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CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 題目：蒸汽電熨斗的設計 二級學院（直屬學部）： 專業(yè)： 班級： 學生姓名： 學號： 指導教師姓名： 職稱： 評閱教師姓名： 職稱： 2014 年 11 月 常州工學院畢業(yè)設計 摘 要 本課題題目為：“蒸汽電熨斗的設計” 。主要是運用 Pro/E 的建模設計，根據蒸 汽電熨斗設計的基本要求及熨斗標準，設計出一款功能多、操作簡單、使用方便的蒸 汽電熨斗。 設計內容主要包括蒸汽電熨斗整體造型的設計，材料的選用，尺寸的確定，色彩 的渲染以及對蒸汽電熨斗部分零件的模具進行設計。模具設計主要包括動模、定模、 澆注系統(tǒng)、模架的設計等一系列工作。 采用 Pro/E 對蒸汽電熨斗進行造型設計和對蒸汽電熨斗部分零件的模具設計，并 由 Pro/E 軟件自動生成二維的工程圖，如總裝配圖、零件圖以及模具圖等。 關鍵字：Pro/ENGINEER 蒸汽電熨斗 塑料 模具 蒸汽電熨斗的設計 目 錄 前 言.................................................................................................................................1 1 PRO/ENGINEER 的介紹 ................................................................................................2 1.1 PRO/E 的簡介 ............................................................................................................2 1.2 PRO/E 的主要功能 ....................................................................................................2 1.3 PRO/E 的應用領域 ....................................................................................................3 1.4 PRO/ENGINEER 2001 中文版簡介 .............................................................................3 2 有關塑料的知識.............................................................................................................5 2.1 塑料的概念 ..............................................................................................................5 2.2 塑料的組成 ..............................................................................................................5 2.3 塑料的發(fā)展 ..............................................................................................................5 2.4 塑料的性能 ..............................................................................................................5 2.5 常用塑料介紹 ..........................................................................................................7 3 塑料制品的有關介紹.....................................................................................................8 3.1 塑料制品加工的發(fā)展 ..............................................................................................8 3.2 塑料制品加工設備的種類 ......................................................................................8 3.3 塑料制品的應用 ......................................................................................................9 3.3.1 塑料制品在包裝領域的應用及發(fā)展...............................................................9 3.3.2 塑料制品在建筑領域的應用及發(fā)展...............................................................9 3.3.3 塑料產品在電子領域的應用及發(fā)展.............................................................10 3.3.4 塑料制品在汽車領域的應用及發(fā)展.............................................................10 3.3.5 塑料制品在醫(yī)療衛(wèi)生領域的應用及發(fā)展.....................................................10 3.3.6 塑料制品在農業(yè)領域的應用及發(fā)展.............................................................10 3.4 塑料制品設計原則 ................................................................................................10 4 塑料模具相關內容介紹...............................................................................................12 4.1 模具工業(yè)的現(xiàn)代及發(fā)展趨勢 ................................................................................12 4.1.1 模具工業(yè)在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位.................................................................12 4.1.2 我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.................................................................12 4.2 模具的分類與應用特點 ........................................................................................13 4.3 模具工業(yè)概況 ........................................................................................................13 4.5 塑料模具用鋼 ........................................................................................................13 4.5.1 塑料模具的發(fā)展.............................................................................................13 4.5.2 塑料模具材料.................................................................................................14 4.5.3 塑料模具鋼的性能要求.................................................................................14 4.5.4 國內外塑料模具用鋼.....................................................................................14 常州工學院畢業(yè)設計 4.5.5 國內外塑料模具技術比較.............................................................................16 5 PRO/ENGINEER 注塑模具設計簡介 ..........................................................................18 5.1 注塑模具 ................................................................................................................18 5.2 PRO/E 注塑模具模塊介紹 ......................................................................................18 5.3 PRO/E 模具設計流程 ..............................................................................................18 6 蒸汽電熨斗的設計.......................................................................................................19 6.1 電熨斗的發(fā)展歷史 ................................................................................................19 6.2 電熨斗的工藝與技術裝備 ....................................................................................20 6.3 電熨斗的質量 ........................................................................................................21 6.4 國標的選擇 ............................................................................................................21 6.5 蒸汽電熨斗的規(guī)格 ................................................................................................22 6.6 家用電器電工標準術語 ........................................................................................22 6.7 蒸汽電熨斗設計的主要內容 ................................................................................22 6.7.1 蒸汽電熨斗底板的設計說明.........................................................................23 6.7.2 蒸汽電熨斗調溫座的設計說明.....................................................................25 6.7.3 蒸汽電熨斗水箱的設計說明.........................................................................25 6.7.4 蒸汽電熨斗壓板的設計說明.........................................................................26 6.7.5 蒸汽電熨斗后蓋的設計說明.........................................................................27 7 注塑模設計過程...........................................................................................................29 7.1 概述 ........................................................................................................................29 7.2 產品零件圖 ............................................................................................................29 7.3 模具型腔工作部分尺寸計算 ................................................................................29 7.4 分型面的選擇 ........................................................................................................29 7.4.1 蒸汽電熨斗后蓋的分型面選擇.....................................................................29 7.4.2 蒸汽電熨斗其它零件的分型面選擇.............................................................32 7.5 澆注系統(tǒng)的設計 ....................................................................................................34 7.5.1 澆注系統(tǒng)的組成.............................................................................................34 7.5.2 塑料模澆口的設計.........................................................................................34 7.5.3 塑料模澆口套的設計.....................................................................................36 7.6 塑料模具其它部分設計 ........................................................................................37 7.6.1 標準模架的選擇.............................................................................................37 7.6.2 輔助機構設計.................................................................................................38 致 謝...............................................................................................................................42 參考文獻 ....................................................................................................................................................43 常州工學院畢業(yè)設計 1 前 言 習慣上，人們總認為，只有冰箱、彩電這樣的大家電，才能顯示出科學技術的進 步和社會的發(fā)展。實際上，當年愛迪生就是用一只小小的燈泡開創(chuàng)了用電的新紀元。 近年來，小家電在不斷地滲透進我們的生活，在用細節(jié)改變著我們的生活品質。 較之 從前外觀單調、性能單一的電熨斗產品，今日沐浴在高科技氛圍下的它又呈現(xiàn)出了一 番新天地：內置的抗鈣化裝置使水垢不會在熨斗內沉積；延長使用壽命；防漏水系統(tǒng) 和自動安全關熄設計，安全可靠；超順滑抗磨底板和自動清洗裝置也令電熨斗更長久 耐用。在外形上，新款蒸汽電熨斗更具流行曲線，顯得靈便輕巧；水箱的色澤豐富多 變，以海藍、果綠、粉紅、粉紫為主打色系，綜合體現(xiàn)了蒸汽電熨斗好用又好看的流 行風格。 隨著 CAD 技術的發(fā)展，計算機輔助設計具有了更為準確和現(xiàn)實的意義， CAD/CAM/CAE 的日益成熟與推廣，為模具設計和制造提供了最有潛力的工具，同時 也逐漸成為產品設計流程中最具支撐性的技術手段，其中 Pro/ENGINNEER 及其相關 軟件（Pro/DESIGNER、Pro/MECHANICA）都成為現(xiàn)實產品開發(fā)中較為流行的必備設 計工具。 計算機輔助產品設計是以計算機軟、硬件為依托，以數(shù)字化、信息化為特征，計 算機對設計行業(yè)的巨大沖擊，使得傳統(tǒng)的設計方式逐漸被更有效率與更精確的計算機 輔助設計所取代。計算機系統(tǒng)大大縮短了產品的開發(fā)周期，降低了成本，提高了產品 的質量，增強了企業(yè)的競爭力，而且使多品種、小批量生產得以實現(xiàn)。 Pro/MOLDESIGN 是 Pro/E 系統(tǒng)中的一個可選擇性的模塊，提供了方便實用的三維 環(huán)境下塑料模具設計與分析工具。利用這些工具，可以由塑料制件的三維實體模型建 立起模具裝配模型，設計分型面、澆鑄系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)，生成模具成型零件的三維實 體模型，從而可方便且準確地完成塑料模具核心部分的設計工作。再利用 Pro/E 系統(tǒng)的 布局及裝配模塊，還可以進行模具的頂出系統(tǒng)和三維總裝配設計，并最終利用工程圖 模塊生成二維的工程圖。 計算機滲透到產品設計中，使傳統(tǒng)的設計觀念產生變化，形成一種真正意義上的 “無紙化設計”和“無墻設計” ，產品設計的一切都變得干凈、簡單、高效。 大學本科四年的學習生活即將結束，畢業(yè)設計是最后的一個任務，是對前面所學 知識的一個總結，也是最重要的一個學習環(huán)節(jié)。根據設計要求，我的畢業(yè)設計任務主 要是利用 Pro/Engineer 軟件對蒸汽電熨斗的建模設計，并對其部分零件進行模具的設計。 根據目前市場上的多種蒸汽電熨斗，保證熨斗用途和使用性能，設計一款在外觀、材 質、做工、易用性、擴充能力都符合時代需要的蒸汽熨斗，提高熨斗價值的含金量。 通過這次設計，我不僅對 Pro/Engineer 這一軟件的各個模塊有了更加深刻的認識，而且 對產品的設計流程有了一定的了解，我想對即將走上工作崗位的我是一個很好的鍛煉 機會。 產品設計需要考慮方方面面，由于自身的實際經驗和理論水平及設計時間有限， 我的設計難免會存在謬誤和不足，敬請各位老師和同學批評指正。 蒸汽電熨斗的設計 2 常州工學院畢業(yè)設計 3 1 Pro/Engineer 的介紹 1.1 Pro/E 的簡介 Pro/Engineer（簡稱 Pro/E）軟件是美國 Parametric Technology Corporation 公司 （PTC 公司）開發(fā)的基于單一數(shù)據庫、參數(shù)化、特征、全相關及工程數(shù)據再利用等概 念基礎上開發(fā)出的一個功能強大的 CAD/CAE/CAM 軟件，它能將產品從設計到生產加 工的過程集成在一起，讓所有用戶同時進行同一產品的設計與制造工作。它以基于特 征的參數(shù)化設計，單一數(shù)據庫下的全相關等概念而聞名于世，集實體設計、曲面設計、 零件裝配、二維的工程圖制作、制造加工、機構仿真及有限元分析、自動測量等于一 體。在目前的三維設計軟件領域中占有重要地位，是當今最優(yōu)秀的三維實體建模軟件 之一。 Pro/E 系統(tǒng)具有強大的特征構造功能，自從以 Pro/E 為代表的基于特征造型的參數(shù) 化設計系統(tǒng)問世以來，在此基礎上實現(xiàn)機械設計的自動化已經變的切實可行了。 1.2 Pro/E 的主要功能 為了在今日競爭激烈的市場中取勝，需要以更快的速度、更低的成本以及更高的 質量引入新 Pro/E。正是以此為目標開發(fā)的 3D 模型設計軟件。憑借其無可比擬的技術 創(chuàng)新以及產品優(yōu)勢上已經成為了制造企業(yè)的產品領域中的標準。它所提供的柔性的工 程以及產品開發(fā)環(huán)境能夠時刻高度響應，以而確保企業(yè)在競爭中處于主動地位。 隨著 CAD 技術的發(fā)展，計算機輔助設計具有了更為準確和現(xiàn)實的意義， CAD/CAM/CAE 的日益成熟與推廣，為模具設計和制造提供了最有潛力的工具，同時 也逐漸成為產品設計流程中最具支撐性的技術手段，其中 Pro/ENGINNEER 及其相關 軟件（Pro/DESIGNER、Pro/MECHANICA）都成為現(xiàn)實產品開發(fā)中較為流行的必備設 計工具。 計算機滲透到產品設計中，使傳統(tǒng)的設計觀念產生變化，形成一種真正意義上的 “無紙化設計”和“無墻設計” ，設計的一切都變得干凈、簡單、高效。 計算機輔助產品設計是以計算機軟、硬件為依托，以數(shù)字化、信息化為特征，計 算機對設計行業(yè)的巨大沖擊，使得傳統(tǒng)的設計方式逐漸被更有效率與更精確的計算機 輔助設計所取代。計算機系統(tǒng)大大縮短了產品的開發(fā)周期，降低了成本，提高了產品 的質量，增強了企業(yè)的競爭力，而且使多品種、小批量生產得以實現(xiàn)。 隨著計算機軟、硬件技術的飛速發(fā)展，三維 CAD 技術的日益成熟和完善，三維 CAD 軟件在產品設計領域的應用越來越多，其中 Pro/ENGINEER 以其強大的功能及較 高的性價比，逐漸在業(yè)界取得主導地位，以產品構思、完善到生產加工都做到了高度 智能化、專業(yè)化和規(guī)范化。Pro/E 主要功能在于進行參數(shù)化的實體設計，它所提供的功 能包括實體設計、曲面設計、建立工程圖、零件裝配、模具設計、加工制造以及逆向 工程等。其最大的特點就在于采用單一數(shù)據庫的設計，而且是一種全相關性的軟件。 Pro/E 采用全參數(shù)化驅動所有幾何形狀，通過尺寸間的參數(shù)關系和單一的數(shù)據庫設 計，利用關系式（Relation）使某些幾何構型隨其它幾何尺寸的改變而自動改變，達到 變更的一致性，并且對模型的任何修改都可雙向（二維三維）傳遞到整個設計中。 如此可以減少改圖或計算所花費的時間并減少錯誤的產生。 蒸汽電熨斗的設計 4 Pro/E 可自動生成產品的二維裝配工程圖，在 AutoCAD 中稍加整理即可形成規(guī)范 嚴格的生產加工用零件圖和裝備圖，其他零件圖紙也可如法生成，Pro/E 的圖面生成功 能大大縮短了這一階段繪制圖紙所需的時間。 1.3 Pro/E 的應用領域 事實證明在世界上領先的企業(yè)現(xiàn)在正在追求的戰(zhàn)略是并行工程，在該環(huán)境中，把 產品投放到市場進行，而非順序進行的，在概念設計進行的同時，可以較早創(chuàng)建詳細 的零件和裝配體，進行優(yōu)化設計，并且定義制造過程，這些功能的并行交迭，極大的 縮減了產品投放市場的時間。 Pro/Engineer 軟件開發(fā)環(huán)境在支持并行工程方面是獨一無二的，通過一系列完全相 關的模塊完全圖形、裝配極其功能。 Pro/Engineer 能夠把多個部門同時致力于同一產品模型中，這包括在工業(yè)設計，包 括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產品數(shù)據管理等等。Pro/Engineer 還提供了 目前集成最緊密的產品開發(fā)環(huán)境。 1.4 Pro/Engineer 2001 中文版簡介 Pro/Engineer 操作軟件是美國參數(shù)技術公司（ Parametric Technology Corporation,簡 稱 PTC）的主要產品。它提供的單一數(shù)據庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的概念徹底 改變了機械 CAD/CAE/CAM 的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械 CAD/CAE/CAM 領域的新標準。利用該概念開發(fā)出來的第 3 代機械 CAD/CAE/CAM 產 品 Pro/ENGINEER 軟件能將設計到制造的全過程集成在一起，讓所有的用戶能夠同時 進行同一產品的設計制造工作，即實現(xiàn)所謂的并行工程。該軟件的功能覆蓋了眾多的 工程設計領域，現(xiàn)在已經被廣泛應用于機械、電子、輕工、家電、航空、航天等行業(yè)。 配功能，能夠始終保持設計者的設計意圖，可以極大地提高設計效率。 從實用性上看，Pro/ENGINEER 系統(tǒng)界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設計 思想與習慣。整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據上，具有完整而統(tǒng)一的模型。它不但可以應 用于工作站，而且現(xiàn)在也推出了單機版，大大增強了它的競爭力。 尤其在模具設計與制造領域，Pro/ENGINEER 較早地在廣東深圳、東莞、廣州以 及華東一帶得到廣泛應用。由于它的應用，大大縮短了模具設計與制造周期，提高了 模具質量，降低了生產成本，為企業(yè)帶來了更大的市場并獲取了更多的利益。現(xiàn)在， Pro/ENGINEER 在模具行業(yè)已經是一個人們非常熟悉的軟件名稱，很多人都知道它用 于模具設計與制造具有很好的效果。 Pro/ENGINEER 2001 在中國提供完全漢化和支持國標工程圖繪制標準的中文版本， 降低了工程師的學習和操作困難，可以滿足國內用戶產品設計工作的需要，極大地促 進了用戶充分利用和發(fā)揮軟件的作用與效率。 隨著現(xiàn)代社會市場競爭越來越激烈，產品更新?lián)Q代的周期越來越短，對產品的造 型、功能要求越來越苛刻，相應地對模具生產的周期、質量、成本的要求也越來越高， 這就要求用于模具設計與制造的軟件不斷創(chuàng)新，功能更強大，更容易使用。PTC 及時 響應上述的社會要求，自 Pro/ENGINEER 推出以后，不斷完善、版本不斷更新。 常州工學院畢業(yè)設計 5 盡管 Pro/E 是三維建模軟件，但也可以非常方便地在 Pro/E 的 Drawing工程圖 模塊中制作工程圖，而且這種工程圖與 AutoCAD 不同，沒有必要為工程圖畫出各種幾 何要素，而只需將已有的零件、組件或鈑金件的 3D 模型調出來貼在所需大小的圖紙上， 然后添加尺寸或者必要的幾何要素就可以了。而且，Pro/E 可自動連接 Drawing 和 Model 中的更改事項。 為了正確顯示物體的大小和形狀，不但需要 3D 模型，也需要 2D 工程圖。Pro/E 的 Drawing（工程圖）模塊能將 3D 狀態(tài)的 Part、Assembly、Sheet metal 等模型設計成 有視圖配置的 2D 工程圖。而且 Pro/E 的工程圖是與 3D 模型相關聯(lián)的，在創(chuàng)建完了 3D 模型后，就可以開始工程圖的創(chuàng)建。 蒸汽電熨斗的設計 6 2 有關塑料的知識 2.1 塑料的概念 塑料是一種可塑成形的材料，它是以高分子聚合物為主要成分的混合物，在加熱、 加壓等條件下具有可塑性，在常溫下為柔韌的固體。所謂高分子聚合物，是指由許許 多多結構相同的普通分子組成的大分子。它既存在于大自然中（稱之為天然樹脂） ，又 能夠用化學方法人工制?。ǚQ之為合成樹脂） ，合成樹脂是塑料的主體。在合成樹脂中 加入某些添加劑，如填充劑、增塑劑、著色劑等，可以得到各種性能的塑料品種。 高分子材料是由大量低分子化合物聚合而成。它包括工程材料、橡膠、纖維和粘 結劑。 按熱性能不同，工程塑料可分為： 1）熱塑性塑料 特點是加熱時軟化，可塑造成型，冷卻后變硬。此過程可重復進 行。 2）熱固性塑料 特點是初加熱時軟化，可塑造成型，但固化之后再加熱將不再軟 化，也不溶于溶劑。 2.2 塑料的組成 塑料是由樹脂、填加劑組成，在一定條件下可塑成形，并在常溫下保持形狀不變 的材料。 塑料是以聚合物合成樹脂為主要原料（約占材料總質量的 40100） ，再添加 一定數(shù)量的增塑劑、填充劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、發(fā)泡劑等各種輔助材料而構 成。加入輔助材料將改善塑料的使用性能和加工性能，同時節(jié)約生產成本。在加工過 程中能夠形成流動的成型材料。塑料經過成型加工，可以制成具有特定形狀又具有一 定使用價值的塑料制品。 塑料是指以高分子合成樹脂為主要成分，在一定的溫度和壓力下具有可塑性和流 動性，可被塑制成一定形狀，且在一定條件下保持形狀不變的材料。 2.3 塑料的發(fā)展 隨著社會科學技術的進步，人們對制造業(yè)所使用的材料提出了越來越高的要求由 于塑料具有質量輕、比強度高、耐腐蝕、絕緣性能好以及良好的可塑性，并易于成型 等特點，得到了越來越廣泛的應用，并逐漸取代木材，并部分取代金屬等傳統(tǒng)材料， 成為各個領域里經常采用的結構件材料。 塑料制品工業(yè)發(fā)展歷史短，但發(fā)展速度驚人，2002 年全世界的塑料年產量已為 1.65 億噸?，F(xiàn)在塑料已成為在鋼材、木材、水泥之后的第四大工業(yè)基礎材料。21 世紀 將成為塑料制品工業(yè)迅猛發(fā)展的時代。 2.4 塑料的性能 塑料具有優(yōu)良的成形和加工性能，在加熱和加壓下，利用不同的成形方法幾乎可 將塑料制成任何形狀的制品。 塑料的品種很多，不同品種的塑料具有不同的特性。盡管塑料品種較多，功能差 別大，然而，塑料材料與其他材料相比仍具有共同的特性，主要表現(xiàn)為以下幾個方面： 常州工學院畢業(yè)設計 7 1）質輕 塑料一般都比較輕，各種泡沫塑料的相對密度在 0.01--0.05 之間，普通塑料的相 對密度在 0.9--2.3 之間。在要求減輕自重的用途中，塑料材料有著特殊中要的意義。 2）優(yōu)異的電絕緣性能 在電性能方面，塑料包含著極其寬廣的指標范圍。塑料的介電常數(shù)常常小到 2 左 右，體積電阻率高達 10 --10 cm，介電損耗低到 10 ?？傊蠖鄶?shù)塑料具有16204 良好的電絕緣性，一些塑料在高頻、高壓條件下也能作為電氣絕緣材料和電容器介質 材料。 3）耐化學腐蝕性好 塑料的特點之一是耐化學腐蝕性優(yōu)于金屬和木材，他們一般有較好的化學穩(wěn)定性， 對酸、堿、鹽溶液、蒸汽、水、有機溶劑等具有不同程度的穩(wěn)定性。因此，塑料廣泛 的用作防腐材料。其中，聚四氟乙烯耐腐蝕性最好，被稱為“塑料王” ，能耐“王水” 等極強的腐蝕性介質的腐蝕。 4）減震、消音作用強 許多塑料由于柔軟而富于黏彈性，當它受到外界的機械沖擊震動或頻繁的機振、 聲振等機械波作用時，塑料內部產生黏彈內耗，將機械能轉變?yōu)闊崮芏l(fā)。如泡沫 塑料可用做隔音材料和減振材料。 5）隔熱性能好 塑料的導熱率極小，比金屬小上百倍甚至上千倍，是熱的不良導體或絕熱體，因 而常被用作絕熱保溫材料。泡沫塑料的熱導率與靜止的空氣相當。因此，聚苯乙烯、 聚氨酯等許多泡沫塑料廣泛應用于冷藏、建筑、節(jié)能裝置和其他絕熱工程。 6）力學強度范圍寬 塑料的力學強度范圍廣，從柔順到堅韌甚至帶剛、脆都有。大多數(shù)塑料模塑制品 的剛度與木材相近。塑料的比強度接近或超過傳統(tǒng)的金屬材料的比強度。因此，普通 塑料特別適用于受力不大的結構件。 7）耐磨性能好 大多數(shù)塑料摩擦系數(shù)很小，有些塑料還具有優(yōu)良的減磨、耐磨和自潤滑性。許多 工程塑料制品的摩擦零件可以在各種條件下有效的工作。有些塑料的耐磨性為許多金 屬材料所不及。如，各種氟以及用氟塑料增強的聚甲醛、級酰胺塑料就是良好的耐磨 材料。 8）透光性極其防護性能良好 許多塑料制品可以做成透明或半透明材料。像聚苯乙烯和丙烯酸類塑料和玻璃一 樣透明，常被用作玻璃的替代品。大量用于既保暖又透光的農用薄膜利用的就的聚丙 烯、聚乙烯等材料。 不同材料的性能大不相同。在強度方面，以金屬材料最好，特種陶瓷和纖維增強 工程塑料次之；在比強度方面，以金屬鋁和增強工程塑料最好；在沖擊強度方面，以 金屬、塑料為好；在耐熱方面，以陶瓷、金屬和玻璃最好，塑料次之，木材最差；在 密度方面，以塑料和木材最小，木材中以泡桐最輕，塑料中以泡沫塑料最輕；在線脹 蒸汽電熨斗的設計 8 系數(shù)方面，以塑料最大，陶瓷最??；在導熱性方面，以塑料、木材最小，玻璃、陶瓷 次之，金屬最好。 塑料除了能制成色彩鮮艷、令人喜愛的日用品外，還有許多用途。由于塑料具有 許多獨特的性能，如質輕、耐腐蝕、絕緣和良好的多種防護特性等，因而被廣泛地應 用于機電、化工、建筑、交通運輸、能源、輕紡、農業(yè)、漁業(yè)等國民經濟、國防和科 研的各個領域。它不僅可以代替貴重金屬、木材、皮革、纖維等材料，并能提高制品 質量，簡化加工工序，降低生產成本和提高生產效率，而且可以解決工程上不少關鍵 問題。 2.5 常用塑料介紹 表一、常用塑料的主要特性和用途 性能 特性 用途 聚丙 烯 耐腐蝕性優(yōu)良，力學性能高于聚乙烯，耐 疲勞和耐應力開裂性好，但收縮率較大，低溫 脆性大。密度譽為0.900.91g/cm 3 醫(yī)療器具，家用廚房用器，作受熱的 電氣絕緣零部件，化工耐腐蝕零件，中小 型容器和設備 聚苯 乙烯 樹脂透明，有一定的機械強度，絕緣性能 好耐輻射，成型工藝性好，但脆性大，耐沖擊 性和耐熱性差。密度為1.152.00g/cm 3 不受沖擊的透明儀器、儀表外殼、罩 體、生活用品等電氣零件 ABS 具有韌、硬、剛相均衡的優(yōu)良力學特性， 絕緣性能好，耐化學腐蝕性，尺寸穩(wěn)定性、表 面光澤性好，易涂裝和著色，但耐熱性不太好， 耐候性較差。密度約為1.021.05g/cm 3 汽車 、電器儀表、機械構件，如齒輪、 把手、儀表盤等 作耐腐蝕設配與零件 常州工學院畢業(yè)設計 9 3 塑料制品的有關介紹 3.1 塑料制品加工的發(fā)展 很久以來，所有塑料機械生產廠家都在為提高塑料成型設備的生產效率、成型精 度和使用功能而努力著。提高成型設備的工藝穩(wěn)定性和生產精度、提高成套機組的組 套性和自動化水平、開發(fā)信息數(shù)據軟件和控制系統(tǒng)、推廣應用微電子技術、研制柔性 系統(tǒng)等方面，得到了大的進展并在廣泛的應用。 為了適應不同物料和制品的成型需要，對擠出和注射螺桿的幾何結構和長徑比作 了較大的改進，使成型設備的工藝穩(wěn)定性有了進一步的提高。 采用了新一代比例伺服式液壓系統(tǒng)和伺服電機，提高了成型設備的加工的效率， 使成型設備的動作的速度、精度和重復準確性都有了很大的提高。 計算機的廣泛應用，使注塑機實現(xiàn)了全生產過程的自動化控制，擠出、中空成型、 熱成型等設備的自動化水平有了不同程度的提高。 擴大微電子技術在塑料加工各個領域的應用。為了降低加工成本，有利于產品的 銷售，計算機控制和管理系統(tǒng)的發(fā)展愈來愈趨于簡化和專門化，并向更高水平的質量 控制和和管理功能發(fā)展。 小批量生產、多種的柔性系統(tǒng)、機械手和溫控系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。 3.2 塑料制品加工設備的種類 （1）塑料成型設備 到目前為止，塑料注射成型仍是塑料加工的最主要方法之一。目前，世界各國的 注射機制造公司的競爭主要是圍繞改善注射機的技術參數(shù)和開發(fā)功能性注射，尤其在 采用或開發(fā)更先進的液壓技術、微機控制技術和檢測技術方面做了大量的工作，使注 射機達到高效、高速、節(jié)能、精密、低噪音和高自動化水平。 （2）中空吹塑成型設備 隨著中空塑料制品在工業(yè)領域的應用越來越廣泛，中空吹塑成型設備的要求也就 越高。出現(xiàn)許多新的技術和新的工藝如：多層成型、多種材料組合成型、三維形狀復 雜制品成型等新技術相繼開發(fā)成功并已投入批量生產；計算機控制技術在中空成型設 備中得到了廣泛的應用，可以采用計算機軟件測定制品壁厚，用計算機控制多種原料 共擠出或先后擠出過程，這些控制技術的應用，提高了中空成型工藝水平；中空成型 設備的更新?lián)Q代，在大型制品成型方面具有較強的競爭力。 （3）塑料擠出成型設備 目前，塑料擠出成型機研究工作的重點，已經從提高加工性能、改善生產經濟性， 轉移到增加混煉功能等方面，并以此作為再生塑料的增值手段。 各個生產塑料擠出成型設備廠家未來主要研制設備方向是：加大擠出機的功率； 增加反應性功能；研制高效雙螺桿擠出機；開發(fā)節(jié)能、省料型擠出裝置；提高擠出機 控制機控制系統(tǒng)的自動水平。 （4）熱成型設備 型是將塑料片材加工成各種制品的成型方法。因這種成型工藝的能耗和加工費用 相對較低，材料適用面較寬，產品用途較為廣泛。故熱成型制品的應用領域發(fā)展到汽 蒸汽電熨斗的設計 10 車、家電、建筑等領域的大型制件。 熱成型設備的生產水平不斷提高，如成型工藝方法有了很大改進；原料的選擇范 圍越來越大；設備自動化程度顯著提高；已經生產了節(jié)能型熱成型機。 （5）滾塑成型設備 滾塑成型工藝是一種最古老且引用較少的成型方法。滾塑工藝的優(yōu)點主要在于固 定資產投資生產成本相對較低，而且特別適用于生產那些高技術、好附加值的小型復 雜制品。最近，滾塑工藝已成為歐洲塑料加工業(yè)中發(fā)展最快的一種工藝，預計今后年 增長率將保持在 9%以上。日本的一家公司，應用滾塑機和特殊的工藝開發(fā)多層的大型 油罐，這是滾塑制品生產領域中的一項技術突破。 3.3 塑料制品的應用 塑料材料應用以包裝和建筑業(yè)消費為主，目前在發(fā)達國家中消費比例可以達到 40%以 上?，F(xiàn)在塑料在電子、電氣工業(yè)中的應用量迅速增加，日本已超過了建筑業(yè)占第二位。 德國汽車運輸業(yè)的應用量已超過建筑業(yè)居第二位。由于功能性塑料的開發(fā)，更多的塑 料制品進入了醫(yī)療衛(wèi)生領域。現(xiàn)在，塑料作為一種新型材料，正在迅速進入辦公室自 動化、海洋開發(fā)、信息產業(yè)等技術領域，并逐漸向其他領域拓寬。 3.3.1 塑料制品在包裝領域的應用及發(fā)展 塑料最大的消費市場是包裝。在發(fā)達國家塑料制品的消費總量中，包裝材料占 1/4 以上。近年來，由于環(huán)保方面的要求，對塑料包裝材料提出了不少新的性能要求，導 致對塑料包裝材料的發(fā)展有一些不利的西、影響。但其發(fā)展大大超出了其他包裝材料。 為了滿足包裝市場新的要求，塑料包裝材料正在進行新的發(fā)展，主要體現(xiàn)在：迅 速開發(fā)新的塑料包裝材料；不斷研究新的包裝性能；盡量適應新的環(huán)保要求?，F(xiàn)在國 內外塑料制品生產廠家開發(fā)出許多新型塑料包裝材料，如適應食品，飲料包裝的高阻 滲包裝材料和無菌包裝材料，可以增加食品保鮮期，延長其存放壽命。開發(fā)了可適應 微波爐，電磁灶加熱和耐蒸煮的耐熱包裝材料；具有空氣調節(jié)功能，適宜水果和蔬菜 儲存的保鮮包裝材料等具有特殊性能和用途的功能性塑料包裝材料。 由于環(huán)境保護問題日益得到人們關注，世界各國塑料加工業(yè)對改進塑料包裝材料 的配方設計和產品結構設計十分重視，很多塑料制品生產廠家致力開發(fā)薄型包裝容器 成型技術，使包裝容器在確保使用要求的前提下盡量薄型化。同時，各個生產廠家都 十分重視適量包裝，避免過剩包裝，注意提高產品質量，延長使用壽命和增加包裝容 器的附加功能等，以此減少塑料包裝材料廢棄物的數(shù)量，緩解城市固體廢物的處理問 題。 3.3.2 塑料制品在建筑領域的應用及發(fā)展 由于塑料材料的綜合性能和節(jié)能效果好，塑料在建筑領域中仍具有巨大的市場潛 力。如塑料門窗的大力發(fā)展；塑料內外墻裝飾材料發(fā)展迅速；高性能采光塑料建材具 有很大的發(fā)展?jié)摿?；利用塑料廢棄物生產新型建筑材料引人關注。利用廢棄塑料，不 僅可以降低塑料制品的生產成本，而且可以解決廢棄物污染環(huán)境的問題。國外已有采 用回收的 PS 和 PU 廢棄料和新料一起生產出防噪聲建筑砌塊，采用 PE 廢棄物作為優(yōu) 常州工學院畢業(yè)設計 11 質仿木復合材料的基材，生產出了高質量的仿木塑料建材，還利用回收的廢棄 PS 泡沫 板，再加工成新的隔熱材料。 3.3.3 塑料產品在電子領域的應用及發(fā)展 隨著計算機、光學復印機、打印機、傳真機、和其他商用辦公自動化設備及電子 產品的設計迅速向短、小、輕、薄的方向發(fā)展，塑料在電子電氣工業(yè)領域的應用量也 越來越大。 塑料在電子電氣領域中應用和發(fā)展趨勢是：提高電子電氣塑料件的耐熱性能；研 究新的混配工藝，開發(fā)小型精密制件；大力研制開發(fā)光纖塑料制品。 通信業(yè)的發(fā)展，帶來了電纜市場的大發(fā)展，已開發(fā)出可改善阻燃、減少毒性煙霧 排放等性能的新型塑料制品。塑料光纖纖維因其光學和力學性能良好，又具有足夠的 熱性能，生產成本僅為玻璃光導纖維的三分之一，故其在短距離的通訊系統(tǒng)上占有很 大優(yōu)勢。 3.3.4 塑料制品在汽車領域的應用及發(fā)展 由于汽車生產廠家對減輕汽車車體重量的要求更為迫切，促進了塑料在汽車領域 中的應用。目前，高強度、質量輕的塑料產品正在越來越廣泛的應用在交通運輸領域 中。 塑料在汽車領域應用的未來發(fā)展趨勢是：原料品種選用方面競爭加?。划a品結構 從外飾件向結構件發(fā)展。經過多年的開發(fā)和研究，汽車用塑料不再局限于生產外飾件， SMC 和 PP 復合材料已用于生產結構性內飾件，包括塑料發(fā)動機零部件，如油箱、進 汽歧管、閥門蓋、電器元件等，這些制品的性能的要求很高，使用條件相當苛刻，如 耐高溫、耐腐蝕、電絕緣性都要求十分優(yōu)良。轎車底盤骨架結構已采用多彩復合塑料 制成，這項技術被認為是當今世界汽車工業(yè)發(fā)展中最有前途的一項突破。 3.3.5 塑料制品在醫(yī)療衛(wèi)生領域的應用及發(fā)展 醫(yī)用塑料制品作為醫(yī)用材料的重要組成部分，已塑料材料向高技術、高附加值發(fā) 展的一個主要方向，并在生物和醫(yī)學工程研究領域中發(fā)展成為一門相當重要的邊緣科 學。 醫(yī)用塑料可分為醫(yī)用體外塑料制品和醫(yī)用體內塑料制品兩類。 在美國有 2/3 的玻璃醫(yī)療用具已被透明塑料所代替。在日本，除了 100ML 的注射 器之外，其他全部使用一次性塑料注射器。醫(yī)用體內塑料制品是指在人體內使用的各 種醫(yī)用塑料制品，如各種人體組織替代品、臟器以及藥劑型的醫(yī)用高分子材料，如人 造心臟和心臟瓣膜、人造肺、人工腎、人造關節(jié)、人造骨、人造食管、整形材料、手 術用縫合線、外科用膠黏劑等。其理化和力學性能必須滿足醫(yī)學裝置和人工器官功能 和設計的要求，如人造腎用的過濾膜和人造肺用的氣體交換膜，要求具有特殊的透析 和與分離功能。 3.3.6 塑料制品在農業(yè)領域的應用及發(fā)展 塑料是農業(yè)生產中的一種重要生產資料，近年來雖然農用塑料消費量的增長減緩， 但在提高產品質量、開發(fā)新產品、拓寬應用領域和減少農田污染方面有了較大的進步。 新型地膜、功能性農膜、可降解薄膜成為當今的應用和發(fā)展趨勢。多色地膜、光選擇 蒸汽電熨斗的設計 12 性地膜、防蟲除草地膜和針孔地膜是近年新開發(fā)的地膜。為了減少農田污染，保護土 壤的生態(tài)平衡，研究人員正在積極開發(fā)可控降解薄膜，有的采用光控降解法，有的采 用生物降解法，有的采用兩者結合的方法，這項研究工作已成為當前塑料領域的熱點 話題。 3.4 塑料制品設計原則 塑料設計包括美術造型設計、結構設計和工藝設計等多項內容，而且對不同的塑 料品種、不同的成型方法，塑料的設計也有所不同。 （1）尺寸 塑件的尺寸主要應滿足使用及安裝要求，同時應考慮模具制造的工藝性能、設備 性能（如注射機最大注射量、鎖模力、壓機最大壓力、臺面尺寸等） 。還必須考慮塑料 的流動性；對流動性差和壁薄的塑件，尺寸不能設計得過大，防止塑件產生镕接痕或 注射不足蹬缺陷。 （2）精度 精度由塑料制品的成型工藝方法的特點所決定。影響塑料制品精度的因素主要有： 模具制造的精度、塑料成分及成型工藝條件等變化而引起的收縮率的波動，模具成型 部件的磨損而引起的型腔尺寸變化，塑件和模具的結構特點等。因此，要合理地選擇 塑件精度，在滿足使用要求的前提下盡可能選用低精度等級。 （3）表面粗糙度 塑件的表面粗糙度，主要由模具型腔的表面粗糙度決定，因此一般模具型腔的表 面粗糙度要比塑件低一個等級。塑件的表面粗糙度與成型工藝也有一定關系。塑件為 了追求光滑美觀，常常要求粗糙度低（Ra 值為 0.10.8um） ，為此模具型腔表面需要 研磨拋光，透明制品要求型腔和型芯表面粗糙度相同。 常州工學院畢業(yè)設計 13 4 塑料模具相關內容介紹 4.1 模具工業(yè)的現(xiàn)代及發(fā)展趨勢 4.1.1 模具工業(yè)在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位 由于采用模具生產零部件，具有生產效率高、質量好、成本低等一系列優(yōu)點，使 得模具的使用范圍日益廣泛，已成為現(xiàn)代工業(yè)生產的重要工藝裝配和發(fā)展方向。根據 國際生產技術協(xié)會的預測，21 世紀制造業(yè)中粗加工零件的 75%、精加工零件的 50%都 需要通過模具來完成。許多工業(yè)品的發(fā)展和技術水平的高低，很大程度上取決于模具 的發(fā)展水平。據統(tǒng)計，飛機、汽車、電機、電器、電子、儀器儀表、通訊設備、彩電、 冰箱、洗衣機、手表、照相機等產品零部件的 60%80%需要通過模具生產出來。例 如，生產一輛汽車，無論是載重車還是轎車，所需要的各種模具就超過 4000 副。模具 作為工業(yè)產品生產的基礎工藝裝備，是“效益放大器” ，用模具生產的最終產品的價值， 往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。因此，模具對國民經濟和社會發(fā)展將起越來 越大的作用，其技術水平的高低已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志。 4.1.2 我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產中用來成型具有一定形狀和一定尺寸制品的重要工藝裝備，是國 民經濟各部門發(fā)展的重要基礎之一。塑料模是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔 模的一種類型。隨著我國經濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產技術得到愈來愈廣泛的應 用。 國外在這方面起步比較早，我國在塑料模具方面的研究相對來說比較晚，所以在 滿足生產條件的同時也要學習國外是先進技術，提高模具精度，以便能達到國際標準。 從 20 世紀 80 年代初開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床中分離出來，并發(fā) 展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。改革開放以來，我國的模具 工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以 15%的增長速度快速發(fā)展。 隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴大，我國的模具技術水平也有較大的提高