年产600万件手机后盖注塑工艺设计

年产600万件手机后盖注塑成型工艺设计摘 要手机后盖是手机机外壳的重要构成部分，不仅是消费者审美的体现，同时能保护内部元件不受损害。目前主流的成型方法是注塑成型，但生产中存在表面质量不高，后续加工步骤多、工序繁杂等问题，此次毕业设计会对以上问题进行改进优化。该设计的图纸包括成型设备图、注射模具装配图、成型工艺流程图、物料循环图、车间布局图、全厂布局图、制品图，说明书内容包括制品规格的确定、生产配方的优化、确定适当的成型方法和所需的成型设备（注射机、辅助成型）台数、对生产过程进行热量衡算和物料衡算、合理的车间和工厂布局（水路、电路）、最后进行工厂效益的核算。本次突出设计的模具的流道采用的是热流道设计，流道中的凝料一直处于熔融态，无需凝料脱出，缩短成型周期，提高生产效率，也无需凝料回收加工，同时可以提升制品的表面质量。关键词：手机后盖，注塑成型，热流道The Injection Molding Process Design of 6 Million Mobile Phone Back CoverABSTRACTThe mobile phone cover is one important component parts of the mobile phone shell, not only embodies the consumer aesthetic, but also protect the internal components from damage. The current main forming method is injection molding. In the production, therearemanyproblems, such as, the surface quality is badly, the subsequent processing steps is to much, the process is complicated, This graduation design will be optimized on the above problems. The design drawings include molding equipment drawing, injection mold assembly drawing, molding process flow diagram, material cycle diagram, workshop layout, whole plant layout drawing. The instructions of include determining the specifications of production, the optimization of production formula, the proper molding Method and equipment for molding (injection molding machine, auxiliary units). Beside, Ill calculate the heat quality and material in the process of the production, the reasonable layout of workshop and factory (water, plant, circuit) and the benefits of factory. Finally the design of the runner mold is hot runner, the coagulation material in which has been in a molten state, without the extrusion, the molding cycle will be shorten and the efficiency will be improved. At the same time, there is no need to recycle and process the coagulation material, and this method can improve the surface quality of the products.KEY WORDS: Mobile phone cover，Injection molding，Hot runner I目录前言3第1章 制品分析及生产配方设计51.1 制品结构分析和工艺分析51.1.1 制品结构分析51.1.2 制品工艺及性能分析61.2 产品配方设计7第2章 注射机型号的选定92.1 制品体积、重量的计算92.2 型腔数目的确定92.3 注射机型号的确定102.4 注射机工艺参数校核102.4.1 注射机注射容积的校核102.4.2 注射机注射压力的校核112.4.3 注射机锁模力的校核112.4.4 注射机开模行程校核112.4.5 注射机与模具安装部位相关尺寸的校核12第3章 模具结构的设计133.1 浇注系统的设计133.2 成型零部件设计143.3 导向和定位部分的设计143.4 脱模机构的设计143.5 排气机构的设计153.6 模温调节系统的设计153.7 注射模具模架的选择153.8 注射模具材料的选择16第4章 注塑工艺过程及过程控制174.1 工艺过程174.1.1 成型前的准备过程174.1.2 注射过程174.1.3 后处理174.2 注射过程控制184.2.1 塑化184.2.2 流动与冷却18第5章 工厂设计与计算205.1 物料与能量计算205.1.1 物料衡算205.1.2 能量衡算205.2 车间布置225.2.1 生产设备布局225.2.2 车间非工艺设计225.3 工厂布置23第6章 工厂生产和效益计算246.1 生产安排246.1.1 生产人员的配备246.1.2 车间人员编制246.2 工厂核算256.2.1 工厂面积成本预算256.2.2 生产设备花费预算266.3 效益核算266.3.1 产品费用预算266.3.2 员工工资预算276.3.3 利润核算27结论28谢 辞29参考文献30附录31 前言自智能手机问世以来，越来越多的我们从来无法想象的功能逐渐的来到我们身边，智能手机已经和我们的生活息息相关，智能手机已然取代了我们身边很多常用的电子设备，改变着我们的生活方式以及周边的行业。近年来，随着国产品牌华为、小米、魅族、OPPO、VIVO等的崛起，智能手机无论从价格上还是从质量上来说均的到了消费者的认可1。据统计，至2016为止年全球智能手机总销量超过14.7亿部，智能手机出货量的增加，相应的手机配件市场也是发展迅速。所以近年来手机配件市场需求量巨大，以上这些特点在手机外壳上体现的尤为明显。手机后盖做为手机外壳的重要部分，其市场前景更为广阔。手机后盖属于薄壁、面积较大的制品，目前工业主要成型方法为注塑成型，生产过程中存在生产效率低，表面质量不高，后续加工步骤多、工序繁杂等问题。这些问题可以通过对原料改进，优化模具结构，进行工艺控制等方法进行改进。 为了满足使用要求，塑料手机后盖所用的塑料为工程塑料，主要为聚碳酸酯（PC）、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS）和聚碳酸酯+丙烯晴-丁二烯-苯乙烯三大类。 PC材料强度高，抗拉伸强度69MPa、抗弯曲强度96MPa、耐高温、长期使用可耐130C温度环境、透明性好、无毒2。最早韩国几家手机制造商采用高流动性牌号纯PC材料进行生产，但PC原料配色及表面涂覆不如ABS，稍后主张采用PC+ABS材料，PC/ABS是合成材料，是两者的共混产物，兼具PC和ABS的特点并且具有优良的成型加工性能，流动性好，强度较高(抗拉伸强度56MPa，抗弯曲强度86MPa)3。日本的厂家的高端手机后盖主要采用PC+ABS的材料，而对于档次较低的手机外壳直接采用ABS做手机外壳。但随着高分子学科的发展，PC生产成本的降低，而且人们对手机外观的审美，力学，轻量化的一系列要求的不断提高，PC材质的手机外壳由于使用性能好，虽然表面配色以及涂覆性不如ABS，但是随着共混技术的日渐成熟和手机外壳贴膜技术的发展，还有模具设计、注塑技术等方面的突破，最近几年手机厂家开始不断推出PC材质的手机外壳，2013年主打青春时尚色彩的Ipone5C采用的就是PC材质的手机后盖，这款手机一上市就得到了受到年轻人的追捧，之后国产手机厂家也开始推出手机外壳为PC材质的手机，小米的红米系列手机，就是此类代表。使得PC材质的手机后盖占有绝对的主导市场，各大手机厂商采用PC材料做手机壳料的比例正在逐渐上升。7 第1章 制品分析及生产配方设计1.1 制品结构分析和工艺分析1.1.1 制品结构分析图1-1 手机后盖 图1-1为就是本次设计的制品主视图,材质为PC。因为手机在使用过程会出现磕碰，手机后盖需要有一定的强度，韧性和抗划痕性。手机后盖上有一定数量的卡扣，需要一定的装配精度才能与手机机身进行准确的配合。由于制品是手机后盖，塑件表面要求无熔接痕，飞边，毛刺等缺陷外，其表面粗糙度无特殊要求。制品精度等级要求不高，采用一般精度（5级精度）即可，该制品尺寸未注公差，公差等级查表可选用MT3。该制品壁厚均匀，形状较为规则，成型要求容易控制为了方便脱模，制件需有一定的脱模斜度。聚碳酸酯属于硬质塑料，根据表1-1内外脱模斜度应取230为宜，在脱模时可采用推板和推杆联合脱模以使其成功脱模。表1-1 单边脱模斜度推荐值脱模高度/mm61010181830自润滑性塑料1451301045软质塑料2145130115硬质塑料2302152145 1.1.2 制品工艺及性能分析1. PC注射成型工艺过程(1) 成型前的准备：对原材料进行预处理（主要是进行干燥处理）、对料桶进行清洗（防止杂质污染制品）、选用适当的脱模剂。(2) 进行注射、成型，得到制品。(3) 制件的后处理。2. PC注射成型工艺参数（1）注射机：螺杆式 （2） 螺杆转速（r/min）：28（3） 预热和干燥：温度（C） 110120 时间 (h) 810 （4） 密度（g/ cm）:1.181.22 （5） 材料收缩率（%）：0.40.6（6） 料筒温度（C）：后段210240 中段230280 前段 240285 （7） 喷嘴温度（C）：240250 （8） 模具温度（C）：85140 （9） 注射压力（MPa）：80160 （10） 成形时间（S）：注射时间 2090 高压时间 05 冷却时间 20120 总周期 50220 （11） 适应注射机类型：螺杆、柱塞均可 （12）后处理： 红外线灯、烘箱 温度（ 110 C） 时间（h）24 3. PC性能分析 PC是聚碳酸酯的简称，是一种无定型的热塑性工程塑料，主链由碳酸酯链和苯环连接而成，碳酸酯链的柔性和苯环的刚性使其具有优良的工程性能。(1) 使用性能：力学性能好，又突出的拉伸强度和冲击强度；耐寒热性好，可在较宽的温度范围内使用；吸水率低、成型收缩率低、尺寸精度高；具有优良的耐化学腐蚀性能以及以增强易阻燃、无毒、易着色。(2) 成型性能：PC为无定型塑料，牌号很多，各个牌号基本性能和成型特性各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件进行分析;无定型材料的熔体粘度对温度敏感，高温时易水解，制品质量对含湿量很敏感，成型前含水量应小于0.02%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥；流动性差，溢边料0.08mm左右；料温对其性能影响较大、料温过高易分解，对要求精度较高的塑件，模温宜取 5060 C，要求光泽及耐热型料宜取 6080 C。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般选用螺杆式注塑机注射机进行生产，温度控制在 160220 C，注射压力100 MPa为宜；PC在升温时粘度增高，塑料制品上的脱模斜度取值宜稍大，取1 以上，对收缩率影响极小4。1.2 产品配方设计配方设计的目的是，在原料主要成分的基础上，再不影响原有材料性能的情况下，通过一些助剂添加，来提升所生产制品的性能5。在配方设计中要注意：(1) 满足材料使用的耐久性原则。(2) 充分发挥所添加的跟组分的作用。(3) 根据制品的使用环境以及使用性能，合理的添加助剂。(4) 降低成本。PC树脂虽然具有优良性能，但纯的PC树脂在成型过程中存在流动性差，制品耐磨性差等缺点。因此在生产中需采用合适牌号的原料，以满足生产需求。经查阅资料，德国拜耳公司生产的牌号为PC1837的注塑级聚碳酸酯性能优良，具有高冲击强度、使用温度范围广，良好的自由染色性，耐疲劳性佳，耐磨损佳，制品成形收缩率低、尺寸稳定性性好，无臭无味对人体无害，符合安全使用的标准。第2章 注射机型号的选定随着模具工业的发展，为了满足生产，注射机的规格也变得多种多样。进行设计前需根据课题任务书的产量计算出能够满足生产所需注塑机的理论规格，然后根据计算结果选择能够满足生产需求的规格的注塑机，最后对其参数进行校核6。2.1 制品体积、重量的计算根据制品图可知，设计制品长度为136mm，宽度为69.5mm，壁厚为1.5mm内部两个小长方体的底边长依次为10mm、4mm。（制品的体积可近似按长方体减去中间两个小的底面为正方形长方体的体积进行计算）其体积为： V=136*1.5*69.5-（10*10+4*4）*1.5=9.326cm查阅资料可知PC的密度：1.181.22 g/ cm，取1.18g/ cm，其质量为：M=1.18*9.326=11g2.2 型腔数目的确定每个模具设计之前都必须考虑型腔的数量，可以从注塑机规格、塑件成本、交货期等方面考虑，以确定模具是单型腔还是多型腔并决定型腔的数量。根据任务书可知，年产量为600万件手机后盖，每模成型周期取60S，成品合格率95%。整年工作日=全年365天-104个双休日-7天固定假期 - 30天（歇工、检修）-10（意外故障）=214天（模具拆装所需时间已经包括）假设为一模一腔，一台注塑机年产量=214*24*3600/60*0.95=308160件注塑机台数=6000000/308160=19.47台采用进一法取值，取20台，考虑到生产过程成本的控制，由于本次模具采用热流道设计，这类模具成本较高，若采用一模一腔设计，模具成本较高，因此模具设计采用一模2腔结构，10台注塑机进行生产。2.3 注射机型号的确定查设计资料可知PC塑料成型时注射压力控制在80160MPa，手机后盖属于薄壁制品需要较大的注射压力，但不能超过160MPa。综合以上结果初步选定注射机型号为XZ-ZY-60（卧式）注塑机。主要技术规格见表2-1：表2-1 注塑机主要参数理论注射容积（cm）60螺杆直径（mm）30注射压力（MPa）180注射速率（g/s）70塑化能力（g/s）35螺杆转速（r/min）0-200锁模力（KN）400拉杆有效距离（mm）220*300开模行程（mm）250喷嘴球半径(mm)SR102.4 注射机工艺参数校核2.4.1 注射机注射容积的校核每台注射机都有额定的注射容量，模具中塑件的体积与流道的体积之和不能超过该额定注射量，否则会造成缺料，影响制品质量。设计主流道体积约为： V=3.140.6322.5=3.9882cm因为该模具采用热流道设计不存在分流道，无需考虑分流道体积，因此模具总共需填充塑件的体积约为：V=29.326+3.9882=22.6402cm22.6402cm60cm,由注塑容量校核，该型号注塑机满足生产使用要求。 2.4.2 注射机注射压力的校核注射压力的校核主要是查验注塑机提供的注射压力是否能满足制品成型时所需的压力。由设计资料可知PC塑料在成型时压力在80160MPa之间，XZ-ZY-60型卧式注射机能提供的最大注射压力为180MPa，能够满足PC塑料在成型过程中所需要用的压力，符合生产要求。2.4.3 注射机锁模力的校核型腔数目是影响注射机锁模力的大小的重要因素，当模具的型腔数量确定之后就可以根据型腔数量对注射机的锁模力进行校核，检验是否满足需要。在计算模具型腔内的压力时可按：P=kp7P-模腔及流道内塑料熔体的平均压力（MPa）p-注塑机料筒内螺杆或柱塞施加个塑料熔体的压力（MPa）k-损耗系数，在1/32/3之间取值型腔压力P与损耗系数k之间的关系很复杂，不易取值，因此在生产中小型塑料制品时，为了便于计算，模腔内压力一般取2040MPa。这里取值40MPa。P值取定之后，根据公式：F=0.1PA=0.1 * 40 * 13.6 * 6.95 * 2= 380 KN(A为制件与流道在分型面上的投影面积)320KN400KN,注射机锁模力合适。2.4.4 注射机开模行程校核每台注塑机具有一定的开模行程，为了保证制件的顺利取出，取出制件时的开模的离应该小于注射机的最大开模行程。该模具是两板式结构，且采用的是热流道结构设计，不用考虑流道的脱出，因此凝料的脱出距离为0，因此开模行程的校核距离:开模行程 S 塑件脱模距离 + 塑件高度 + 510（mm） =150+1.5+10=161.5250，注射压力合适。2.4.5 注射机与模具安装部位相关尺寸的校核由于注射机的规格不同，模具的安装部位、形状、尺寸均不相同。在模具设计过程中，要注意与注射机安装部位的尺寸精度进行配合，包括定位环、喷嘴、顶针和内六角螺钉的安装位置。在设计及安装过程中注意以下校核问题：(1) 注塑机喷嘴的球面半径与定位环主流道入口处的半径配合，一般前者稍小于后者12mm,保证在注塑过程中减少溢料的产生，以免造成浪费。(2) 在安装过程中保证注射机喷嘴与主流道中心线必须在一条直线上。(3) 在安装过程中，螺钉的使用尽量用标准件，以方便装配减少不必要的麻烦。11洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章 模具结构的设计模具的结构取决于塑件的结构，模具的结构一般包括浇注系统、成型零部件、合模导向机构、侧向分型抽芯结构、脱模机构、排气机构和模温调节系统8。在本次设计中的制品中没有与分型面垂直的孔结构，在模具设计中不用考虑侧向分型结构的设计。3.1 浇注系统的设计物料经由注射机喷嘴射出经由流道至模腔，这段流道就是浇注系统，它包括主流道、分流道和浇口。由于本设计采用的热流道熔融物料经由主流道热咀直接充满型腔，无须分流道和冷料井的设计，无流道凝料的产生。热流道，又称无流道，是近几年来快速发展起来的一种流道设计方法9。在每个注射周期完成后，流道中的物料仍处于熔融状态，下一个周期注射时仍然畅通，缩短了成型周期。热流道的设计包括热流道分流板和热咀的设计。本次设计制品为手机后盖，对其外观质量要求较高，在浇口的选择上采用贝斯特公司生产的MV25型针阀咀（见图3-1）该型号的浇口浇注的制品浇口痕迹漂亮，在制品上不留下进浇口残痕，而且在注射过程中物料不会出现流涎和拉丝，适合生产外观质量要求较高的塑件。图3-1 贝斯特热流道MV25型针阀咀分流板（见图3-2）的设计采用直接进料的热分流板，熔融物料由主流道经由热流道分流板通过热咀直接进入型腔成型，保证制品的质量。热流道分流板中设计有发热管和感温线，它们与外部热流道温控器相连，以此来控制热流道分流板的温度，保证热咀和流道中的物料时刻处于熔融状态。图3-2 热流道分流板 3.2 成型零部件设计制品的成型是在成型零部件的地方完成的，设计内容包括凸模和凹模的设计。该制品外表面由凹模的成型，制品表面简单，凹模易于设计加工，便采用了整体式结构，而内表面有较多数量的卡扣，采用镶嵌式结构，可以减少加工难度。3.3 导向和定位部分的设计为了避免模具动模、定模在合模时或者来自注射过程中侧压力使模具分型面处发生错位，而损伤到模具的型芯，为了保证准确的合模，因此需要设计导向定位机构。本次设计的模具精度要求不高，因此在设计上采用简单合模导向机构即可满足生产要求，在动模底板上设置导柱，定模边设置导向孔，总共有四个，分布在型芯四周，合模时导柱与导向孔先配合从而使模具准确合模。3.4 脱模机构的设计脱模时要同时考虑到制品的脱出和系统凝料的脱出，该设计采用热流道设计，没有流道凝料产生，因此只需考虑方便的脱出制品即可。对脱模机构的设计一般要求结构尽量简单，能可靠的运行、不能对制件造成损坏、尽量让塑件停留在动模，以方便脱出。手机后盖属于薄壁，投影面积（分型面投影）大类型制品，若只采用顶杆脱模，由于顶杆截面较小，与制品接触的承力面积小，强脱时易产生应力发白现象，严重时会顶破制件，造成制品报废，为便于脱模，因此在设计中采用顶板与顶杆联合脱模的形式脱模10。3.5 排气机构的设计模具的设计时应设计排气结构，模具排气不良时，型腔中会有空气，在熔体的作用下残留空气会产生反作用力，反抗充模过程，空气残存量很少时，会渗入塑件内部形成气泡，形成缺陷塑件，因此在模具设计中一定不能忽视排气机构的设计11。本次设计中的模具设计精度为一般精度，不需要特别设计排气机构，利用模具的配合间隙和分型面排气即可。3.6 模温调节系统的设计模温调节是注射成型周期的重要因素12。本次设计中的模温调节系统包括两部分一个是制品的冷却，另一个加热系统的设计。在成型过程中保证模具的温度（本设计模具温度需控制在85140C），同时保证热流道中的物料时刻保持熔融状态。制品的冷却采用冷却水路，为了提高冷却的效率，在制品和热咀周围均匀的设置2个冷却水道，热咀周围的冷却水运行可以有效地防止拉丝现象。 3.7 注射模具模架的选择在实际生产中，为了方便模具的日常养护和维修，尽可能选用国家标准模架，而且注塑机对所用模具的最大板和最小板的厚度均有限制。根据图3-3，模架选择A3型。A板厚度为32mm B板厚度为40mm C板厚度为100mm模架总高度为 262mm图3-3 模架类型3.8 注射模具材料的选择根据表3-1可知，本次设计的制品截面小，表面精度要求一般，模具所用钢材采用国标45号钢即可。表3-1 模具钢材选用表类别/牌号中国美国日本瑞典德国用途塑料模具钢B302738用于制造生产批量小，模具载面积不大，尺寸精度以及表面粗糙度要求不高的塑料成型的模具或模架。B20501050S50CC50451045S48CC45451045S45CC45B610SM140CrG51400SCr440高级镜面模具钢3-4Cr13420S-1362083制造PVC的腐蚀材料较强的塑料模具。透明塑胶以及抛光性要求较高的塑料模具。3Cr2MoP2040CrMo74模具精度高，适合大型复杂模具P4410P20tNiPDS5S718273815 第4章 注塑工艺过程及过程控制4.1 工艺过程4.1.1 成型前的准备过程1. 为了保证塑件质量，进行生产之前，要对PC粒料进行干燥，含水量低于0.02%之后才能进行生产13。生产中通常采用普通烘箱干燥法对原料进行干燥。干燥后的物料需用密闭容器保存，以防吸收空气中的水蒸气。2. 清洗料筒，可用该次生产用的PC树脂进行挤出，清除上次生产中残留的废料，防止制品中出现杂质。3. 在模具内腔涂覆适量脱模剂（一般为硬脂酸锌），有助于制品的顺利脱出。4.1.2 注射过程表4-1 注塑过程工艺参数控制成型温度/C285305注射压力/MPa80160喷嘴温度/C260310模温/C85140该过程是成型工艺的重要组成部分。粒状PC物料在注射机料筒内熔融、塑化，之后熔融物料由注射机喷嘴射出，经由主流道、热咀充满型腔，然后保压、冷却、脱出制品。生产时各项标准应严格按照表4-1的工艺参数进行设定，安全生产14。4.1.3 后处理从模具脱出的塑件性能与正常使用的制品性能是有一定差距的，刚脱出的制品只是具有一定的形状和硬度，且内部存在一定的内应力，为提升其性能，满足使用要求需要对塑件进行热处理15。温度一般控制在在125135C，处理24h,一般情况下，制品的壁厚越厚，后处理的时间越长。由图4-1可知，对PC材质的手机后盖进行热处理时，温度可选择为130C，时间控制在1.52h。 图4-1 热处理时间对PC内应力降低值影响4.2 注射过程控制注射过程从工艺过程上分存在多个过程，而对成型的物料来说只有物料在料筒内的塑化、注射过程物料的的流动与成型后冷却这两个过程16。4.2.1 塑化物料在料筒内由粒状经加热转化为熔融态具有流动性熔体的的过程，我们称之为塑化。这段时间内，加热设备应该设定合适的温度，温度低，会使物料的塑化程度变低，充模困难；温度过高，物料会发生热分解。在PC进行注射生产中料筒各段温度应控制为：后段210240C、中段230280C、前段 240285 C17。4.2.2 流动与冷却该过程包括注射过程的流动与成型后冷却。是制品成型的主要过程18。熔融物料在很短的时间内经历了固体-流体-固体的变化，每一点的变化都会影响成型塑件。该过程大致可以分为四个阶段：充模阶段、压实阶段、倒流阶段、冷却阶段19。 1.充模阶段该过程从熔融物料进入型腔开始，至型腔被熔体充满为止。在该阶段中充模时间与充模压力有关。充模压力小时，充模时间长，先进入型腔的PC熔料的温度会降低，物料的粘度变大，流动性变差，给后续的充模带来困难；充模压力大，充模时间变短。充模压力大时，PC熔体会受到较大的剪切力，在剪切力的强力作用下，使PC分子形成较大的分子定向，这种现象若保留到料温降低到塑料软化点以后，由于PC分子中存在分子定向，这样的制品具有各向异性。在在温差范围较大的环境中使用时，这制品会出现裂纹、变形和翘曲等缺陷，影响制品的使用性能。为了解决这种情况，一般在生产中采用控制注射压力，适当提高充模速率的方法，减少分子定向程度，这样还可以提高制品的熔接强度。 2.压实阶段 自PC熔体充满模腔，至螺杆保压完成的这个过程称为压实阶段。这个过程中充满型腔的PC熔体，会因降温冷却而发生收缩，此时注射螺杆还未后退，压力仍旧保持未变，料筒中的PC熔体会继续进入型腔补缩。该阶段对于提高制品密度和降低成型制品收缩率有重要影响。由于这一阶段存在物料的冷却，微观上也就是PC分子定向形成的过程，该阶段的时间越长，也就意味着PC分子定向的程度越大。因此在工业生产中这个阶段的时间要严格控制，既要保证制品的质量，也要减少分子定向的产生。 3.倒流阶段 这一阶段从螺杆后撤开始，至浇口冻结结束。由于螺杆的后退，注射机所提供的注射压力减小，而型腔中压力与螺杆未后退时的提供的压力保持一致，由于两个部位压力差的存在，型腔中的物料会因此发生倒流现象。该设计中的流道为热流道设计，浇口不会冻结，但配套的热咀中有止逆阀的存在，因此倒流情况不会发生。4.冷却阶段 该过程开始自上一阶段结束，至制品从模具中脱出结束，该阶段是成型制品外形的阶段。模腔中的制品的温度降低，这一过程中制品刚度的一系列性能显著提升，保证制品在脱模过程中不至于发生扭曲变形，形成废品，浪费原料。18第5章 工厂设计与计算5.1 物料与能量计算 5.1.1 物料衡算物料计算的依据是质量守恒定律。目的是将生产加工用定量的数据描述出来， 通过计算得出原材料消耗、生产损耗、制品产量等一系列生产所需数据，并且依此数据安排生产。本次设计的制品为手机后盖，年产量为600万，材质为PC塑料，根据第二章计算可知单个手机后盖质量为11g，模具采用一模两腔，全年工作日取214天。产品合格率取98%，破坏检验率为0，损耗3%，生产周期60S。设计日产量=6000000 / 214*(98%-0) = 28610件/天设计时产量=28610 / 24=1193件/时设计年产量=29514 * 214=6122540件每台注塑机每年工作时间=214 * 24 =5136时每台注塑机年生产量=5136 /（60/3600*98% =308160件注塑机台数=6000000 /（308160/* 2） = 9.87台（取10台）设计年产质量=6122540 * 0.011=67.348 t合格品年产量=6000000 * 0.01 =66 t不合格品年产量=67.348 - 66 =1.348 t生产过程中，为了节约成本，不合格品的料可以在破碎、造粒之后混入新料中使用，但是生产中存在有损耗，这是不可避免的，而且是不能再回收利用的。原料消耗量= 合格品产量+不合格品产量+损耗量 = 66 +1.348+67.348*3% =69.369 t5.1.2 能量衡算 能量衡算的内容包括能量衡算和有效能衡算，能量衡算的依据是热力学第一定律，有效能的衡算的依据是热力学第二定律。能量衡算是以物料衡算为基础的，对生产所用的设备进行热负荷计算，然后串联起全套系统，进行能量平衡的计算，系统的分析能量在整个生产过程中的利用效率，尽量做到降低生产成本，节约能源。 能量在计算过程中应依据能守恒定律：成型过程能量 = 进入设备的能量 - 消耗在设备原件上的的能量 - 散失在空气中的能量20（注射机相关参数见表5-1）表5-1 XS-ZY-60卧式注塑机相关参数油泵压力/MPa6.3电机功率/KW11机器重量/T1.8进入设备的能量=GCt= 69369*1172*260=2.11*109 KJ （G为原材料消耗量，由物料计算的出C为物料比热容）消耗在各部件上的热量= GC( T - t )=1800 * 460 * (260-20) =7.95 * 108 KJ（G为各部件的质量，这里取机器的重量）散失在空气的热量= 5%*进入设备的热量=1.06 * 108 KJ因此可以得出生产所需的能量=2.1*109 - 7.95* 08 -1.06*108 =1.20 *109 KJ 由于在生产过程中，还存在一些其他的消耗，在计算过程中要在计算的基础上乘以1.1，因此：消耗的电能 = 1.1*进入设备的能量/（860 * 热功率转换系数） = 1.1 * 2.11 * 109 /（860 * 0.85） = 3.18 * 106 KW*h 在该次设计中，冷却介质主要是生产用冷冻水，冷却前后温度控制在5C左右，因此：冷却介质的消耗量 = 2.11 * 109 / (4.2 * 5) = 1.0 * 105 T5.2 车间布置车间的布置设计，是对生产车间进行合理的设计，包含生产设备的合理摆放、非工艺的设计。在设计过程中要考虑诸多因素，包括起设备安装，检修；电路，水路的排布；生产操作的方便性以及配套生活设施的设计，同时车间的布置要与厂区的布局图一致，为生产提供便利的条件。5.2.1 生产设备布局本次车间的设备为五台注射机，另外场地划分模具放置区、物料存放区、不合格品存放区、成品检验区、成品暂放区。注塑机采用竖向布置，位于车间的南端，注射机的顶端与墙体距离1.5米，每两台注射机制件间隔3.5米，每两台注塑机制件放置盛料容器，以方便加料装置自动上料。制件生产完成后，经注塑工初步检验调出不合格品，送入废品放置区，成品送入成品暂放区。以供后续加工。5.2.2 车间非工艺设计 该部分设计也是车间的重要构成。车间的非工艺设计包括厂房的设计、水电路及管道的排布、配电室、维修室和生活设施（办公室、休息室以、厕所等）。注塑车间的厂房，为节约成本，减少基建投资，多采用集中式厂房结构，车间墙体可以采用混凝土结构材料，每6米设计一根支柱，间隔安装通风扇，由于厂房的跨度较大，顶棚采用钢构，这样可以减少施工周期，节约一定的费用。配电室位于车间东北角，塑料成型机械的工作电压为380V，照明系统的电压为220V，这就需要配电室将输入电压转变为合适电压进行生产。维修室与配电室相邻，主要是对生产过程中的机械故障进行维修和对机械进行正常的点检，保证生产的正常进行。为了不影响生产，给员工提高一个良好的休息条件，车间办公室和休息室设计在了与成品暂放区相邻的位置。厕所位于西南角，与注塑机并列，这样安排可以给员工带来方便。水电路及管道一般埋于地下或是铺设在地沟中，这样可以减少地面突出物的产生，减少安全事故，安全生产。注塑机生产时需要用到冷却介质来给制品降温，一般采用生产用冷冻水，温度控制在5C，不能采用深井水，冷却过程中温度高影响，该种水质硬度大，会产生水垢，影响冷却效率。生活用水采用普通自来水即可。 5.3 工厂布置工厂布置要在满足生产任务的基础上，能够方便的进行全场的管理，同时还要留一定的发展空间，为企业今后的发展考虑。工厂的设计的过程中要注意：(1) 考虑建厂的气象、地质、水文等条件。(2) 车间厂房设计尽量采用集中式厂房，生产设计满足的情况下采用多层结构，提高建筑的有效面积。(3) 考虑车间中的劳动保护，安全技术和防火、防爆以及防腐蚀措施。(4) 各个车间之间的布局合理，使生产过程紧凑，减少周转过程。(5) 考虑企业的发展，厂房要具有一定扩建空间。22第6章 工厂生产和效益计算6.1 生产安排 6.1.1 生产人员的配备为了满足车间的正常生产，应根据开动的机器台数和班次，必须对每个车间安排相应的管理人员和生产人员，每个车间的人员配备应包括：车间主任、生产组长、技术人员、电工、维修工、注塑机操作工、搬用工、质检员。具体职责为：车间主任：完成车间的各方面工作，向生产组长下发生产任务，定时定量的完成生产任务。生产组长：负责日常生产工作，对生产人员进行合理配备，合理安排生产班次，负责生产人员的考勤。技术人员：主管技术，对生产过程制定合适的成型工艺，处理生产过程中的出现的工艺问题，培训车间工人使其安全上岗。电工：电气设备的日常点检，电路的排布，及时排除安全隐患，保证用电安全维修工：车间内设备的日常点检工作，注塑机的调试，机器故障的维修，模具的养护、安装与拆卸。注塑机操作工：负责产品的生产，上岗之前需要技术人员进行安全培训，以保证安全生产。搬运工：负责生产过程中的备料、给注塑机上料、成品以及原料的周转。质检员：对成品进行抽检，把控制品的质量，发现问题及时于技术员沟通交流并及时解决问题，对原料的消耗、产量等情况进行记录。6.1.2 车间人员编制本次设计有两个车间，每个车间五台注塑机，在生产过程中为了提高生产效率，采用“人停机不停”的原则，24小时连续生产，工作时间为三班制。每班车间人员配备如下表6-1：表6-1 每班车间人员配备表车间主任1人注塑机操作工5人生产组长1人搬运工1人技术员1人质检员1人电工1人维修工1人假设车间的出勤率为95%，则车间的实际总人数应为： 12 / 95% = 13人6.2 工厂核算6.2.1 工厂面积成本预算根据国家国土资资源部2006年下发的全国工业用地出让最低标准中的有关条例，再结合本次设计的实际情况，最终确定单位占地价格为150元/m2，工厂总面积约14250m2，查阅资料可知，在保障质量的情况下，为了控制成本，厂房的墙体采用混凝土材料，顶棚采用钢构，目前其单位面积的造价为430元。土地费用=14250 * 150 =191.25 万元厂房建筑费用=14250 * 430 =548.25万元总费用 = 土地费用 + 厂房建筑费用 = 191.25 + 548.25 = 739.5万元各项费用汇总见表6-2。表6-2 工厂建筑预算表土地费用191.25 万元厂房建筑费用548.25万元总费用 739.5万元 6.2.2 生产设备花费预算 该设计中的主要生产设备为注射机，不合格品破碎机。经资料查阅，设备预算见表6-3：表6-3 设备预算花费表设备名称XS-ZY-60型注射机破碎机设备数量10台1台设备单价8万元10万元其他杂费2万元2000元总费用92.2万元型号为XS-ZY-60的注射机台数为10台，破碎机一台，生产设备预算包括设备单价、其他杂费（运费、安装费用），总计费用为92.2万元。6.3 效益核算 6.3.1 产品费用预算经过市场调查以及相关资料的查询，一个PC手机后盖市场批发的平均价格约为34元，这里取3.5元，工业用电大概是0.72元/KW*h，工业用水约为2.2元/m，德国拜耳公司生产的牌号为PC1837的注塑级聚碳酸酯价格为5000元/t，年产量为6000000件，则：年总收入=3.5 * 600=2100万元水费： 2.2 * 1.0 * 105 = 2.4 万元电费： 0.72 * 3.18 * 106 = 229 万元原料费用 = 69.369 * 5000 + 助剂费用 = 40万元车间经费： 10万元企业管理费用：9万税收 ： 30万元总计费用 = 2.4 + 229+ 10 + 9 + 30 = 280.4万元 6.3.2 员工工资预算该次设计需要两个车间，每个车间每班需要13人，3个班次。根据当地工资标准，现拟定以下工资：车间主任 4000/月、生产组长 3000/月、技术员 3000/月、维修工 3000/月、电工2500/月、注塑机操作工 2500 /月、搬运工 2500/月、质检员 2500/月、维修工 2500/月 一个车间工资预算总计 =（4000 + 3000 * 3 + 3000 + 2500 + 2500 * 5 + 2500 * 2 + 3000 * 2）* 15 + 奖金 = 65 万元员工总工资预算 = 65 * 2 = 130 万元 6.3.3 利润核算利润 = 工厂年总收益 - 工厂核算的总费用 - 生产设备花费预算 - 小计费用 - 员工工资预算 = 2100 - 739.5 - 92.2 - 280.4 - 130 = 949.9万元由计算可知，该设计年利润可达949.9万元。29 结论本次毕业设计的制品为手机后盖，任务书的要求在设计中具有体现，但也存在一定不足。本次设计得出主要的结论有：(1) 本次设计产品的原料采用德国拜耳公司生产的牌号为PC1837的注塑级聚碳酸酯，采用的生产工艺为注射成型工艺。(2) 手机后盖注塑条件为高模温，高成型温度，壁薄，多种颜色，高速高压注塑，设计中浇口采用贝斯特公司的MV型专利热咀，此热咀专门成型换色产品，在注射过程中无死角，具有换色快，压力损失小等优点。(3) 生产中选用的注射机型号为XS-ZY-60-型卧式注射机，成型中所用的模具结构为两板式，流道设计采用热流道，缩短了成型周期，提高了生产效率。(4) 综合多方面因素考虑，厂房采用集中式厂房，生产班次安排为三班八小时工作制。根据经济效益核算工厂年利润为949.9万元，设计可行。(5) 由于设计课题限制，工厂车间只生产手机后盖一种制品，产品单一，产品单价低，利润也单一，为了追求利润最大化，应多接订单，进行多种产品的生产。谢 辞在设计过程中，指导老师范吉昌老师对我们进行了的耐心指导，在这里向范老师表达诚挚的感谢！同时，也向大学四年里的所有授课老师们致谢。毕业设计的顺利的完成，很大程度归功于范老师的认真负责。在设计过程中，耐心地讲解我们不懂的知识，分析设计中存在的问题，使我在大学四年里学到的理论知识能够很好运用。这一次的毕业设计是对我大学生涯的所学习的知识的一个检验，是一个非常重要环节。通过这次毕业设计，不但巩固了大学四年来所学习专业理论知识。而且对工业设计有了一个基本的了解和掌握。本次设计也为我们将来的工作奠定了一定的基础。 最后，再次向老师们敬礼致谢！参考文献1 小米: 站在巨人的肩膀上.销售与市场（评论版). 中原出版传媒集团. 销售与市场杂志社, 2013,5.102 罗河胜. 塑料材料手册. 广州: 广东科技出版社, 2010.33 王文广. 塑料改性实用技术M. 北京: 中国轻工业出版社, 2000.94 刘敏江. 塑料加工技术大全. 北京: 机械工业出版社, 2000.85 王文广. 严一丰. 塑料配方大全M. 北京: 化学工业出版社, 2008.106 陈滨楠. 塑料成型设备. 北京: 化学工业出版社, 2001.47 李海梅. 塑料成型及模具设计. 北京: 化学工业出版社, 2002.68 冯炳尧. 韩泰荣.模具设计与制造简明手册. 上海: 上海科技出版社, 1998.79 李海梅. 塑料成型及模具设计. 北京: 化学工业出版社, 2002.610 温耀贤. 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