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1、高分子成型加工与设备,课程设计可行性报告 -儿童积木生产,性能要求与原料选择,Contents,01,02,03,04,生产背景与目标,配方设计与成型方法,05,总结,设备选择与工艺流程,01.生产背景与目标,我国现今16岁以下儿童有3.6亿左右，占人口的比重约20%。目前我国儿童消费已占到家庭总支出的30%左右，全国0-12岁的孩子每月消费总额超过35亿元。,玩具消费背景,据预测，在2016年，我国人口增长将保持每年1600万-2000万人的水平，这是我国玩具消费的一个重要群体。,玩具市场预测,玩具市场规模,国际市场： 中国是世界最大的玩具生产国和出口国，江苏、浙江、广东和上海等省市也是重要
2、的玩具生产和出口基地，呈现出区域产业集群现象。近年来玩具消费从成熟的欧美地区逐渐延伸至新兴市场，亚洲、南美、澳洲等地玩具消费增长迅速。其中亚洲地区的 增长速度最快，达到6.2%。,01.生产背景与目标,2011-2013年全球玩具市场零售额总量分析,玩具市场规模,国内市场： 截至2013年，国内玩具制造行业规模以上企业数量达到了1291家，从业人员达到了62.35万人。资产总额达到了825.01亿元。 2013年，国内玩具制造行业规模以上企业实现销售收入1664.44亿元，同比增长21.11%;实现销售利润184.51亿元，同比增长24.57%;实现利润总额83.34亿元，同比增长33.3%。
3、行业整体毛利率为11.09%，整体销售利润率为5.01%,01.生产背景与目标,01.生产背景与目标,乐高积木是由丹麦的奥利柯克克里斯琴森（Ole Kirk Christiansen）发明的一种塑料积木，一面有凸粒，另一面有可嵌入凸粒的凹槽，形状有1300多种，每一种形状都有12种不同的颜色，以红、黄、蓝、白、黑为主。它靠小朋友自己动脑动手，可以拼插出变化无穷的造型，令人爱不释手，被称为“魔术塑料积木”。,乐高积木介绍,此次设计将以乐高型拼装塑料积木制品为生产目标，对其进行生产设计。,02.性能要求与原料选择,产品对象及其性能分析：,乐高型拼装塑料积木主要针对幼儿和青少年群体使用，产品除具有较
4、好的强度和模量外，对电、热有良好的隔绝性，由于该产品会长期与人体皮肤接触，需要有一些特殊的性能要求。,GB 6675.1-2014玩具安全 第1部分：基本规范 GB 6675.2-2014玩具安全 第2部分：机械与物理性能 GB 6675.3-2014玩具安全 第3部分：易燃性能 GB 6675.4-2014玩具安全 第4部分：特定元素的迁移,1.力学性能 拼装塑料积木在使用过程中要无数次的堆叠和拆散，塑料的强度和模量需要有较高要求，此外材料的韧性也需要较高要求。力学性能是产品的基本要求。 2.无毒无味 由于玩具会长期与人体皮肤接触，若是在加工合成过程中加入一些甚至只是微量的有毒性物质都会对人
5、体造成很大的危害，所以在原料选择过程中避免具有毒性的原料，无毒、环境友好型的材料是首要选择目标。 3.成型性好 因为产品的形状多样，所以对其的成型性要求较高，使加工方便，便于生产。 4.易上色 塑料玩具积木的一个特点就是颜色鲜艳，便于辨认，所以应该选择着色性好的原料 5.稳定性 产品在使用过程中，随着环境的改变，需要其保持良好的稳定性，延长使用时间。所以在原料选择中需要加如光稳定剂等。 6.耐老化 塑料的一个特点就是老化，造成资源的浪费。如今玩具需求量与日俱增，具有耐老化性能的玩具变得炙手可热。 7.阻燃性 此外为了人身安全，还添加了阻燃剂，避免在接近火源时引起燃烧。,02.性能要求与原料选择
6、,02.性能要求与原料选择,ABS:,ABS综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好； 有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别； 流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好； 适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件。,02.性能要求与原料选择,ABS:,1,3-丁二烯：提供延展性、抗冲击性、韧性。,丙烯腈：提供硬度、刚度、耐热性、稳定性、耐酸碱盐,苯乙烯：提供良好的加工性、易上色性、表面光洁度。,接枝共聚,02.性能要求与原料选择,PC:,PC:加工性能好、阻燃性、抗氧化性、尺寸稳定、蠕变小，但长期暴露于紫外线中会发黄。,ABS,PC,共混,提高高分子材
7、料的物理力学性能、加工性能，降低成本，扩大使用范围,02.性能要求与原料选择,原料选择：,02.性能要求与原料选择,主要原料：ABS、PC共混 添加剂：环氧脂肪酸、氧化锌硫代丙酸二月桂脂、二苯甲酮、AMS-576、烷基-二（聚氧乙烯基）季铵乙内盐氢氧化物、碳酸钙,ABS配方,单位：质量份,03.配方设计与成型方法,03.配方设计与成型方法,按成型方法分,注射成型,挤出成型,压制成型,压延成型,注射,在加压下，将物料由加热料筒经过主流道、分流道、浇口，注入闭合模具型腔的模塑方法。,03.配方设计与成型方法,注射成型,注射模塑(注塑),注压,03.配方设计与成型方法,脱模,准备过程。将塑料在料筒内
8、受热达到充分熔融状态和良好可塑性,塑料熔体在柱塞或螺杆的推动下，经喷嘴、模具浇注系统流入型腔,冷却制品，使模内刚成型好的制品具有一定的刚性和强度,增密,保压,03.配方设计与成型方法,1.生产速度快、周期短、效率高，可实现自动化； 2.制品密度均匀、尺寸精度高，适于制造复杂精密且具有特殊要求的小零件； 3.可一次成型且易更新换代； 4.产品质量稳定性能可靠,挤出,指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。,03.配方设计与成型方法,主要包括管材、棒材、板材、片材等,加料段,熔融段,均化段,塑料自料斗进入挤出机的料筒内
9、，在螺杆的旋转作用下，由于料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用而向前运动。,物料受到料筒的外加热和螺杆与料筒之间的强烈剪切搅拌作用，温度不断升高，物料逐渐熔融,黏流体在机头口模阻力造成的回压作用下被进一步混合塑化均匀,03.配方设计与成型方法,1.连续成型，产量大，生产效率高； 2.制品外形简单，是断面形状不变的连续型材； 3.制品质量均匀密实，各向异性小，尺寸精确性较好； 4.不能生产三维尺寸的制品，制品往往需要二次成型；,03.配方设计与成型方法,压制,模塑料在闭合模腔内主要借助加压(一般尚须加热)的，实现成型物料造型的一次成型技术。,03.配方设计与成型方法,压制成型,模压成型,层压成型,广泛用
10、于热固性塑料和橡胶制品。,预压,预热,模压,为改善制品质量和提高模塑效率等，将粉料或纤维状模塑料预先压成一定形状,为改善模塑料的加工性能和缩短成型周期等，把模塑料在成型前先行加热,在模具内加入所需量的塑料，闭模、排气，在模塑温度和压力下保持一段时间，然后脱模清模,03.配方设计与成型方法,1.间歇操作，工艺成熟，生产控制方便，成型设备和模具简单且精确； 2.所得制品内应力小，取向程度低，不易变形，稳定性好。 3.需要交替加热与冷却模具，生产周期长，效率低，较难实现自动化，不能成型形状复杂和较厚制品。,03.配方设计与成型方法,压延,将接近粘流温度的物料通过一系列相向旋转着的平行辊筒的间隙，使其
11、受到挤压和延展作用，成为具有一定厚度和宽度的薄片状的制品的连续成型方法。,03.配方设计与成型方法,广泛用于橡胶和热塑性塑料的成型加工。,03.配方设计与成型方法,03.配方设计与成型方法,特点： 1.连续生产，生产能力大，操作方便、易自动化； 2.产品质量均匀、致密、精确； 3.成型不用模具，辊筒为成型面，制品为薄层连续型材； 4.断面尺寸固定，制品形状单一且尺寸易受设备宽度的限制； 5.设备庞大，投资高，辅助设备多。,用途： 1.用于橡胶成型加工，包括压片、压型、粘胶、擦胶； 2.用于塑料和复合材料的成型加工； 3.用于造纸和金属等加工行业。,周期短、效率高； 制品密度均匀、尺寸精度高，适
12、于制造复杂精密且具有特殊要求的小零件；,制品质量均匀密实，各向异性小，尺寸精确性较好； 不能生产三维尺寸的制品；,需要交替加热与冷却模具，生产周期长，效率低； 不能成型形状复杂和较厚制品。,断面尺寸固定，制品形状单一且尺寸易受设备宽度的限制产品；质量均匀、致密、精确,03.配方设计与成型方法,04.设备选择与工艺流程,工艺流程:,原料按配方比例加入到密炼机混炼,混炼后产品通过喂料机加入挤出机造粒,得到的粒料通过注射机注塑成型,出去注塑多余残料，得到产品，包装存储,04.设备选择与工艺流程,混合设备,生产设备,其他生产设备,设备,04.设备选择与工艺流程,混合设备,生产此项产品，物料的配方需要事
13、先混合均匀，用于物料混合的设备有z形捏合机，高速混炼机，开炼机、密炼机、螺杆挤出机等。其中z形捏合机、高速混炼机、开炼机、密炼机为间歇式混合设备，考虑到工业生产的效率与成本，本设计采用密炼机混炼，后通过螺杆混合挤出机造粒。,04.设备选择与工艺流程,生产设备,此设计采用了注射成型的加工方法，故生产设备为塑料注射机（注塑机），由于产品为小型塑料制品，故可以采用柱塞式注射机，也可采用移动螺杆式注射机，本设计采用移动螺杆式注射机。,04.设备选择与工艺流程,移动螺杆式注射机,04.设备选择与工艺流程,移动螺杆式注射机,04.设备选择与工艺流程,模具设计：采用动模模具,模具工作步骤：,1、合模锁紧，注
14、射冲模,2、保压固化,04.设备选择与工艺流程,3、开模顶出制品,模具设计：采用动模模具,模具工作步骤：,04.设备选择与工艺流程,模具设计时应考虑每一次注射量的充分应用，因此采用如下图所示的模具形状.,04.设备选择与工艺流程,模具设计过程中还需考虑冷却过程，设计时要预留冷却水管路。,04.设备选择与工艺流程,产品尺寸设计时应该考虑模具是否能被顶出，故设计时采用如下图所示的形状，即积木块内侧设计成有一定角度，使产品易于脱模。,04.设备选择与工艺流程,05.总结,以“世纪玩具”之称乐高积木以独有的益智性，可玩性，趣味性。在幼儿，青少年，成人等消费人群中占据着相当大的市场份额，有较好的市场前景
15、同时拥有稳健的口碑。在近几年的玩具市场上，乐高积木的市场份额连年提升，销售额连报佳绩，远胜于其他玩具巨头，尤其在中国市场，乐高积木更是取得50%以上的强劲增长。在这种良好的市场大环境下，我们组讨论并且完成了本次设计。 本设计以无毒无味，成型性好，稳定性高，耐老化等性能要求为主要方针，在配方设计上进行一定的调整和改良，如选择放弃添加有毒，有污染性质的阻燃剂，而是选用ABS与PC共混的方式对ABS进行阻燃改性，使ABS在增强阻燃性的同时不带毒性，保护消费者。类似的改良还有很多。,05.总结,在成型方法上，本次设计选用了注射成型的方法，一是生产速率快，周期短，效率高，方便于资金流转，二来注射成型加工方便，在加工物尺寸的控制上比较精确，适合于小物件塑料的加工。在具体的成型过程中，我们总结现在工业生产中的各种细节和要点，沿用最为成熟的方式，使产品做到质量可靠，工艺精制。 最后本设计结合已确定的配方和成型方法，在中塑在线和阿里巴巴等大型专业网站上挑选具体合适的加工设备。设备类型主要为混合设备，主要生产设备，其他生产设备三大类，三类设备相互协调和组合，组成本次设计的生产线。 综上所述，本次设计结合实际，完善工艺，做到制定的要求，满足GB 6675-2014玩具安全国家标准。 相信，我们以乐高宗旨：PLAY WELL 完善出来的产品， 一定能在玩具市场上占有一席之地。,THANK YOU,