年產(chǎn)600萬件手機后蓋注塑工藝設(shè)計

1、年產(chǎn)600萬件手機后蓋注塑成型工藝設(shè)計摘要手機后蓋是手機機外殼的重要構(gòu)成部分，不僅是消費者審美的體現(xiàn)，同時能 保護(hù)內(nèi)部元件不受損害。目前主流的成型方法是注塑成型，但生產(chǎn)中存在表面質(zhì) 量不高，后續(xù)加工步驟多、工序繁雜等問題，此次畢業(yè)設(shè)計會對以上問題進(jìn)行改 進(jìn)優(yōu)化。該設(shè)計的圖紙包括成型設(shè)備圖、注射模具裝配圖、成型工藝流程圖、物 料循環(huán)圖、車間布局圖、全廠布局圖、制品圖，說明書內(nèi)容包括制品規(guī)格的確定、 生產(chǎn)配方的優(yōu)化、確定適當(dāng)?shù)某尚头椒ê退璧某尚驮O(shè)備（注射機、輔助成型） 臺數(shù)、對生產(chǎn)過程進(jìn)行熱量衡算和物料衡算、合理的車間和工廠布局（水路、電 路）、最后進(jìn)行工廠效益的核算。本次突出設(shè)計的模具的流道采

2、用的是熱流道設(shè)計, 流道中的凝料一直處于熔融態(tài)，無需凝料脫出，縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率， 也無需凝料回收加工，同時可以提升制品的表面質(zhì)量。關(guān)鍵詞：手機后蓋，注塑成型，熱流道The Injection Molding Process Design of 6 Million Mobile Phone Back CoverABSTRACTThe mobile phone cover is one importa nt comp onent parts of the mobile pho ne shell, not only embodies the consumer aesthetic, but

3、also protect the internal components from damage. The curre nt mai n formi ng method is injectio n moldi ng. In the product ion, there are many problems, such as, the surface quality is badly, the subsequent process ing steps is to much, the process is complicated, This graduati on desig n will be o

4、ptimized on the above problems. The desig n draw ings in clude mold ing equipme nt drawing, injection mold assembly drawing, molding process flow diagram, material cycle diagram, workshop layout, whole plant layout drawing. The instructions of in clude determ ining the specificati ons of product ion

5、, the optimizati on of producti on formula, the proper molding Method and equipment for molding (injection molding machine, auxiliary units). Beside, I lcalculate the heat quality and material in the process of the product ion, the reas on able layout of workshop and factory (water, pla nt, circuit)

6、 and the ben efits of factory. Fi nally the desig n of the runner mold is hot runner, the coagulati on material in which has bee n in a molte n state, without the extrusi on, the moldi ng cycle will be shorte n and the efficie ncy will be improved. At the same time, there is no n eed to recycle and

7、process the coagulati on material, and this method can improve the surface quality of the products.KEY WORDS: Mobile phone cover, Injection molding , Hot runner前 言2第1章制品分析及生產(chǎn)配方設(shè)計 41.1制品結(jié)構(gòu)分析和工藝分析 41.1.1制品結(jié)構(gòu)分析 41.1.2制品工藝及性能分析 51.2產(chǎn)品配方設(shè)計6第2章注射機型號的選定 82.1制品體積、重量的計算 82.2型腔數(shù)目的確定 82.3注射機型號的確定 92.4注射機工藝參數(shù)校核

8、 92.4.1注射機注射容積的校核 92.4.2注射機注射壓力的校核 92.4.3注射機鎖模力的校核 102.4.4注射機開模行程校核 102.4.5注射機與模具安裝部位相關(guān)尺寸的校核 10第3章模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 123.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計 123.2成型零部件設(shè)計 133.3導(dǎo)向和定位部分的設(shè)計 133.4脫模機構(gòu)的設(shè)計 133.5排氣機構(gòu)的設(shè)計 143.6模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 143.7注射模具模架的選擇 143.8注射模具材料的選擇 15第4章 注塑工藝過程及過程控制 164.1工藝過程164.1.1成型前的準(zhǔn)備過程 164.1.2注射過程164.1.3后處理164.2注射過程控制174.2.

9、1 塑化174.2.2流動與冷卻17第5章工廠設(shè)計與計算 195.1物料與能量計算 195.1.1物料衡算195.1.2能量衡算195.2車間布置205.2.1生產(chǎn)設(shè)備布局 215.2.2車間非工藝設(shè)計 215.3工廠布置22第6章 工廠生產(chǎn)和效益計算 236.1生產(chǎn)安排236.1.1生產(chǎn)人員的配備 236.1.2車間人員編制 236.2工廠核算246.2.1工廠面積成本預(yù)算 246.2.2生產(chǎn)設(shè)備花費預(yù)算 256.3效益核算256.3.1產(chǎn)品費用預(yù)算 256.3.2員工工資預(yù)算 266.3.3利潤核算26結(jié)論27謝辭28參考文獻(xiàn)29附 錄30自智能手機問世以來，越來越多的我們從來無法想象的功

10、能逐漸的來 到我們身邊，智能手機已經(jīng)和我們的生活息息相關(guān)，智能手機已然取代了 我們身邊很多常用的電子設(shè)備，改變著我們的生活方式以及周邊的行業(yè)。 近年來，隨著國產(chǎn)品牌華為、小米、魅族、OPPO、VIVO等的崛起，智能手機無論從價格上還是從質(zhì)量上來說均的到了消費者的認(rèn)可。據(jù)統(tǒng)計，至2016為止年全球智能手機總銷量超過14.7億部，智能手機出貨量的增加，相應(yīng)的手機配件市場也是發(fā)展迅速。所以近年來手機配件市場需求量 巨大，以上這些特點在手機外殼上體現(xiàn)的尤為明顯。手機后蓋做為手機外 殼的重要部分，其市場前景更為廣闊。手機后蓋屬于薄壁、面積較大的制 品，目前工業(yè)主要成型方法為注塑成型，生產(chǎn)過程中存在生產(chǎn)效

11、率低，表 面質(zhì)量不高，后續(xù)加工步驟多、工序繁雜等問題。這些問題可以通過對原 料改進(jìn)，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，進(jìn)行工藝控制等方法進(jìn)行改進(jìn)。為了滿足使用要求，塑料手機后蓋所用的塑料為工程塑料，主要為聚 碳酸酯（PC）、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS）和聚碳酸酯+丙烯晴-丁二 烯-苯乙烯三大類。PC材料強度高，抗拉伸強度69MPa、抗彎曲強度 96MPa、耐高溫、長期使用可耐130 C溫度環(huán)境、透明性好、無毒2。最早韓國幾家手機制造商采用高流動性牌號純PC材料進(jìn)行生產(chǎn)，但PC原料配色及表面涂覆不如ABS，稍后主張采用 PC+ABS材料，PC/ABS是合成材料，是兩者的共 混產(chǎn)物，兼具PC和ABS的特點并且具有

12、優(yōu)良的成型加工性能，流動性好，強度較高（抗拉伸強度 56MPa，抗彎曲強度 86MPa）3。日本的廠家的高端 手機后蓋主要采用 PC+ABS的材料，而對于檔次較低的手機外殼直接采用 ABS做手機外殼。但隨著高分子學(xué)科的發(fā)展，PC生產(chǎn)成本的降低，而且人們對手機外觀的審美，力學(xué)，輕量化的一系列要求的不斷提高，PC材質(zhì)的手機外殼由于使用性能好，雖然表面配色以及涂覆性不如ABS，但是隨著共混技術(shù)的日漸成熟和手機外殼貼膜技術(shù)的發(fā)展，還有模具設(shè)計、注塑 技術(shù)等方面的突破， 最近幾年手機廠家開始不斷推出PC材質(zhì)的手機外殼，2013年主打青春時尚色彩的Ipone5C采用的就是 PC材質(zhì)的手機后蓋，這款手機一上

13、市就得到了受到年輕人的追捧，之后國產(chǎn)手機廠家也開始推出 手機外殼為 PC材質(zhì)的手機，小米的紅米系列手機，就是此類代表。使得 PC材質(zhì)的手機后蓋占有絕對的主導(dǎo)市場，各大手機廠商采用PC材料做手機殼料的比例正在逐漸上升。第1章制品分析及生產(chǎn)配方設(shè)計1.1制品結(jié)構(gòu)分析和工藝分析1.1.1制品結(jié)構(gòu)分析圖1-1為就是本次設(shè)計的制品主視圖，材質(zhì)為PC。因為手機在使用過程會出現(xiàn)磕碰，手機后蓋需要有一定的強度，韌性和抗劃痕性。手機后蓋上 有一定數(shù)量的卡扣，需要一定的裝配精度才能與手機機身進(jìn)行準(zhǔn)確的配合。 由于制品是手機后蓋，塑件表面要求無熔接痕，飛邊，毛刺等缺陷外，其 表面粗糙度無特殊要求。制品精度等級要求不

14、高，采用一般精度（5級精度）即可，該制品尺寸未注公差，公差等級查表可選用MT3。該制品壁厚均勻，形狀較為規(guī)則，成型要求容易控制為了方便脫模，制件需有一定的脫模斜度。聚碳酸酯屬于硬質(zhì)塑料，根據(jù)表1-1內(nèi)外脫模斜度應(yīng)取 2 30為宜，在脫模時可采用推板和推桿聯(lián)合脫模以使其成功脫模。表1-1單邊脫模斜度推薦值脫模咼度/mm61010181830自潤滑性塑料1 451 3010 45軟質(zhì)塑料21 451 301 15硬質(zhì)塑料2 302 1521 451.1.2制品工藝及性能分析1. PC注射成型工藝過程(1) 成型前的準(zhǔn)備：對原材料進(jìn)行預(yù)處理(主要是進(jìn)行干燥處理)、對料桶進(jìn)行清洗(防止雜質(zhì)污染制品)、

15、選用適當(dāng)?shù)拿撃?2) 進(jìn)行注射、成型，得到制品。(3) 制件的后處理。2. PC注射成型工藝參數(shù)(1 )注射機：螺桿式(2) 螺桿轉(zhuǎn)速(r/min ) : 28(3) 預(yù)熱和干燥：溫度(C)110120 時間(h)810(4) 密度(g/ cm3) :1.181.22(5) 材料收縮率(%): 0.40.6(6) 料 筒溫度 (C ): 后段 210240 中 段 230280 前段 240285(7) 噴嘴溫度(C): 240250(8) 模具溫度(C): 85140(9) 注射壓力( MPa): 80160(10) 成 形時 間(S):注射 時間 2090 高壓時間 05 冷卻 時間

16、20120 總周期 50220(11 )適應(yīng)注射機類型：螺桿、柱塞均可(12)后處理：紅外線燈、烘箱溫度(110 C)時間(h) 243. PC性能分析PC是聚碳酸酯的簡稱，是一種無定型的熱塑性工程塑料，主鏈由碳酸酯鏈和苯環(huán)連接而成，碳酸酯鏈的柔性和苯環(huán)的剛性使其具有優(yōu)良的工程 性能。(1) 使用性能：力學(xué)性能好，又突出的拉伸強度和沖擊強度；耐寒熱性好，可在較寬的溫度范圍內(nèi)使用；吸水率低、成型收縮率低、尺寸精度 高；具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能以及以增強易阻燃、無毒、易著色。(2) 成型性能：PC為無定型塑料，牌號很多，各個牌號基本性能和成型特性各有差異，應(yīng)按品種確定成型方法及成型條件進(jìn)行分析；無

17、定型材料的熔體粘度對溫度敏感，高溫時易水解，制品質(zhì)量對含濕量很敏感，成型 前含水量應(yīng)小于0.02%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時間預(yù)熱干燥；流動性差，溢邊料 0.08mm左右；料溫對其性能影響較大、 料溫過高易分解，對要求精度較高的塑件，模溫宜取5060 C,要求光澤及耐熱型料宜取6080 C。注射壓力應(yīng)比加工聚苯乙烯稍高，一般選用螺桿式注塑機注射機進(jìn)行生產(chǎn)，溫度控制在160220 C，注射壓力100 MPa為宜；PC在升溫時粘度增高，塑料制品上的脫模斜度取值宜稍大，取1 以上，對收縮率影響極小4。1.2產(chǎn)品配方設(shè)計配方設(shè)計的目的是，在原料主要成分的基礎(chǔ)上，再不影響原有材料性 能

18、的情況下，通過一些助劑添加，來提升所生產(chǎn)制品的性能5。在配方設(shè)計中要注意：(1) 滿足材料使用的耐久性原則。(2) 充分發(fā)揮所添加的跟組分的作用。(3) 根據(jù)制品的使用環(huán)境以及使用性能，合理的添加助劑。(4) 降低成本。PC樹脂雖然具有優(yōu)良性能，但純的PC樹脂在成型過程中存在流動性差，制品耐磨性差等缺點。因此在生產(chǎn)中需采用合適牌號的原料，以滿足 生產(chǎn)需求。經(jīng)查閱資料，德國拜耳公司生產(chǎn)的牌號為PC1837的注塑級聚碳酸酯性能優(yōu)良，具有高沖擊強度、使用溫度范圍廣，良好的自由染色性， 耐疲勞性佳，耐磨損佳，制品成形收縮率低、尺寸穩(wěn)定性性好，無臭無味對人體無害，符合安全使用的標(biāo)準(zhǔn)第2章注射機型號的選定

19、隨著模具工業(yè)的發(fā)展，為了滿足生產(chǎn)，注射機的規(guī)格也變得多種多樣。進(jìn)行設(shè)計前需根據(jù)課題任務(wù)書的產(chǎn)量計算出能夠滿足生產(chǎn)所需注塑機的理 論規(guī)格，然后根據(jù)計算結(jié)果選擇能夠滿足生產(chǎn)需求的規(guī)格的注塑機，最后 對其參數(shù)進(jìn)行校核。2.1制品體積、重量的計算根據(jù)制品圖可知，設(shè)計制品長度為136mm，寬度為69.5mm，壁厚為1.5mm內(nèi)部兩個小長方體的底邊長依次為10mm、4mm。（制品的體積可近似按長方體減去中間兩個小的底面為正方形長方體的體積進(jìn)行計算）其體積為：V=136*1.5*69.5-（ 10*10+4*4）*1.5=9.326cm3查閱資料可知 PC的密度：1.181.22 g/ cm3，取1.18g

20、/ cm3，其質(zhì)量為：M=1.18*9.326=11g2.2型腔數(shù)目的確定每個模具設(shè)計之前都必須考慮型腔的數(shù)量，可以從注塑機規(guī)格、塑件 成本、交貨期等方面考慮，以確定模具是單型腔還是多型腔并決定型腔的 數(shù)量。根據(jù)任務(wù)書可知，年產(chǎn)量為600萬件手機后蓋，每模成型周期取60S，成品合格率 95%。整年工作日=全年365天-104個雙休日-7天固定假期 -30天（歇工、 檢修）-10 （意外故障）=214天（模具拆裝所需時間已經(jīng)包括）假設(shè)為一模一腔，一臺注塑機年產(chǎn)量=214*24*3600/60*0.95=308160 件注塑機臺數(shù)=6000000/308160=19.47 臺采用進(jìn)一法取值，取20

21、臺，考慮到生產(chǎn)過程成本的控制，由于本次模具采用熱流道設(shè)計，這類模具成本較高，若采用一模一腔設(shè)計，模具成本較高，因此模具設(shè)計采用一模2腔結(jié)構(gòu)，10臺注塑機進(jìn)行生產(chǎn)。2.3注射機型號的確定查設(shè)計資料可知PC塑料成型時注射壓力控制在80160MPa，手機后蓋屬于薄壁制品需要較大的注射壓力，但不能超過160MPa。綜合以上結(jié)果初步選定注射機型號為XZ-ZY-60 （臥式）注塑機。主要技術(shù)規(guī)格見表2-1 :表2-1注塑機主要參數(shù)理論注射容 積（cm3）60螺桿直徑（mm）30注射壓力（MPa ）180注射速率（g/s）70塑化能力（g/s）35螺桿轉(zhuǎn)速（r/mi n ）0-200鎖模力（KN ）400拉

22、桿有效距離（mm）220*300開模行程（mm）250噴嘴球半徑（mm）SR102.4注射機工藝參數(shù)校核2.4.1注射機注射容積的校核每臺注射機都有額定的注射容量，模具中塑件的體積與流道的體積之和不能超過該額定注射量，否則會造成缺料，影響制品質(zhì)量。設(shè)計主流道體積約為：V 3.14 X0.632 X2.5 = 3.988 2cm3因為該模具采用熱流道設(shè)計不存在分流道，無需考慮分流道體積，因此模具總共需填充塑件的體積約為：V= 2 X9.326+ 3.9882= 22.6402 cm322.6402cm3 60cm3,由注塑容量校核，該型號注塑機滿足生產(chǎn)使用要求。2.4.2注射機注射壓力的校核注射

23、壓力的校核主要是查驗注塑機提供的注射壓力是否能滿足制品成型時所需的壓力。由設(shè)計資料可知PC塑料在成型時壓力在 80160MPa之間，XZ-ZY-60型臥式注射機能提供的最大注射壓力為180MPa，能夠滿足PC塑料在成型過程中所需要用的壓力，符合生產(chǎn)要求。243注射機鎖模力的校核型腔數(shù)目是影響注射機鎖模力的大小的重要因素，當(dāng)模具的型腔數(shù)量確定之后就可以根據(jù)型腔數(shù)量對注射機的鎖模力進(jìn)行校核，檢驗是否滿足需要。在計算模具型腔內(nèi)的壓力時可按：P=kpP-模腔及流道內(nèi)塑料熔體的平均壓力（ MPa）p 注塑機料筒內(nèi)螺桿或柱塞施加個塑料熔體的壓力（MPa）k-損耗系數(shù)，在 1/32/3之間取值型腔壓力P與損

24、耗系數(shù)k之間的關(guān)系很復(fù)雜，不易取值，因此在生產(chǎn)中小型塑料制品時，為了便于計算，模腔內(nèi)壓力一般取2040MPa。這里取值40MPa。P值取定之后，根據(jù)公式：F=0.1PA=0.1 * 40 * 13.6 * 6.95 * 2= 380 KN（A為制件與流道在分型面上的投影面積）320KNV400KN,注射機鎖模力合適。2.4.4注射機開模行程校核每臺注塑機具有一定的開模行程，為了保證制件的順利取出，取出制件時的開模的離應(yīng)該小于注射機的最大開模行程。該模具是兩板式結(jié)構(gòu)，且采用的是熱流道結(jié)構(gòu)設(shè)計，不用考慮流道的脫出，因此凝料的脫出距離為0，因此開模行程的校核距離：開模行程 S塑件脫模距離+塑件高度

25、+ 510 （ mm）=150+1.5+10=161.5250 ，注射壓力合適。2.4.5注射機與模具安裝部位相關(guān)尺寸的校核由于注射機的規(guī)格不同，模具的安裝部位、形狀、尺寸均不相同。在模具設(shè)計過程中，要注意與注射機安裝部位的尺寸精度進(jìn)行配合，包括定位環(huán)、噴嘴、頂針和內(nèi)六角螺釘?shù)陌惭b位置。在設(shè)計及安裝過程中注意以下校核問題:(1) 注塑機噴嘴的球面半徑與定位環(huán)主流道入口處的半徑配合，一般前者稍小于后者12mm ,保證在注塑過程中減少溢料的產(chǎn)生，以免造成浪費。(2) 在安裝過程中保證注射機噴嘴與主流道中心線必須在一條直線 上。(3) 在安裝過程中，螺釘?shù)氖褂帽M量用標(biāo)準(zhǔn)件，以方便裝配減少不必 要的麻

26、煩。第3章模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計模具的結(jié)構(gòu)取決于塑件的結(jié)構(gòu)，模具的結(jié)構(gòu)一般包括澆注系統(tǒng)、成型 零部件、合模導(dǎo)向機構(gòu)、側(cè)向分型抽芯結(jié)構(gòu)、脫模機構(gòu)、排氣機構(gòu)和模溫 調(diào)節(jié)系統(tǒng) 。在本次設(shè)計中的制品中沒有與分型面垂直的孔結(jié)構(gòu)，在模具 設(shè)計中不用考慮側(cè)向分型結(jié)構(gòu)的設(shè)計。3.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計物料經(jīng)由注射機噴嘴射出經(jīng)由流道至模腔，這段流道就是澆注系統(tǒng)， 它包括主流道、分流道和澆口。由于本設(shè)計采用的熱流道熔融物料經(jīng)由主 流道熱咀直接充滿型腔，無須分流道和冷料井的設(shè)計，無流道凝料的產(chǎn)生。熱流道，又稱無流道，是近幾年來快速發(fā)展起來的一種流道設(shè)計方法9。在每個注射周期完成后，流道中的物料仍處于熔融狀態(tài)，下一個周期注射 時仍

27、然暢通，縮短了成型周期。熱流道的設(shè)計包括熱流道分流板和熱咀的設(shè)計。本次設(shè)計制品為手機后蓋，對其外觀質(zhì)量要求較高，在澆口的選擇上采用貝斯特公司生產(chǎn)的 MV25型針閥咀（見圖 3-1 ）該型號的澆口澆注的制品澆口痕跡漂亮，在制 品上不留下進(jìn)澆口殘痕，而且在注射過程中物料不會出現(xiàn)流涎和拉絲，適 合生產(chǎn)外觀質(zhì)量要求較高的塑件。圖3-1貝斯特?zé)?流道MV25型針閥咀分流板（見圖3-2 ）的設(shè)計采用直接進(jìn)料的熱分流板，熔融物料由主流道經(jīng)由熱流道分流板通過熱咀直接進(jìn)入型腔成型，保證制品的質(zhì)量。熱 流道分流板中設(shè)計有發(fā)熱管和感溫線，它們與外部熱流道溫控器相連，以 此來控制熱流道分流板的溫度，保證熱咀和流道中的

28、物料時刻處于熔融狀 態(tài)0圖3-2熱流道分流板3.2成型零部件設(shè)計制品的成型是在成型零部件的地方完成的，設(shè)計內(nèi)容包括凸模和凹模 的設(shè)計。該制品外表面由凹模的成型，制品表面簡單，凹模易于設(shè)計加工， 便采用了整體式結(jié)構(gòu)，而內(nèi)表面有較多數(shù)量的卡扣，采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)，可 以減少加工難度。3.3導(dǎo)向和定位部分的設(shè)計為了避免模具動模、定模在合模時或者來自注射過程中側(cè)壓力使模具 分型面處發(fā)生錯位，而損傷到模具的型芯，為了保證準(zhǔn)確的合模，因此需 要設(shè)計導(dǎo)向定位機構(gòu)。本次設(shè)計的模具精度要求不高，因此在設(shè)計上采用 簡單合模導(dǎo)向機構(gòu)即可滿足生產(chǎn)要求，在動模底板上設(shè)置導(dǎo)柱，定模邊設(shè)置導(dǎo)向孔，總共有四個，分布在型芯四周，合

29、模時導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔先配合從 而使模具準(zhǔn)確合模。3.4脫模機構(gòu)的設(shè)計脫模時要同時考慮到制品的脫出和系統(tǒng)凝料的脫出，該設(shè)計采用熱流 道設(shè)計，沒有流道凝料產(chǎn)生，因此只需考慮方便的脫出制品即可。對脫模 機構(gòu)的設(shè)計一般要求結(jié)構(gòu)盡量簡單，能可靠的運行、不能對制件造成損壞、 盡量讓塑件停留在動模，以方便脫出。手機后蓋屬于薄壁，投影面積（分 型面投影）大類型制品，若只采用頂桿脫模，由于頂桿截面較小，與制品 接觸的承力面積小，強脫時易產(chǎn)生應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象，嚴(yán)重時會頂破制件，造 成制品報廢，為便于脫模，因此在設(shè)計中采用頂板與頂桿聯(lián)合脫模的形式 脫模10。3.5排氣機構(gòu)的設(shè)計模具的設(shè)計時應(yīng)設(shè)計排氣結(jié)構(gòu)，模具排氣不良時，型

30、腔中會有空氣， 在熔體的作用下殘留空氣會產(chǎn)生反作用力，反抗充模過程，空氣殘存量很 少時，會滲入塑件內(nèi)部形成氣泡，形成缺陷塑件，因此在模具設(shè)計中一定 不能忽視排氣機構(gòu)的設(shè)計11。本次設(shè)計中的模具設(shè)計精度為一般精度，不需要特別設(shè)計排氣機構(gòu)，利用模具的配合間隙和分型面排氣即可。3.6模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計模溫調(diào)節(jié)是注射成型周期的重要因素12。本次設(shè)計中的模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括兩部分一個是制品的冷卻，另一個加熱系統(tǒng)的設(shè)計。在成型過程中保證模具的溫度（本設(shè)計模具溫度需控制在85140。C），同時保證熱流道中的物料時刻保持熔融狀態(tài)。制品的冷卻采用冷卻水路，為了提高冷卻的效 率，在制品和熱咀周圍均勻的設(shè)置2個冷卻水道

31、，熱咀周圍的冷卻水運行可以有效地防止拉絲現(xiàn)象。3.7注射模具模架的選擇在實際生產(chǎn)中，為了方便模具的日常養(yǎng)護(hù)和維修，盡可能選用國家標(biāo) 準(zhǔn)模架，而且注塑機對所用模具的最大板和最小板的厚度均有限制。根據(jù)圖3-3，模架選擇 A3型。A板厚度為 32mm B板厚度為 40mmC板厚度為 100mm模架總高度為 262mm圖3-3模架類型3.8注射模具材料的選擇根據(jù)表3-1可知，本次設(shè)計的制品截面小，表面精度要求一般，模具 所用鋼材采用國標(biāo)45號鋼即可。表3-1模具鋼材選用表類別/牌號中國美國日本瑞典德國用途塑料模具鋼B302738用于制造生產(chǎn)批量 小,模具載面積不 大，尺寸精度以及 表面粗糙度要求不 高

32、的塑料成型的模 具或模架。B20501050S50CC50451045S48CC45451045S45CC45B610SM140CrG51400SCr440高級鏡面模具鋼3-4Cr13420S-1362083制造PVC的腐蝕材 料較強的塑料模 具。透明塑膠以及 拋光性要求較高的 塑料模具。3Cr2MoP2040CrMo74模具精度高，適合大型復(fù)雜模具P4410P20tNiPDS5S7182738第4章注塑工藝過程及過程控制4.1工藝過程4.1.1成型前的準(zhǔn)備過程1. 為了保證塑件質(zhì)量，進(jìn)行生產(chǎn)之前，要對PC粒料進(jìn)行干燥，含水量低于0.02%之后才能進(jìn)行生產(chǎn)13。生產(chǎn)中通常采用普通烘箱干燥法對原

33、料進(jìn)行干燥。干燥后的物料需用密閉容器保存，以防吸收空氣中的水蒸氣2. 清洗料筒，可用該次生產(chǎn)用的PC樹脂進(jìn)行擠出，清除上次生產(chǎn)中殘留的廢料，防止制品中出現(xiàn)雜質(zhì)。，有助于制品的順3. 在模具內(nèi)腔涂覆適量脫模劑（一般為硬脂酸鋅） 利脫出。4.1.2注射過程表4-1注塑過程工藝參數(shù)控制成型溫度/ C285305注射壓力/MPa80160噴嘴溫度/ C260310模溫/ C85140該過程是成型工藝的重要組成部分。粒狀PC物料在注射機料筒內(nèi)熔融、塑化，之后熔融物料由注射機噴嘴射出，經(jīng)由主流道、熱咀充滿型腔，然后保壓、冷卻、脫出制品。生產(chǎn)時各項標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格按照表4-1的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，安全生產(chǎn)14 o4

34、.1.3后處理從模具脫出的塑件性能與正常使用的制品性能是有一定差距的，剛脫 出的制品只是具有一定的形狀和硬度，且內(nèi)部存在一定的內(nèi)應(yīng)力，為提升 其性能，滿足使用要求需要對塑件進(jìn)行熱處理15 o溫度一般控制在在 125135 C，處理24h, 般情況下，制品的壁厚越厚，后處理的時間越長。由圖4-1可知，對PC材質(zhì)的手機后蓋進(jìn)行熱處理時，溫度可選擇為130 C,時間控制在 1.52h1008060402000+511. 5,3化2圖4-1熱處理時間對PC內(nèi)應(yīng)力降低值影響熱處理時間/h4.2注射過程控制注射過程從工藝過程上分存在多個過程，而對成型的物料來說只有物料在料筒內(nèi)的塑化、注射過程物料的的流動與

35、成型后冷卻這兩個過程4.2.1塑化物料在料筒內(nèi)由粒狀經(jīng)加熱轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)具有流動性熔體的的過程, 我們稱之為塑化。這段時間內(nèi)，加熱設(shè)備應(yīng)該設(shè)定合適的溫度，溫度低， 會使物料的塑化程度變低，充模困難；溫度過高，物料會發(fā)生熱分解。在PC進(jìn)行注射生產(chǎn)中料筒各段溫度應(yīng)控制為：后段210240C、中段 230280 C、前段 240285 C17 4.2.2流動與冷卻該過程包括注射過程的流動與成型后冷卻。是制品成型的主要過程 18。熔融物料在很短的時間內(nèi)經(jīng)歷了固體-流體-固體的變化，每一點的變化都會影響成型塑件。該過程大致可以分為四個階段：充模階段、壓實階 段、倒流階段、冷卻階段19。1. 充模階段該過程

36、從熔融物料進(jìn)入型腔開始，至型腔被熔體充滿為止。在該階段 中充模時間與充模壓力有關(guān)。充模壓力小時，充模時間長，先進(jìn)入型腔的 PC熔料的溫度會降低，物料的粘度變大，流動性變差，給后續(xù)的充模帶來PC熔體會受到較大的困難；充模壓力大，充模時間變短。充模壓力大時， 剪切力，在剪切力的強力作用下，使PC分子形成較大的分子定向，這種現(xiàn)象若保留到料溫降低到塑料軟化點以后，由于PC分子中存在分子定向,這樣的制品具有各向異性。在在溫差范圍較大的環(huán)境中使用時，這制品會 出現(xiàn)裂紋、變形和翹曲等缺陷，影響制品的使用性能。為了解決這種情況， 一般在生產(chǎn)中采用控制注射壓力，適當(dāng)提高充模速率的方法，減少分子定 向程度，這樣還

37、可以提高制品的熔接強度。2. 壓實階段自PC熔體充滿模腔，至螺桿保壓完成的這個過程稱為壓實階段。這 個過程中充滿型腔的PC熔體，會因降溫冷卻而發(fā)生收縮，此時注射螺桿還未后退，壓力仍舊保持未變，料筒中的PC熔體會繼續(xù)進(jìn)入型腔補縮。該階段對于提高制品密度和降低成型制品收縮率有重要影響。由于這一階 段存在物料的冷卻，微觀上也就是PC分子定向形成的過程，該階段的時間越長，也就意味著PC分子定向的程度越大。因此在工業(yè)生產(chǎn)中這個階段的時間要嚴(yán)格控制，既要保證制品的質(zhì)量，也要減少分子定向的產(chǎn)生。3. 倒流階段這一階段從螺桿后撤開始，至澆口凍結(jié)結(jié)束。由于螺桿的后退，注射 機所提供的注射壓力減小，而型腔中壓力與

38、螺桿未后退時的提供的壓力 持一致，由于兩個部位壓力差的存在，型腔中的物料會因此發(fā)生倒流現(xiàn)象。該設(shè)計中的流道為熱流道設(shè)計，澆口不會凍結(jié)，但配套的熱咀中有止逆閥 的存在，因此倒流情況不會發(fā)生。4. 冷卻階段該過程開始自上一階段結(jié)束，至制品從模具中脫出結(jié)束，該階段是成 型制品外形的階段。模腔中的制品的溫度降低，這一過程中制品剛度的一 系列性能顯著提升，保證制品在脫模過程中不至于發(fā)生扭曲變形，形成廢 品，浪費原料。第5章工廠設(shè)計與計算5.1物料與能量計算5.1.1物料衡算物料計算的依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。目的是將生產(chǎn)加工用定量的數(shù)據(jù)描 述出來，通過計算得出原材料消耗、生產(chǎn)損耗、制品產(chǎn)量等一系列生產(chǎn)所需數(shù)據(jù)

39、，并且依此數(shù)據(jù)安排生產(chǎn)。本次設(shè)計的制品為手機后蓋，年產(chǎn)量為600萬，材質(zhì)為 PC塑料，根據(jù)第二章計算可知單個手機后蓋質(zhì)量為11g，模具采用一模兩腔，全年工作日取214天。產(chǎn)品合格率取 98%，破壞檢驗率為 0,損耗3%，生產(chǎn)周期 60S。設(shè)計日產(chǎn)量 =6000000 / 214*(98%-0)=28610 件/天設(shè)計時產(chǎn)量 =28610 / 24=1193件/時設(shè)計年產(chǎn)量 =29514 * 214=6122540 件每臺注塑機每年工作時間=214 * 24 =5136時每臺注塑機年生產(chǎn)量=5136 /( 60/3600*98% =308160 件注塑機臺數(shù) =6000000 / ( 30816

40、0/* 2)= 9.87 臺(取 10 臺)設(shè)計年產(chǎn)質(zhì)量 =6122540 * 0.01仁67.348 t合格品年產(chǎn)量 =6000000 * 0.01 =66 t不合格品年產(chǎn)量 =67.348 - 66 =1.348 t生產(chǎn)過程中，為了節(jié)約成本，不合格品的料可以在破碎、造粒之后混 入新料中使用，但是生產(chǎn)中存在有損耗，這是不可避免的，而且是不能再 回收利用的。原料消耗量=合格品產(chǎn)量+不合格品產(chǎn)量+損耗量=66 +1.348+67.348*3% =69.369 t5.1.2能量衡算能量衡算的內(nèi)容包括能量衡算和有效能衡算，能量衡算的依據(jù)是熱力 學(xué)第一定律，有效能的衡算的依據(jù)是熱力學(xué)第二定律。能量衡算

41、是以物料衡算為基礎(chǔ)的，對生產(chǎn)所用的設(shè)備進(jìn)行熱負(fù)荷計算，然后串聯(lián)起全套系統(tǒng)，進(jìn)行能量平衡的計算，系統(tǒng)的分析能量在整個生產(chǎn)過程中的利用效率，盡 量做到降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源。能量在計算過程中應(yīng)依據(jù)能守恒定律：成型過程能量=進(jìn)入設(shè)備的能量-消耗在設(shè)備原件上的的能量-散失在空氣中的能量20(注射機相關(guān)參數(shù)見表 5-1)表5-1 XS-ZY-60臥式注塑機相關(guān)參數(shù)油泵壓力/MPa6.3電機功率/KW11機器重量/T1.8進(jìn)入設(shè)備的能量 =GCt= 69369*1172*260=2.11*109 KJ(G為原材料消耗量，由物料計算的出C為物料比熱容)消耗在各部件上的熱量 =GC( T - t )=1800

42、 * 460 * (260-20)=7.95 * 108KJ( G為各部件的質(zhì)量，這里取機器的重量)散失在空氣的熱量 =5%*進(jìn)入設(shè)備的熱量 =1.06 * 10 8 KJ因此可以得出生產(chǎn)所需的能量 =2.1*10 9 - 7.95* 0 8 -1.06*10 8 =1.20 *10 9 KJ由于在生產(chǎn)過程中，還存在一些其他的消耗，在計算過程中要在計算的基礎(chǔ)上乘以1.1，因此：消耗的電能 =1.1*進(jìn)入設(shè)備的能量/(860 *熱功率轉(zhuǎn)換系數(shù))9=1.1 * 2.11 * 10 9 /( 860 * 0.85)6=3.18 * 10 KW*h在該次設(shè)計中，冷卻介質(zhì)主要是生產(chǎn)用冷凍水，冷卻前后溫度

43、控制在5C左右，因此：冷卻介質(zhì)的消耗量=2.11 * 10 9 / (4.2 * 5) = 1.0 * 10 5 T5.2車間布置車間的布置設(shè)計，是對生產(chǎn)車間進(jìn)行合理的設(shè)計，包含生產(chǎn)設(shè)備的合 理擺放、非工藝的設(shè)計。在設(shè)計過程中要考慮諸多因素，包括起設(shè)備安裝，檢修；電路，水路的排布；生產(chǎn)操作的方便性以及配套生活設(shè)施的設(shè)計， 同時車間的布置要與廠區(qū)的布局圖一致，為生產(chǎn)提供便利的條件。521生產(chǎn)設(shè)備布局本次車間的設(shè)備為五臺注射機，另外場地劃分模具放置區(qū)、物料存放 區(qū)、不合格品存放區(qū)、成品檢驗區(qū)、成品暫放區(qū)。注塑機采用豎向布置， 位于車間的南端，注射機的頂端與墻體距離1.5米，每兩臺注射機制件間隔3.

44、5米，每兩臺注塑機制件放置盛料容器，以方便加料裝置自動上料。 制件生產(chǎn)完成后，經(jīng)注塑工初步檢驗調(diào)出不合格品，送入廢品放置區(qū)，成 品送入成品暫放區(qū)。以供后續(xù)加工。5.2.2車間非工藝設(shè)計該部分設(shè)計也是車間的重要構(gòu)成。車間的非工藝設(shè)計包括廠房的設(shè) 計、水電路及管道的排布、配電室、維修室和生活設(shè)施（辦公室、休息室 以、廁所等）。注塑車間的廠房，為節(jié)約成本，減少基建投資，多采用集中式廠房結(jié) 構(gòu)，車間墻體可以采用混凝土結(jié)構(gòu)材料，每6米設(shè)計一根支柱，間隔安裝通風(fēng)扇，由于廠房的跨度較大，頂棚采用鋼構(gòu)，這樣可以減少施工周期， 節(jié)約一定的費用。配電室位于車間東北角，塑料成型機械的工作電壓為380V，照明系統(tǒng)的電

45、壓為220V，這就需要配電室將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m電壓進(jìn)行生產(chǎn)。維修室與配電室相鄰，主要是對生產(chǎn)過程中的機械故障進(jìn)行維修和對機械進(jìn) 行正常的點檢，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。為了不影響生產(chǎn)，給員工提高一個 良好的休息條件，車間辦公室和休息室設(shè)計在了與成品暫放區(qū)相鄰的位置。 廁所位于西南角，與注塑機并列，這樣安排可以給員工帶來方便。水電路及管道一般埋于地下或是鋪設(shè)在地溝中，這樣可以減少地面突 出物的產(chǎn)生，減少安全事故，安全生產(chǎn)。注塑機生產(chǎn)時需要用到冷卻介質(zhì) 來給制品降溫，一般采用生產(chǎn)用冷凍水，溫度控制在5。C,不能采用深井水，冷卻過程中溫度高影響，該種水質(zhì)硬度大，會產(chǎn)生水垢，影響冷卻效 率。生活用水采用普

46、通自來水即可。5.3工廠布置工廠布置要在滿足生產(chǎn)任務(wù)的基礎(chǔ)上，能夠方便的進(jìn)行全場的管理，同時還要留一定的發(fā)展空間，為企業(yè)今后的發(fā)展考慮。工廠的設(shè)計的過程 中要注意：(1) 考慮建廠的氣象、地質(zhì)、水文等條件。(2) 車間廠房設(shè)計盡量采用集中式廠房，生產(chǎn)設(shè)計滿足的情況下采用 多層結(jié)構(gòu)，提高建筑的有效面積。(3) 考慮車間中的勞動保護(hù)，安全技術(shù)和防火、 防爆以及防腐蝕措施(4) 各個車間之間的布局合理，使生產(chǎn)過程緊湊，減少周轉(zhuǎn)過程。(5) 考慮企業(yè)的發(fā)展，廠房要具有一定擴建空間。第6章工廠生產(chǎn)和效益計算6.1生產(chǎn)安排6.1.1生產(chǎn)人員的配備為了滿足車間的正常生產(chǎn)，應(yīng)根據(jù)開動的機器臺數(shù)和班次，必須對每

47、 個車間安排相應(yīng)的管理人員和生產(chǎn)人員，每個車間的人員配備應(yīng)包括：車 間主任、生產(chǎn)組長、技術(shù)人員、電工、維修工、注塑機操作工、搬用工、 質(zhì)檢員。具體職責(zé)為：車間主任：完成車間的各方面工作，向生產(chǎn)組長下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)，定時 定量的完成生產(chǎn)任務(wù)。生產(chǎn)組長：負(fù)責(zé)日常生產(chǎn)工作，對生產(chǎn)人員進(jìn)行合理配備，合理安排 生產(chǎn)班次，負(fù)責(zé)生產(chǎn)人員的考勤。技術(shù)人員：主管技術(shù)，對生產(chǎn)過程制定合適的成型工藝，處理生產(chǎn)過 程中的出現(xiàn)的工藝問題，培訓(xùn)車間工人使其安全上崗。電工：電氣設(shè)備的日常點檢，電路的排布，及時排除安全隱患，保證 用電安全維修工：車間內(nèi)設(shè)備的日常點檢工作，注塑機的調(diào)試，機器故障的維 修，模具的養(yǎng)護(hù)、安裝與拆卸。注

48、塑機操作工：負(fù)責(zé)產(chǎn)品的生產(chǎn)，上崗之前需要技術(shù)人員進(jìn)行安全培 訓(xùn)，以保證安全生產(chǎn)。搬運工：負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程中的備料、給注塑機上料、成品以及原料的周 轉(zhuǎn)。質(zhì)檢員：對成品進(jìn)行抽檢，把控制品的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題及時于技術(shù)員 溝通交流并及時解決問題，對原料的消耗、產(chǎn)量等情況進(jìn)行記錄。6.1.2車間人員編制本次設(shè)計有兩個車間，每個車間五臺注塑機，在生產(chǎn)過程中為了提高生產(chǎn)效率，采用“人停機不?！钡脑瓌t，24小時連續(xù)生產(chǎn)，工作時間為三班制。每班車間人員配備如下表6-1 :表6-1每班車間人員配備表車間主任1人注塑機操作工5人生產(chǎn)組長1人搬運工1人技術(shù)員1人質(zhì)檢員1人電工1人維修工1人假設(shè)車間的出勤率為95%，則車間的

49、實際總?cè)藬?shù)應(yīng)為：12 / 95%=13 人6.2工廠核算6.2.1工廠面積成本預(yù)算根據(jù)國家國土資資源部2006年下發(fā)的全國工業(yè)用地出讓最低標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)條例，再結(jié)合本次設(shè)計的實際情況，最終確定單位占地價格為150元/m2，工廠總面積約14250m2，查閱資料可知，在保障質(zhì)量的情況下，為 了控制成本，廠房的墻體采用混凝土材料，頂棚采用鋼構(gòu)，目前其單位面 積的造價為430元。土地費用=14250 * 150=191.25 萬元廠房建筑費用 =14250 * 430=548.25萬元總費用 =土地費用 +廠房建筑費用=191.25+548.25=739.5 萬元各項費用匯總見表 6-2。表6-2工廠建

50、筑預(yù)算表土地費用191.25力兀廠房建筑費用548.25力兀總費用739.5力兀622生產(chǎn)設(shè)備花費預(yù)算該設(shè)計中的主要生產(chǎn)設(shè)備為注射機，不合格品破碎機。 經(jīng)資料查閱,設(shè)備預(yù)算見表6-3 :表6-3設(shè)備預(yù)算花費表設(shè)備名稱XS-ZY-60型注射機破碎機設(shè)備數(shù)量10臺1臺設(shè)備單價8力兀10萬元其他雜費2力兀2000 元總費用92.2萬元型號為XS-ZY-60的注射機臺數(shù)為10臺，破碎機一臺，生產(chǎn)設(shè)備預(yù)算 包括設(shè)備單價、其他雜費（運費、安裝費用），總計費用為 92.2萬兀。6.3效益核算6.3.1產(chǎn)品費用預(yù)算經(jīng)過市場調(diào)查以及相關(guān)資料的查詢，一個PC手機后蓋市場批發(fā)的平均價格約為 34元，這里取 3.5元

51、，工業(yè)用電大概是0.72元/KW*h，工業(yè)用水約為2.2元/m3,德國拜耳公司生產(chǎn)的牌號為PC1837的注塑級聚碳酸酯價格為5000元/t，年產(chǎn)量為6000000件，貝年總收入=3.5 * 600=2100萬元水費：2.2 *1.0 * 10 5 =2.4萬元電費：0.72* 3.18 * 10 6 =:229萬元原料費用=69.369 * 5000+助劑費用=40萬元車間經(jīng)費：10萬元企業(yè)管理費用:9萬稅收：30萬元總計費用=:2.4 + 229+ 10 + 9 + 30 = 280.4萬元632員工工資預(yù)算該次設(shè)計需要兩個車間，每個車間每班需要13人，3個班次。根據(jù)當(dāng)?shù)毓べY標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)擬定以下工資：車間主任4000/月、生產(chǎn)組長3000/月、技術(shù)員3000/月、維修工 3000/月、電工 2500/月、注塑機操作工 2500 /月、搬運工 2500/月、質(zhì)檢員 2500/月、維修工 2500/月一個車間工資預(yù)算總計=(4000 + 3000 * 3