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中北大学12届包装容器课程设计中北大学课程设计说明书学生姓名：杨芸学号：1202064112学院：机械与动力工程学院专业：包装工程题目：矿泉水新品塑料容器结构设计指导教师：李清职称:副教授指导教师：梅林玉职称:讲师2015年12月31日中北大学12届包装容器课程设计中北大学课程设计任务书2015～2016学年第一学期学院：机械工程与自动化学院专业：包装工程学生姓名：杨芸学号：1202064112课程设计题目：矿泉水新品塑料容器结构设计起迄日期：2015年12月12日～12月31日课程设计地点：2号教学楼指导教师：李清梅林玉学科部副主任：下达任务书日期:2015年12月12日中北大学12届包装容器课程设计第I页，共I页目录1.内装物分析及材料、规格............................................11.1内装物介绍.................................................11.2饮用天然矿泉水国家标准.....................................11.4市场分析.....................................................21.3设计定位.....................................................31.5包装容器材料的选用.........................................32.容积和总体尺寸的确定.............................................42.1包装容器成型方法介绍.......................................42.2容器的尺寸确定...............................................63.造型方案论证和造型设计............................................73.1瓶身设计.....................................................73.2包装容器的瓶口和瓶盖的设计.................................73.3内包装容器的瓶颈与瓶肩设计.................................93.4包装容器的瓶底设计.........................................93.5包装容器的壁厚分析..........................................104.设计计算校核.....................................................114.1容量计算..................................................114.2容量误差计算..............................................114.3单个塑料瓶的塑料用量计算..................................115.精度设计以及尺寸公差和表面粗糙度设计.............................12参考文献........................................................13中北大学12届包装容器课程设计第1页共13页1.内装物分析及材料、规格1.1内装物介绍″矿泉水″的广泛含义，已经不仅是天然的泉水，也包括供人们饮用的各种净化的水，例如蒸馏水、纯化水和去离子水等。矿泉水根据产地的不同，带有不同的滋味和对人体有益的微量元素。矿泉水有分天然矿泉水和人工矿泉水之分.通常我们所说的矿泉水是指天然矿泉水,它一般都是地壳岩层中取出来的地下水,通过溶解所经过的或停留的岩石中所含的化学元素,是水体中含有了所处岩层特有的一些元素,也就是对人体有宜的微量元素,如：锌、偏硅酸、锶、硼、溴、碘、锂、硒等等,这些元素在恰当的范围内对人体是有非常的好处的,如锌众所周知是人体海马回(海马回位于人脑控制学习和记忆活动的中枢，主要负责形成和储存长期记忆的重要微量元素，与记忆和智力有关;碘可以用来合成甲状腺素,减少智力障碍,有助于消除紧张、帮助睡眠;硒是甲状腺激素合成和代谢过程中的必需元素.必需微量元素虽然在体内含量很少，但它们在生命过程中的作用不可低估。总之没有这些必需的微量元素，酶的活性就会降低或完全丧失，激素、蛋白质、维生素的合成和代谢也就会发生障碍，人类生命过程就难以继续进行。因此，儿童的许多疾病与元素有关，缺少了或过多了都有可能导致疾病。长喝矿泉水可以有效的吸收这些微量元素,提高身体素质.国家对天然矿泉水有严格的标准和监督,各家天然矿泉水生产厂家都必须达到标准后才准予上市(需要说明的是大多数检测不合格是由于在具体生产中微生物不合格),所以通常长期饮用矿泉水是对人体非常有帮助的。1.2饮用天然矿泉水国家标准(1).为发展饮用天然矿泉水（以下简称矿泉水）事业，由中华人民共和国卫生部、原地质矿产部、轻工总会制定了《饮用天然矿泉水》国家标准[GB8537-1995](以下简称国标）。(2).国标规定了饮用天然矿泉水的技术要求，适用于所有矿泉水及其灌装产品。(3).当其他规程、规范、标准内容中出现与本标准内容中的规定不一致时，以本标准为准。(4).矿泉水是矿产资源，受《中华人民共和国矿产资源法》调整，作为食品受《中华人民共和国食品卫生法》、《中华人民共和国产品质量法》、《中华人民共中北大学12届包装容器课程设计第2页共13页和国标准化法》等法律调整。(5).根据国务院三定方案，有关政府主管部门对矿泉水开发管理的职责分工为：①地质矿产行政主管部门负责矿泉水资源勘查评价管理，对水源地地质环境、资源开发和保护实行监督管理。②卫生行政主管部门负责对矿泉水水源地环境卫生防护、矿泉水水源水质及产品实施卫生监督。③轻工主管部门负责矿泉水行业管理，对产品实施质量监督。(6).矿泉水必须经国家或省（自治区、直辖市）饮用天然矿泉水技术评审组认可、政府主管部门批准，方可开发。(7).国家饮用天然矿泉水技术评审组由卫生、轻工和地矿主管部门派员组成。挂靠单位为国土资源部地质环境司，负责办理批准发证工作。下设办公室负责日常管理工作。(8).国家饮用天然矿泉水技术评审组负责跨省销售和出口矿泉水的技术鉴定。(9).凡报请国家矿泉水技术评审组的矿泉水，必须提交饮用天然矿泉水开发评价报告16份，省级鉴定证书和省级矿泉水技术评审委员会（组）或挂靠单位的公函。没有成立矿泉水机构的省（自治区、直辖市），必须提交省地质矿产局（厅）地质环境管理处推荐函。(10).省（自治区、直辖市）矿泉水技术评审鉴定机构由省政府批准、或由同级地矿、卫生、轻工等主管部门派员联合组成、挂靠单位在省地质矿产局（厅）地质环境管理处。1.4市场分析以高端矿泉水为例，随着环境污染的加剧，消费者对健康的重视程度与日俱增，健康、高品质成为主要的追求，高端矿泉水正是以其纯净、无糖、低热和有益元素含量丰富成为人们首选饮品之一，符合人们追求纯净、有益健康的饮水要求，高端矿泉水是水中珍品，是适合长期饮用的天然健康水，更是天然的保健饮品。随着人们生活水平的日益提高，对饮用水的要求也越来越高。有68%有人对饮用水的要求不仅是解渴，而是更加关注品质和健康。矿泉水已经成为日常生活中常见的一种饮品，超市、商场、小卖部、便利店，它的身影无处不在。但是中北大学12届包装容器课程设计第3页共13页纵观中国目前的饮用水市场，大多数企业与品牌都把主战场放在低端，并且经历连年价格战之后，这一市场的利润已日渐微薄，许多企业与品牌都在开始尝试拓展新领域，饮用水市场竞争格局的改变和消费需要的拉动，国内饮用水市场赢来高端时代。消费者对健康好水的需求更加明显，瓶装水市场高端好水的销量也逐渐上升，整体呈现高端化趋势。2012年市场上高端水消费量势头尤为喜人，正在快速增速扩张，2015年中国高端水市场销量将达到667千吨。为了设计一款兼有良好的容装性，保护性，方便性，有美观经济的优点，满足消费者购买和使用习惯的矿泉水水瓶包装也是很有经济价值和市场前景的。1.3设计定位通过对矿泉水的性质和流通环境的分析，设计能在流通过程中起保护作用的包装，设计合理的包装不仅仅能保护产品、方便储运，而且还能在很大程度上起到介绍产品和促进销售的作用。使矿泉水在流通过程得到保护，同时激起人们的购买欲望，设计区别与市场已有的矿泉水瓶的开口方式，起到多功能的作用，从而促进其销售。1.5包装容器材料的选用用来装水的瓶子的材料的要求是：1、良好的阻隔性能；2、达到食品包装的标准；3、通透性要求高，这样能更好的吸引消费者；4、质量要轻；5、矿泉水瓶多为一次性用品，成本不能高，并且要求可回收再利用。目前市场上的矿泉水瓶容器主要是两种材料：塑料和玻璃。其中，塑料的运用量远多于玻璃，而玻璃瓶装的矿泉水往往是档次比较高的，所以市场占有率也比较低，消费人群局限性大。塑料包装的矿泉水主要是底中端产品，价位在1-15元之间；玻璃包装的矿泉水主要是中高端产品，且主要是进口产品，价位主要在15-50元之间。综上所述，结合市场和课题要求此次设计选用塑料为包装材料，具体选用PET。PET的密度为1.3-1.38，加工温度为260-290，模具温度为140，收缩率为1.2-2.0，熔点为245-260。中北大学12届包装容器课程设计第4页共13页2.容积和总体尺寸的确定2.1包装容器成型方法介绍根据本次设计的矿泉水瓶的功能，材料及各个工艺特点，选用吹塑工艺。矿泉水瓶的成型包括成型设备和成型工艺条件等的分析设计。(1).塑料瓶的生产工艺有两种：①第一种是挤出吹塑工艺：即将塑料原料加入挤出机中，经加热熔融塑化挤出熔融型胚，再放入瓶子模具中吹胀成型，冷却定型后从模具中取出，修除废边后得到成品。这种工艺主要用来生产聚乙烯、聚氯乙烯塑料瓶，如牛奶瓶、酱油瓶等。图2-1挤出吹塑工艺过程a.模具b.机头c.型胚d。压缩空气②第二种是注拉吹工艺：即将塑料原料经注塑机注射成型管状型胚，然后放入放入瓶子模具中经拉伸吹塑成型，冷却后得到成品。这种工艺主要用来生产PET塑料瓶，如矿泉水瓶、可乐瓶等。PET塑料瓶在熔融状态下的流变性较好，压力对粘度的影响比温度要大，因此，主要从压力着手来改变熔体的流动性。塑料瓶在不同的环境中具有不同的使用状态，所以在塑料瓶的熔融状态下对流变性和粘度进行有效的控制。中北大学12届包装容器课程设计第5页共13页图2-2注拉吹成型工艺过程（a）型胚成型（b）型胚加热（c）型胚拉伸（d）吹塑成型（e）脱模1.注塑机2.热流道3.冷却水4.加热体5.模芯加热6.型芯棒(2).注射系统：PET塑料瓶由于在熔点后的稳定时间短而熔点又较高，因此需要选用温控段较多、塑化时自摩擦生热少的注射系统，并且制品（含水口料）实际重量不能小于机器的注塑量的2/3。注塑机的选择需要根据机器的注塑量和注射系统进行合理的控制，基于这些要求，我国今年来开发了中小系列的PET专用塑化系统。将粉状或粒状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒内，加热熔融塑化后，借助柱塞或螺杆的推力，物料被压缩并向前移动，通过料筒前端的喷嘴，以很快的速度注入温度较低的闭合模具型腔中,经过一定时间的冷却定型后，开启模具即得制品。(3).塑料的处理：由于PET塑料瓶大分子中含有脂基，具有一定的亲水性，粒料在高温下对水比较敏感，当水份含量超过极限时，在加工中PET塑料瓶分子量下降，制品带色、变脆。因此，在加工前必须对物料进行一定的干燥，其干燥温度为150℃左右,4小时以上，一般为170℃，3-4小时。可用空射法检验材料是否完全干燥。使用用料时要对原料进行一定的干燥，保证生产的塑料瓶具有良好的产品性能。要注意不同的干