高分子化合物，是塑料中最重要的组成成分，约占塑料质量的40%-100%，它决定了塑料的基本性质。②添加剂：填充剂、稳定剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、固化剂等常用的添加剂。另外，根据塑料品种及使用要求，还可选择性地加入如发泡剂、阻燃剂、发光剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等添加剂。1.1.2塑料的分类：1）按受热、冷却时树脂呈现的特性分类a、热塑性塑料受热时成熔融状态，可以反复成型加工使用。常用的有聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS等。b、热固性塑料加工成型后不可以熔化和溶解，不能反复成型加工。常用的有酚醛塑料、环氧塑料、氨基塑料、有机硅塑料、不饱和聚酯、硅酮塑料等。2）按塑料的用途分类⑴通用塑料通用塑料是指产量大、价格低的塑料，多用于一般工农业生产和日常生活之中，主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等品种。①聚乙烯聚乙烯是由乙烯单体聚合而成的采用不同的聚合条件可得到不同性质的聚合物，如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、中密度聚乙烯等。低密度聚乙烯广泛用于各种食品及用品的包装袋。高密度聚乙烯以及中密度聚乙烯适合作为液体、化肥以及重大物体的包装材料。②聚氯乙烯聚氯乙烯是由乙烯气体与氯化氢合成氯乙烯单体，再聚合成聚氯乙烯。硬质聚氯乙烯的强度高可在-15～60℃使用。它的电绝缘性和化学稳定性也很好，常用于输送酸、碱、纸张等用的管道及化工耐腐蚀管道、通风管、气体管、输油管等。也用于制造灯座，插头、开关及其它电气、电信方面的用具。软质聚氯乙烯强度低，伸长率高，易老化，但具有密度小、隔热、隔音及防震等特点，多用于电线、电缆绝缘层、密封件，衬垫等。③聚苯乙烯聚苯乙烯具有很好的加工性能与电绝缘性，有良好的隔音、隔热及防大学本科毕业设计（论文）-2-震性能，广泛用做仪器的包装与隔热材料。④聚丙烯聚丙烯的强度、硬度及弹性模量等均优于高密度聚乙烯。它可在100℃不变形，同时电绝缘性优越，可用来制造机器上的某些零部件，如法兰、齿轮、风扇叶轮、泵叶轮、接头、汽车方向盘调节盖等。它还可以制作各种化工容器，管道，阀门配件，泵壳以及收音机、录音机的外壳。⑵工程塑料通常是指力学性能较好，并能在较高温度下长期使用的塑料。常见的有ABS、PA、PC、POM、PMMA、PET、PBT等，前四种发展最快，为国际上公认的四大工程塑料。①聚酰胺聚酰胺的商业名称是尼龙或锦纶。它广泛用于100℃以下工作的机器、化学及电器零件。②聚甲醛它具有优良的综合力学性能，其抗拉强度达75MPa，弹性模量和硬度较高，抗冲击、抗疲劳、减摩性能好，可在104℃下长期使用。但遇火会燃烧，在大气中暴晒还会老化。③聚砜聚砜可用于高强度、耐热、抗蠕变的构件和电绝缘件，如各种电气设备的壳体、仪表盘、配电盘、真空泵叶片等。④聚碳酸酯聚碳酸酯具有优良的综合力学性能，冲击韧度尤为突出；透明度高，可染成各种颜色，被誉为“透明金属”；耐热性比一般尼龙、聚甲醛略高，且耐寒，可在-100～145℃的温度范围内使用。它多用于制造机械工业中受载不大，但冲击韧度和尺寸稳定性要求较高的零件，如轻载齿轮、心轴、凸轮、蜗轮、蜗杆等，由于透明度高，在航空航天工业中也用于制造信号灯，挡风玻璃、座座舱罩等。⑤聚四氟乙烯聚四氟乙烯具有优良的耐腐蚀、耐老化及电绝缘性，几乎能耐所有化学药品的腐蚀包括王水。⑥聚甲基丙烯酸甲酯商业名称为有机玻璃。用它可制作飞机的座舱、弦窗、电视和雷达标图的屏幕、汽车挡风板、仪器和设备的防护罩、仪表外壳、光学镜片等。⑦ABS塑料ABS塑料具有坚韧、质硬、刚性好的综合力学性能，易于成形和电镀，耐热，耐腐蚀以及尺寸稳定性较好，可用于制造点击、仪表、电话、电视机、收录机的外壳及有关元件，还可用来制作汽车的方向盘、手柄以及化工管道与容器等。⑧酚醛塑料酚醛塑料具有耐热、绝缘、刚性大、化学性能稳定性好的特点。⑨环氧塑料它具有较高的强度、韧性及优良的绝缘性，并能耐-80～155℃的冷热以及酸、碱、有机溶剂的浸蚀。但他的成本高于酚醛塑料。⑶特殊功能塑料具有特殊功能的塑料，如导电塑料、导磁塑料、导热塑料等。1.1.3塑料的性能和用途1）质量轻塑料是一种轻质材料。普通塑料的密度约是铝材的1/2，钢材的1/5.这对于减轻自重的车辆、船舶和飞机有着特别重要的意义，由于质量轻，塑料特别适合制大学本科毕业设计（论文）-3-造轻巧的日用品和家用电器。2）电气绝缘性好其相对介电常数低至2.0，而高值可达十几甚至更高。被广泛用于电机、电器、电子工业中。3）比强度比刚度高强度与相对密度之比称为比强度，弹性模量与密度之比称为比刚度。通常，塑料的比强度接近或超过普通金属材料，因此可用于制造受力不大的一般构件。一些玻璃纤维、碳纤维增强塑料的比强度和比刚度相当高，甚至超过钢、钛等金属，已在汽车、造船、航天和国防工业中应用。4）化学稳定性好一般塑料均具有一定的抗酸、碱、盐等化学腐蚀的能力。其中最突出的代表是聚四氟乙烯，它对强酸、强碱及各种氧化剂等腐蚀性很强的介质都完全稳定，甚至在沸腾的“王水”中也无动于衷，核工业中用的强腐蚀剂五氟化铀对它也不起作用。因此在化工设备制造中有极其广泛的用途。如制造各种管道、密封件、换热器和在腐蚀介质中有相对运动的零部件等。5）减摩、耐磨性能优良，减震消声性好。可用于制造一些高速运转的仪表齿轮、滚动轴承的保持架、机构的导轨等。6）热导率低，一些塑料具有良好的光学性能。塑料的热导率一般为0.17～0.35W/(m.℃)，钢的热导率为46～70W/(m.℃)比金属热导率低得多。可以用来制作需要保温和绝热的器皿或零件。有些塑料具有良好的透明性，透光率高达90％以上，如有机玻璃、聚碳酸酯、聚苯乙烯等都具有良好的透明性，他们可用于制作光学透镜，航空玻璃、透明灯罩以及光导纤维材料等。1.2塑料的主要成型方法及工艺性能1.2.1塑料的主要成型方法随着加工温度的逐渐升高，塑料将经历玻璃态、高弹态、粘流态直至分解。处于不同状态下的塑料表现不同的性能，这些性能在很大程度上决定了塑料对加工的适应性、可模塑性、可延性、可纺性、可机加工性等。一般的，塑料的成型方法很多，主要有八种：1）注射成型注射成型是指通过注射机的螺杆或柱塞的作用，将熔融塑料注入闭合的模具型腔，经过保压、冷却、硬化定型后，即可得到模具成型出的塑件。2）压塑成型是将预热过的塑料原料放在经过加热的模具型腔内，凸模向下运动，在热和压力的作用下，塑料呈熔融状态并充满型腔，然后固化成型。压铸成型压铸成型是指通过压料柱将加料室内受热熔融的塑料经浇注系统压入加热的模具型腔，然后固化定型。3）挤出成型挤出成型是利用挤出机的螺旋杆加压，连续地将熔融的塑料从料筒中挤出，通过特定的截面形状的机头模成型并借助于牵引装置将挤出的塑料均匀拉出，大学本科毕业设计（论文）-4-同时冷却定型，获得截面形状一致的连续型材。4）吹塑成型它是将挤出的熔融塑料毛坯，置于模具内，借助压缩空气吹胀而贴于型腔壁上，经冷却硬化为塑料。此方法主要用于成型空心塑件。5）压延成型它将塑化的热塑性塑料，通过两道或多道旋转的滚筒间隙挤压延展，连续生产塑料薄膜或片材。6）发泡成型将发泡性树脂直接填入模具内，使受热熔融，形成气液饱和溶液，通过成核作用，形成大量微小泡核，泡核增长，制成泡沫塑件。常用发泡方法有三种：物理发泡法，化学发泡法和机械发泡法。7）真空及压缩空气成型把热塑性塑料板片固定在模具上，用辐射加热器进行加热，加热到软化温度后，用真空泵把板材和模具间的空气抽掉，靠大气的压力使板材贴合在模具的型腔表面，冷却后固化成型。1.2.2塑料的成型工艺性能塑料的工艺性能表现为许多方面，有些性能直接影响成型方法和工艺参数的选择，有些则与操作有关。主要表现为：①收缩性其中包括成型收缩的形式、收缩率的计算、影响收缩率变化的因素。②流动性在成型过程中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填型腔的能力。③其他工艺性能结晶性、热敏性、水敏性、吸湿性、水分和挥发物含量、应力敏感性、相容性、比体积与压缩比、硬化特性。1.3注塑模具的现状和发展趋势塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成型的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具。注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量已超过50吨，最精密的注塑模具精度已达到2微米。制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，以CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新结果不断涌现，特别是汽车、家电等工业快速发展，使得注塑模的发展迅猛。经过近几年的发展，塑料模具已显示出一些新的发展趋势：1.大力提高注塑模开发能力。2.注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术。3.模具生产正在向信息化迅速发展。大学本科毕业设计（论文）-5-第二章模具结构的总体设计2.1模具结构型式初步确定2.1.1塑件成型工艺的可行性分析：1）塑件分析：图2.1塑件3D图图2.2塑件2D图根据蜡烛座的使用环境和使用要求，查表可知PC有一定化学稳定性、力学性能好、抗冲击、阻燃、吸水性小。故：①塑件材料选为：PC(聚碳酸酯)②色调：不透明大学本科毕业设计（论文）-6-③生产纲领：中批量2)结构分析①该塑件作为支撑件，中间有空的内腔，在不同的型腔中成型，必须保证塑件的同轴度和垂直度，所以在模具设计和制造上要有精密的定位措施和良好的加工工艺，以保证塑件外观。②该塑件侧向弧线多，要求外观美观，必须采用侧向抽芯保证外观平整。3)成型工艺分析①精度等级采用一般精度5级。②脱模斜度该塑件外表面成光面，弧线多，不需要放脱模斜度，其内腔查参考文献有型芯30′～50＇，其中内腔小半径的不放脱模斜度，起定心作用。2.1.2热塑性塑料（PC）的注射成型过程及工艺参数1)注射成型过程①成型前的准备对PC的色泽、细度和均匀度等进行检验。由于PC吸湿性极小，但水敏性强，含水量不得超过0.2%，加工前必须干燥处理。干燥条件：真空度为a103.93P，烘箱温度为120℃，料层厚度25mm，干燥时间为4h。②注射过程塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，有模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却5个阶段。③塑件的后处理采用退火处理，以消除内部应力，其热处理条件差参考文献有处理温度为130℃～135℃；处理时间为1h。2.1.3PC的注射工艺参数①注射机：螺杆式②螺杆转速（r/min）：28r/min。③料筒温度（℃）：后段210～240；中段230～280；前段240～285。④喷嘴温度（℃）：240～250；喷嘴形式：自锁式。⑤模具温度（℃）：90～110。⑥注射压力（MPa）：80～130。⑦保压压力（MPa）：50～60。⑧成型时间（s）；注射时间20～90高压0～5冷却时间20～90成型总周期40～190注：螺杆带止回环。2.1.4PC的性能分析1）使用性能大学本科毕业设计（论文）-7-阻燃好，透光率较高，介电性能好，吸水性小力学性能很好，抗冲击、抗蠕变性能突出，但耐磨性较差，符合塑件的要求。2）成型性能①结晶性较差，只有在特定条件下才产生结晶。吸水性极小但水敏性强，含水量不得超过0.2%，加工前必须干燥处理。②流动性差，溢边值为0.06mm左右，流动性对温度变化敏感，冷却速度快，用螺杆式这涉及注射室喷嘴宜用自锁式结构