1、高分子成型加工与设备高分子成型加工与设备课程设计可行性课程设计可行性报告报告 -儿童儿童乐高乐高积木生产积木生产性能要求与原料选择Contents01020304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。玩具玩具消费背景消费背景据预测，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。玩具玩具市场预测市场预测玩具市场玩具市场规模规模国际市场：国际市场：中中国是
2、世界最大的玩具生产国和出口国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亚洲、南美、澳洲等地玩具消费增长迅速。其。其中亚洲地区的中亚洲地区的增长速度最快，达到增长速度最快，达到6.2%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玩具市场规模规模国内市场：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
3、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%。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
4、乐高积木介绍此次设计将以乐高型此次设计将以乐高型拼装拼装塑料积木制塑料积木制品为品为生产目标生产目标，对其进行生产设计。，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：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
5、迁移81.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
6、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902.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。1002.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
7、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1102.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。12ABSPC共混共混提高高分子材料的物理力学性能、加工性能，降低成本，扩大使用范围02.性能要求与原料选择13原料原料选择：选择：02.性能要求与原料选择原料原料作用作用ABS可以在-2560的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀，其耐油、耐酸碱盐及化学试剂等性能良好PC无毒无味，电绝缘性好环氧脂肪酸环氧脂肪酸增塑剂氧化锌硫代丙酸二月桂脂氧化锌硫代丙酸二月桂脂增加材料的耐老化性能二
8、苯甲酮二苯甲酮紫外线吸收剂，光稳定剂AMS-576抗静电剂碳酸钙碳酸钙填充剂主要原料：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14原料用量ABS100PC15环氧脂肪酸2氧化锌硫代丙酸二月桂脂0.5二苯甲酮0.5全氯戊烷癸烷0.5AMS-5761碳酸钙30ABSABS配方配方单位：质量份03.配方设计与成型方法1503.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
9、射模塑(注塑)注压1703.配方设计与成型方法塑化注塑充模冷却固化加料脱模准备过程。将塑料在料筒内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1803.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19挤出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
10、要包括管材、棒材、板材、片材等20加料段加料段熔融段熔融段均化段均化段塑料自料斗进入挤出机的料筒内，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211.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22压制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
11、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于热固性塑料和橡胶制品。23预压预压预热预热模压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241.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
12、成型方法25压延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。2603.配方设计与成型方法2703.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
13、属等加工行业。28周期周期短、效率短、效率高；高；制品制品密度均匀、尺寸精度高，密度均匀、尺寸精度高，适于制造复杂精密且具有特殊适于制造复杂精密且具有特殊要求的小零件要求的小零件；制品质量均匀密实，制品质量均匀密实，各向异各向异性小性小，尺寸精确性较好；，尺寸精确性较好；不能不能生产三维尺寸的生产三维尺寸的制品制品；需要交替加热与冷却模具，需要交替加热与冷却模具，生产周期长，效率生产周期长，效率低；低；不能不能成型形状复杂和较厚制成型形状复杂和较厚制品品。断面尺寸固定，断面尺寸固定，制品形状单制品形状单一且尺寸易受设备宽度的限一且尺寸易受设备宽度的限制制产品；产品；质量质量均匀、致密、均匀、致
14、密、精确精确03.配方设计与成型方法2904.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3004.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3104.设备选择与工艺流程混合设备生产此项产品，物料的配方需要事先混合均匀事先混合均匀，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，本设计采用密炼机密炼机混炼，后通过螺杆螺杆混合混合挤出机挤出机造粒。3204.设备选择
15、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移动螺杆式注射机。3304.设备选择与工艺流程移动螺杆式注射机移动螺杆式注射机3404.设备选择与工艺流程移动螺杆式注射机移动螺杆式注射机3504.设备选择与工艺流程模具模具设计：设计：采用动模模具模具工作步骤：1、合模锁紧，注射冲模2、保压固化3604.设备选择与工艺流程3、开模顶出制品模具模具设计：设计：采用动模模具模具工作步骤：3704.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
16、图所示的模具形状.3804.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。3904.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。40机器机器型号型号设备信息设备信息参考价格参考价格购买渠道购买渠道密炼密炼机机广东35升密炼机1. 捏炼有效容量：35L 2. 混炼室总容量：75L3. 主电机功率：55KW 4. 转子转速（前/后）：30/24.5r/min5. 混炼室倾翻角度：140 6. 压料气缸内径：265mm7. 翻转电机功率：2.2KW 8. 压缩空气压力：0.6-0.8
17、Mpa9. 冷却水压力：0.2-0.4Mpa 10. 加热蒸汽压力：0.5-0.8Mpa11. 外形尺寸（长宽高）：320019002900mm12. 整机重量：6500kg（不包括电控柜、油、水）13万中塑在线双螺杆挤出双螺杆挤出机机智诚ZC-65挤出机型号:zc-65 产品别名:双螺杆挤出机产品用途:造粒 生产能力:100-600（kg/h）旋转刀数:32（把）固定刀数量:1（把）回旋直径:100（mm） 进料口直径:150（mm）滤筛板孔径:3-6（mm）切刀转速:1400（r/min）机器中心高:1000（）电动机功率:75-90（kw）加热功率:50（kw） 适用原料:ABS,EVA
18、,TP配套设备 电仪控制系统、拉条造粒系统15万阿里巴巴柱塞式注射柱塞式注射机机SUMITOMO/住友SE130EV产品用途塑胶产品成型螺杆直径25（mm）射胶量49（g）合模力1300（kN）49万阿里巴巴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
19、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
