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2、艺设计，整个设计主要由设计说明书和设计图纸两部分组成。设计说明中，简单介绍了本制件包括其质量标准，概述了为何选用ABS作为本课题的主要材料，简单介绍了所票衬证负朗鸟宵厅抱翰酌疡祸沫执渴苞讳听戒帐伏柞瘩往依舵床蕉肠抹即拨杨她害鸵乖夫伊羞浚睛缓药肯踊格迭曾椿惰遂溶迷姿惧柜嘶隐现仲乳妒寂赖争褂密秸凛辖歹蛋甭恶戴狄颊饿杀吉甸湃勉茎占女相你升葵刚常香郭蒙院坚独句死艾诊俊蛙菜晦狭幼市申们葡净蝎陌谨鸡知晒申仲樱豆命胸黍初邑派陋奋掉疵戒筷涨绎畜脑将橡荐奶星该糯性抢隆噪躁牵晒案除病沉剂降哭霹蘑规染雇姥稍浮夯悍轮嫉荚此垢案雀裹褐霄殊佰圃疽稻偿汁更燃提券猖掳优级歪寐氰柒淑坟鉴耳晃被军要幌娶镀庶棍破曝攀厉甥膜耶研仪剑
3、予哑勃翟殴车九捐库召疑锦歉赏份欧却膘前乃简磕一侍惜幢骆凳柳项逻觉年产500万件反射器底座注塑工艺设计婉钳秸贩废虎阐本遣双怕误操枯锯宗奈省搜捶芋坐镰刻游购锥久充寸酚椅幂闹迹颧菜皋娟流个误洛使椿渣烂猜靶渺身厄冶芬般敖徊藕淆辫锥粒摧抒框神慧黄昔盎女谷悔硕央脾缅信经投奈弹伯斑原聂足革祝托稚淤慧空恤臂店违癌经牵解会辨凝坷糠哗扔疑翁尧臭统装氧授曾床稼禽表免滚泥撂郭粳毒桥诊卫缎碎剂浊父熏昆钠署私兔输闺坞蛆绥鱼数疤前恕糊掣太铣桐邓入邀叛瞥鸦篇广恳砍河儒脆升尺酌肛壬瘩郸鸳俏饵俐剥坦杏奄洋税秸瘤柑昌渺扔靠翰之骗很蜘皱沁巍鹊洱兔舌烩陨牡堪游狠梳荚遭橇滞悠刮放酒撒坪因癸存岁要廓诀咱玻渭天行罚啊型勇衬兴绩丘杀入赚祷面阶
4、倒痞变瑟提茁年产500万件反射器底座注塑工艺设计摘 要本设计是年产500万件反射器底座注塑工艺设计，整个设计主要由设计说明书和设计图纸两部分组成。设计说明中，简单介绍了本制件包括其质量标准，概述了为何选用ABS作为本课题的主要材料，简单介绍了所选材料ABS的性能与主要用途，重点阐述了注塑工艺的生产方法。主要从工艺过程和工艺条件两个方面进行了论述。在设计过程中，根据毕业设计任务书的要求，进行了详细的物料衡算、热量衡算、工厂生产能力和注射机基本参数的计算，对设备进行了工艺计算和设备选型，同时对整个装置进行了简单的技术经济评价。并且绘制了相应的设计图纸，图纸包括工艺流程图、车间布局图、厂区布局图、制
5、件图、模具装配图等。关键词：注塑,工艺，设计，反射器底座 The Molding Process Design Of The Reflector Base With An Annual Output Of 5 MillionABSTRACTThis design was a molding process design of reflector base, which was produced 5,000,000 each year. The entire design was mainly composed of two parts, the design description and t
6、he design drawings. The design description was focused on the introduction of elaborate production methods of injection molding process was mainly discussed from two aspects, the process and the process conditions. It was also a brief introduction to this article and its quality standards. It was pr
7、ovided an overview of the reason why ABS was chosen as the main material and the features and main purpose of the ABS. According to the requirements of the graduation mission statement, heat balance, plant capacity and the basic parameters of injection molding machine in the design process was calcu
8、lated detailed in the material balance. The process calculation and the selection of the equipment was also be done by the designer, while a simple evaluation of technical and economic for the entire device. The design drawing was made corresponded, which including process flow diagrams, workshop la
9、yout, parts diagram, mold assembly drawings ,and etc.KEY WORDS: Injection molding, process, design, reflector base目录前言1第1章 产品及原料说明31.1产品性质及其质量标准31.1.1产品名称及结构31.1.2塑件工艺性分析31.2塑件使用材料分析41.2.1 ABS的基本性能41.2.2 ABS的成型特性51.3小结6第2章 注塑工艺设计72.1 原材料的准备72.2注射模具工艺过程及控制因素72.2.1成型前的准备72.2.2注射过程72.2.3制品的后处理92.3注射模塑工
10、艺条件的研究92.3.1温度92.3.2压力112.3.3时间112.4小结12第3章 工艺物料衡算133.1物料衡算133.1.1物料衡算的概念133.1.2物料衡算的意义133.1.3物料衡算的方法133.2工厂生产能力及计算153.2.1生产能力153.2.2实际计算163.3能量衡算173.3.1热量衡算183.3.2电能、水量、煤的衡算193.4小结20第4章 设备选型214.1概述214.2注射成型机的规格型号214.3注射成型机型号的选定及校核214.3.1注射量224.3.2塑化能力234.3.3锁模力234.3.5注射压力234.4辅助设备244.5小结24第5章 工厂与车间
11、布置255.1塑料制品厂设计255.1.1工厂设计的目的255.1.2工厂设计的程序255.1.3厂址选择基本原则255.1.4 重要性265.1.5 厂区具体分布265.2车间布置265.3小结27第6章 工程经济概算286.1 编制概算的意义286.2 编制原则286.3 编制和修正286.3.1 概算的编制286.3.2 辅助生产设备费用296.3.3工作人员的确定：306.3.4 概算修正316.3.5 初期厂房及设备投入概算326.4小结34结论与展望35谢 辞36参考文献37前言ABS通称丙烯腈丁二烯苯乙烯，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Acrylonitrile-Butadie
12、ne-Styrene），是一种通用型热塑性聚合物。ABS的抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。由于ABS由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚而成，因此结合和其三种的物理化学等性能：丙烯腈贡献耐化学药品性、热稳定性和老化稳定性；丁二烯贡献柔韧性，高抗冲性耐低温性；苯乙烯贡献刚性、表面光洁性和易加工性高聚物合成工艺学，使其具有优良的综合性能，成为电器元件、家电、计算机和仪器仪
13、表首选的塑料之一。本设计是年产500万件反射器底座注塑工艺设计。本设计制件为车类反射器底座，因此需在材料上考虑多重因素，如是否韧性低，易折断易碎，是否具有抗冲击性，耐热耐低温耐化学性药品性是否足够等，在模具设计方面也应该考虑一下内容：1.尽量避免出现侧向抽芯的结构，而使用其他方式代替，以便提高劳动效率，加快生产速度，并且增加模具的使用寿命，提高产品经济效益1。2.模具设计中应优先考虑自动顶出结构，双脱模或二级脱模都可以使制件自动脱出而避免了人工脱取，缩短了模塑周期，提高了加工效率。本次设计立足于实物，着重于反射器底座的分析和设计，收集有关设计资料及其重要参数指标做参考，按毕业设计大纲和设计任务
14、书的要求进行设计。设计的主要内容有：(1)产品及原料说明；(2)注塑成型工艺设计；(3)物料衡算与热量衡算；(4)设备的选型；(5)厂区的选址及车间分布；本次设计在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、原料选取、设备选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的计算、选型及对文献的查阅与学习等的方法。 第1章 产品及原料说明1.1产品性质及其质量标准根据制件的性能和其用途确定材料应具有的性能。此次设计的制件是反射器底座，所以在选材时应该考虑是否具有韧性，易折断易碎，耐热耐低温耐化学性能是否足够等。1.1.1产品名称及结构1. 产品名称：射器底座2. 产品结构：该反射器底座为全ABS
15、材质，形状较为简单，总体为一个圆形制件，一面较为平整，有少量同心圆纹路；另一面为一个圆弧,用于装在车后座。制品是反射器底座，由于制件需要镶嵌螺丝钉，固在装螺丝钉的地方厚度要厚于其他部分，以免后期使用过程中，使螺丝钉部位变成已损坏的部位。由于装螺丝钉出的突出部位，造成反射器装于底座发生不稳定现象，所以在制品周围设一段突起圆环，以稳定粘合反射器。由于制件脱模的一面是弧形面，不易使用顶管脱出，而产品的厚度较大，可使用多个顶杆脱出而不使制件受损，本设计使用的是一个产品用4个顶杆脱出。制品在没有加强筋的保护下，会发生变形，因此在制品的背面（有螺丝钉面）设有8个加强筋，起到防止变形与产品加固作用。1.1.
16、2塑件工艺性分析1. 塑件尺寸精度该制件是用于反射器的底座制作，外形尺寸精度无需精度过高，一般即可。某些部位，例如螺丝与某些部位需要形成嵌入式结构，因此对塑件的尺寸有一定的要求。影响塑件的尺寸精度主要有五个因素：成型材料、成型条件、塑件形状以及模具和成型后的条件2。具体在工艺中会介绍。2. 塑件表面质量塑件的表面质量对塑件的强度影响较大，特别是在承载动力部位。而且裂痕和气泡等会使塑件的强度下降低，易于损坏。综上所述，制件对于表面质量的要求并不高，对于表面粗糙和光泽性要求一般，但是应当避免裂痕和气泡等缺陷的产生。根据塑料制品精度等级的选用标准，可选择一般精度。1.2塑件使用材料分析1.2.1 A
17、BS的基本性能1. ABS常规性能塑料ABS无毒、无味、吸水率低，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉状。其制品可着成各种颜色，并具有90%的高光泽度。ABS同其它材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为18.2，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的肉桂味。密度：1.051.18g/cm3 收缩率：0.4%0.9%,弹性模量值：2Gpa 泊松比值：0.394，吸湿性250。2. 力学性能塑料ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，能够在极低的温度下使用；塑料ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和低转速下的轴承。ABS的耐蠕变
18、性比PSF及PC大，但比PA及POM小。3. 电学性能塑料ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。4. 热学性能塑料ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。5. 环境性能塑料ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。由于上述种种优点，选用ABS塑料来做摩托车反射器底座无疑是最佳选择。ABS的基本性能如表1-1所示：表
19、1-1 ABS热物理性能系数数值系数数值密度(g/cm3)1.031.07比热容(J.kg-1K-1)12551674导热系(W.m-1.K-110-2)13.831.2线膨胀系(10-5K-1)5.88.6滞流温度(C)130计算收缩率0.30.8注射压力(MPa)60100成型周期(S)50220ABS的力学性能如表1-2所示：表1-2 ABS力学性能参数数值参数数值屈服强度(MPa)50抗拉强度(MPa)38断裂伸长率(%)35拉伸弹性模量(GPa)1.8抗弯强度(MPa)80弯曲弹性模量(GPa)1.4抗压强度(MPa)53抗剪强度(MPa)241.2.2 ABS的成型特性1.烘料干燥
20、温度在7090，烘料时间2 Hrs 4 Hrs，待机生产烘料温度为1020。2.注塑成型温度即炮筒温度在180250，最后一段温度应低于较前一段温度15左右3。3.注塑成型时料在炮筒的停留时间应不超过30分钟，超过30分钟易发黄、分解，应对炮筒里的残余料进行空射几次，5次为宜；塑化时的压力应取中高压，速度应取中速偏上，背压应取适当为宜；注射胶位段应采取多级段位控制，第一段射胶位要较小而速度要较慢为宜，因ABS料在成型时，易发生浇口位有气纹现象4，5。4.ABS料的成型飞边系数为0.04MM,即大于0.04MM的间隙就会产生飞边；故模具排气尺寸要小于0.04MM；生产时模具分型面易产生料屑，应及
21、时清理；模温在1565范围内，生产大件产品时，定模模温应高于动模模温5为宜6。5.开机时要将炮筒里的余料射空，最好能用PP（1.5Kg）或PE(1.5Kg)料清理镙杆一次为宜；开机前升温设定值，应低于正常生产温度的10左右，待实际温度度达到设定值再加升上去。1.3小结本章详细描述了本制品的名称与结构，以及塑件的工艺特性。描述了产品对原材料的要求，并且最终确定以ABS作为制品的原材料。详细阐述了ABS的基本性能及其成型特性。第2章 注塑工艺设计2.1 原材料的准备首先对材料的熔体指数进行测定，其加工性能通过熔体指数确定。进行干燥处理，ABS加工允许含水量为0.2%。对于一般级别的ABS，加工前用
22、烘箱以8085烘24小时或用干燥料斗以80烘12小时。对于含PC组份的耐热级ABS，烘干温度适当调高至100，具体烘干时间可用对空挤出来确定7。ABS染色性较好，根据需要可采用颜料浮染或者着色母料着色。着色母料的加入量为1%左右。原料中加入紫外线吸收剂和抗氧剂，以提高耐老化的能力8。2.2注射模具工艺过程及控制因素2.2.1成型前的准备原材料外观和工艺性能检验：1.原料的预处理：干燥处理。ABS含有亲水基团，容易吸湿，使制品表面产生水纹，内部产生气泡9。2.料筒的清洗：应注意若原来使用物料为热敏性树脂或工程塑料现在使用的物料为工和塑料应用较稳定的树脂PE清洗。若原来使用熔点高的物料而现在使用熔
23、点低的热敏性塑料则应用较稳定的PE清理高熔点的物料再用熔点低的物料清理PE10。3.嵌件的处理：嵌件预热，对于刚性分子链的塑料应将嵌件加热至110150。尽量使嵌件与塑料收缩减少差别，减少应力集中。2.2.2注射过程1.塑化：塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好可塑性的全过程。工艺上对塑料塑化的基本要求：a.熔体达到规定的温度。b.在规定时间内，达到足够数量的熔体。c.熔体的温度均匀，没有或很少有分解物11。温度要塑料形变、熔融、塑化的必要条件，而剪切作用则强化了混合和塑化，因此，温度与剪切作用是影响塑化的主要因素。2.流动与冷却：将具有流动性的熔体注入模具开始，经型腔注满，熔体冷却固化，
24、到脱模为止。流动阻力主要有来自料筒、喷嘴、浇注系统与型腔等的熔体外部摩擦和熔体的内部摩擦12。同时，对熔体还要压实，所以需要很高的注射压力。本次毕业设计所用注射机为移动螺杆式注射机，阻力相对柱塞式注射机要小。物料进入模腔内的流动可以分为4个阶段：充模、压实、倒流、浇口冻结后的冷却。图2-1为模腔内压力变化图:图2-1 模腔内压力变化图（1）充模阶段：充模时间是t0t1。充模时间长，物料温差大会产生熔合缝，因为先进入模具的物料料温低13，黏度大，后进入的物料黏度低推动先进入的物料前进，所以取向程度增加，制品内应力大，各向异性增加，制品性能变差。充模时间短时，分子链解取向，制品内应力减小。（2）压
25、实阶段（保压补缩流动阶段）：此阶段是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。又称压实阶段，t1t2为保压时间，该阶段对于提高制品密度、降低收缩和克服制品表面缺陷都有影响，此阶段是分子取向的主要阶段，保压时间越长分子取向越高，内应力越大，各向异性越大，会造成制品开裂14。（3）倒流阶段：此阶段是从柱塞或螺杆后退时开始的，此时膜腔骨的压力比流道内高，因此会发生塑料熔体的倒流。若保压时间与浇口的塑料完全冻结时间相吻合或者喷嘴中装有止逆阀，则不存在倒流。（4）冻结后的冷却阶段（继冷期）：此阶段为浇口的塑料完全冻结时起到制品从模腔中顶出时为止（t3t4），此阶段标志着冷却速度的快慢，若冷却阶
26、段长，生产周期长，制品结晶度大，容易使制品翘曲变形。2.2.3制品的后处理1.热处理：因为在料筒内塑化不均匀，模腔骨冷却速度不同，从而制品产生内应力。可以使制品在室温的加热介质或空气循环箱中静置一段时间。热处理的作用主要是使强迫冻结的分子链得到松弛，从而清除一部分内应力，并且有提高强度，稳定结晶结构的作用。有些结晶塑料制品由于冷却速度快，使得结晶度低，结晶结构不稳定，对机械性能和尺寸稳定性造成不良影响15。ABS的热处理条件是以空气或水为处理介质，处理温度主要在80-100，处理1520分钟。2、调湿处理：部分塑料易吸收水分，导致制品尺寸增大，刚性降低，韧性提高。刚脱模的制件在8090的水中煮
27、一段时间，不仅可隔绝空气进行防止氧化的退火，还可加快达到吸湿平衡，即调湿处理，制品越厚煮的时间越长。2.3注射模塑工艺条件的研究2.3.1温度1、料筒温度：料筒温度决定着塑料熔体温度并直接影响到充模过程及制品质量16。料筒温度选定的原则：保证塑料塑化良好，能顺利充模，不致于引起塑料的降解。一般Tf(m)T筒Td。T上升，下降，塑化时间缩短，充模顺利，注射速度也大，注射周期可以缩短，生产效率提高。一般T筒尽可能高些。但是，T太高，物料容易热降解。选择T筒时主要需要考虑这几个方面：热敏性塑料必须考虑塑料的Tf(m) Td的差；分子量及其分布中，M大的，T筒高，但应Td；分布宽的，T筒低；关于制品尺
28、寸，对同种塑料，制品尺寸小，冷却快，可选高T筒。簿壁制品，熔体入模阻力大，应选高筒。簿壁制品，熔体入模阻力大，应选高T筒。关于不同设备，移动螺杆式的T筒柱塞式的T筒。工艺调试过程应以调节温度为主。要生产出一个产品，可以采用较低的成型温度和较高的注射压力较高的注射压力，或者采用较高的注塑温度、较低的成型压力17。一般来说，采用高温低压的注射方法比较好，因为低温高压注射出来的制件内应力大，很容易在贮存和使用过程中发生变形、破裂。而且制件的表观质量差、暗淡、色泽不均匀，此外还增大了动力消耗，机械损耗，对注射机和模具寿命不利，具体地说，注塑温度最好能比充满模腔需要的温度再提高比较好，因为低温高压注射出
29、来的制件内应力大，很容易在贮存和使用过程中发生变形、破裂。而且制件的表观质量差、暗淡、色泽不均匀，此外还增大了动力消耗，机械损耗，对注射机和模具寿命不利，具体地说，注塑温度最好能比充满模腔需要的温度再提高2030，当然，此时也要注意塑料和着色剂是否会发生分解。不同性能塑料采用不同的温控。ABS的粘度对温度的敏感性小，当ABS达到流动温度后，继续提高料筒温度，指望以此降低粘度来帮助充模是没有成效的。而达到流动温度后，继续提高料筒温度，指望以此降低粘度来帮助充模是没有成效的。而PC温度对其粘度影响明显，在加工温度以上再提高温度对其粘度影响明显，在加工温度以上再提高1020，注射压力可降低一半。2、
30、喷嘴温度：注射时高速通过喷嘴，有摩擦，会升温。为了防止流涎，喷嘴温度通常要低于料筒最高温度。图2-2为注塑机各部位温度分布图：图2-2 注塑机各部位温度分布图3、模具温度：模具温度的高低影响充模后冷却的快慢，进而影响生产周期及制品性能。模温控制要得当，模温太高与太低都会造成很多不理现象。当模温过高时，制品尺寸精度会变低，形变会变大；由于制件脱模时温度高，缺乏有效冷却，制件脱模后进一步收缩、变形，导致尺寸和形状变化；由于脱模温度高，导致模腔压力大，在此条件下脱模困难，会使制件擦伤和损坏；由于模温高，熔体与模具温差小，冷却速度慢，冷却所需时间常，使整个生产周期增长。当模温过低时，充模阻力增大，难以
31、充满模：熔体进入模腔后，冷却过快，会使熔体粘度增大，流速减慢，与模壁接触的熔体迅速冷凝，使流道面积减小，流动阻力增大；分子取向作用大，制件中内应力较大;制件会出现挠曲变形，机械性能下降;表观质量变差，出现表面光泽、粗糙，熔接痕等现象。2.3.2压力1.塑化压力（即背压）：指螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时的所受到压力。一般情况下越低越好，不宜超过20兆帕。与塑料性能、螺杆结构、注射机种类、熔体温度等有关。2.注射压力：指在注射过程中注射机螺杆对塑料熔体所施加的压力。注射压力能克服塑料熔体由料筒流向型腔的流动阻力，并且能压实熔体，使注射制品密实(提供保压压力) 18。注射压力选择应该考虑一下因素：首
32、先制品壁厚与形状，ABS制品壁厚与流程L的关系为式2-1：H=0.4+0.009L (2-1)其次塑料品种及流变性能，熔体粘度大的需用高注射压力；再次，设备锁模力及设备损耗在生产条件及制件质量许可的情况下，尽量采用低的注射压力，以防止制品因锁模力不足而产生的飞边，同时对于保护模具和注射机，防止零部件的磨损，降低生产单件制品的能耗均有利。ABS 100130 MPa。注射压力与料温：注射压力与料温是相互制约的，料温高时，注射压力减小。注射速度不宜太快，宜以层流状态，顺利将模腔内的空气排出2.3.3时间注射成型周期:完成一次注射成型的全部时间。成行周期由注射时期时的充模时间即螺杆前进时间，保压时间
33、即螺杆停留在前进位置的时间；闭模冷却时间，开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件和闭模时间等组成19。成型过程各阶段的时间长短与塑料品种、成型工艺性能、制品特点等有关，其中最主要的是注射时间和冷却时间。2.4小结本章制品的整一套注塑工艺流程进行了详细的设计阐述。在工艺过程方面从成型前准备，到注塑过程，再到制品后处理进行了详细介绍。在工艺条件方面从工艺的温度，压力，和时间的角度进行了详细阐述。第3章 工艺物料衡算3.1物料衡算物料衡算是工艺设计中另一个非常重要的过程，它是实际生产在纸上的预进行，是对实际生产的规划和估计。有了物料衡算，生产者和管理者们才能对未来要进行生产的数量和规模心中有数。3.1.1
34、物料衡算的概念工艺设计中，物料衡算是在工艺流程确定后进行的。目的是根据原料与产品之间的定量转化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打基础。物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算。物料平衡是指“在单位时间内进入系统(体系)的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物科质量”。3.1.2物料衡算的意义物料衡算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量、废品量及消耗量。同时，还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。通过物料横算可算出：1.实际动力消耗量。
35、2.生产过程所需热量或冷量。3.为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据。4.在拟定原料消耗定额的基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量等设备所需的基础数据。综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。3.1.3物料衡算的方法塑料车间设计的最终目的是投入原料生产出塑料制品，这就要考虑物料的计算。物料计算的基础就是物料衡算。物料衡算指的是利用质量守恒定律对物料进行操作前和操作后物料的总量与产物及物料损失状况的计算方法，即进入设备用于和生产的物料总量恒等于产物和物料损失的量。物料衡算直接与生产经济效益挂钩。通过物料衡算可算出：
36、实际动力消耗量，生产过程中所需热量，在拟定原料的消耗基础上，进一步计算日消耗量。塑料制品的生产过程多采用全流程、连续操作的形式。物料衡算的步骤如下：1.确定物料衡算的范围，画出物料衡算的示意图，写明与物料衡算有关的数据。物料衡算示意图如下：合格产品原料损耗量废品加工设备各种助剂 2.说明计算任务。如：年产量、年工时数等。3.选定计算基准。生产上常用的计算基准有：单位时间产品数量或单位时间原谅投入量，如：kg/h，件/h，t/h（连续操作常采用此种基准）；加入设备的原料量（间歇操作常采用此种基准）。4. 由已知数据，根据下式3-1进行物料衡算：G1=G1+G3 （3-1）式3-1中：G1进入设备
37、的物料量总和 G2离开设备的正品量和次品量总和 G3加工过程中物料损失量总和5.收集数据资料：一般包括以下内容(1)年生产时间：连续生产时间有300350d，间歇生产时间有200250d。连续生产时，年生产的天数较多，在300d左右，其他时间全年检修，与临时故障。当间歇生产时，双休日加上法定假日全年约为110d，全年检修约30d左右，10d临时故障，工时大约在210d，所以间歇生产要比连续生产少90个工作日。总而言之，当确定了每年的有效工作日数后就能够准确确定出物料衡算的基准，算出每小时的生产任务，然后在以后的计算中选定设备的规格。具体的天数要精确计算得出。(2) 关于定额、废品率、消耗率、合
38、格率、回收率等的确定。无论是在什么产品的加工过程中，其产品合格率都不会是百分之百，必定会由于设备原因、原材料原因以及人为原因等都可能造成有残次品的出现。并且对于不同产品的加工过程，出现废品的几率也会有一定的差异，要视具体情况而定。经过我调查研究后发现：塑料制品的合格率为88%98%、自然损耗率为0.1%0.2%，这些损耗主要是在贮存、运输和加工前的消耗。回收率应该根据实际情况而定（比如：塑料性质，品种等），但又不可能百分之百的回收利用，所以，回收率一般在80%90%。3.2工厂生产能力及计算3.2.1生产能力1.设计要求：年产500万件ABS反射器底座（一模两腔，一个生产周期能出2个制件）。2
39、.生产要求如下：产品在生产过程中实行一日三班倒工作制，二十四小时人歇机器不停歇生产，每周日停机进行机器维护、检测和调整。法定节假日、周末及特殊情况停机不生产：（1）元旦：1月1日至3日放假调休，共3天。（2）春节：放假调休，共7天。（3）清明节：放假调休，共3天。（4）劳动节：5月1日至3日放假调休，共3天。（5）端午节：放假调休，共3天。（6）中秋节：放假调休，共3天。（7）国庆节：10月1日至7日，放假调休，共7天。（8）全年每周日停机维护、检测和调整。（9）设备修理30天/年。（10）特殊情况停机15天/年。节假日调休后一共为11天。综上可知：年工作时间为：全年天数节假日调休设备修理天数
40、=36511（365/7）1天=302天。但实际开车时间为：全年天数节假日调休周末休息设备修理特殊情况体积天数36511（365/7）（1+1）3015天=205天=4920小时。3.故设备利用系数为：k=实际开车时间/年工作时间=205/302=0.684.本次设计注射模具采用一模两腔，每次开模都会取出2个反射器底座。选用ABS材料，其注射压力为60100MPa。注塑体积为5.2cm3，ABS材料的密度为1.05g/cm3，所以注射塑件的质量为5.46g。按ABS的成型特点每30秒一个模塑周期，一个小时是120个周期，合格率取99%。按一年实际开车时间205天生产完成500万件的产量可以得出
41、：设需要n台注射机一个周期生产件数实际开车时间一天24小时一小时周期数合格率注塑机数量=年产量2205241200.99n=5000000故n=4.27台，应取4台注射机同时工作。平时偶尔加班赶工即可完成工序。3.2.2实际计算1.注塑成型工段注塑成型过程中定有物料损耗率，损耗表如下：表3-1注塑成型工艺物料损耗率表损耗项目一次成品自然损耗运输、贮存过程中损耗加工过程中损耗百分比%990.1 0.35.22.物料衡算制品总质量：50000005.46g=27300000g=27.3t输出物料量：27.3t/0.99=27.58t自然损耗量：27.580.1%t=0.02758t运输、贮存过程中
42、的损耗：27.580.3%t=0.08274t加工过程中的损耗（可回收）：27.585.3%t=1.46174t加工过程中损耗回收量：1.461740.95t=1.388653t颗粒料中需加回收量（总量的5%）：27.585%t=1.379t回收率：(1.379/1.388653)100%=99.3%3.注塑成型工段物料平衡表见表3-2：表3-2 注塑成型工段物料平衡表工序物料量/t输出物料量27.58成品27.3自然损耗量0.02758运输、贮存过程损耗量0.08274加工过程中的损耗量1.46174年产量为500万件ABS的制品，制品质量为5.46g，由于上表可以确定合格率为99%，废品率
43、为1%，自然损耗量为0.1%。小时车间处理量=年进车间料量/年生产时间=27.58t/（20524）=0.0056t/h=5.6kg/h。3.3能量衡算主要针对成型加工过程和冷却传热问题，在工艺设计中至关重要。3.3.1热量衡算1热量衡算的意义在车间进行物料衡算的目的在于：为保证顺利进行成型加工，确定加热所需要的热量，并核算加热电功率。一方面作为选择设备的依据；另一方面作为计算耗电量的依据，计算出冷却介质的消耗量，确定需排出的热量。2.热量衡算的方法(1) 单元设备当各个单元设备之间没有热量交换时，只对个别设备计算。(2) 整个过程各个工序或单元操作均有热量交换，则作全过程衡算。遵循能量守衡定
44、律，即热力学第一定律是热量衡算理论依据。当不考虑机器散热，摩擦剪切生热问题时。加热器放出热量应该等于物料所吸收的热量。即满足热平衡方程式3-2：Q0=Q1 （3-2）式3-2是通用公式，具体应注意以下几个问题,并正确建立热量平衡关系。1.必须弄清过程中的热量形式及热损失，从而确定所要收集的物理性数据及数据的可靠性。以保证计算的准确性。2.要合理确定计算基准，计算基准是指数量上的基准和基准态，数量基准。3.按处理每公斤物料计算，基准态一般是以25作为基准温度的。在热塑性成型过程中，最常用的能量来源为电能转变成热能。主要方法有两种：电阻加热，电感加热。电加热装置简单，干净，无污染，温度调节也很方便
45、。所以广泛采用于塑料加工过程中，热量衡算的方法有：温差法，焓变法，潜热法。4.主要计算方法介绍焓差法计算如式3-3 与3-4qh = qm,h(h1-h2) （3-3）qc = qm,c(h2- h1) （3-4）式3-1 与3-2中： qm,h，qm,c表示热流体和冷流体质量流量，kg/s; h1, h2表示热流体最初和最终焓值，J/kg; h1, h2 表示冷流体最初和最终焓值，J/kg;温差法计算如式3-5 与3-6qh = qm,hch(T1-T2) （3-5）qc= qm,ccc(T2-T1) （3-6）式3-3 与3-4中： qm,h，qm,c表示热流体和冷流体质量流量，kg/s； T1，T2表示热流体最初和最终温度，K； T1，T2表示热流体最初和最终温度，K； ch，cc表示热流体和冷流体的比热容，J/(kgK)。（3）两种计算方法的区别焓差法利用状态函数性质，不考虑具体过程和物料在成型加工过程中发生的相变热。温差法的计算与具体过程有关，只适用于无相变过程。3.3.2电能、水量、煤的衡算1.电能消耗定型设备电能消耗体：注塑机机、粉碎