矿泉水瓶挤出吹塑成型工艺及模具设计开题报告

华侨大学厦门工学院毕业设计华侨大学厦门工学院毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告 系（部）：机械工程及自动化专业班级：* 姓名*学号* 指导 教师 * 职称 学历 副教授 课题名称矿泉水瓶挤出吹塑成型工艺及模具设计 毕业设计（论文）类 型（划） 工程设计应用研究开发研究基础研究其他 一、本课题的研究目的和意义： 本课题来源于工程实践， 是结合学生的专业特点和就业方向而设计的一个课题。 通过本次设计， 掌握塑料件挤出吹塑成型模具设计的过程和基本技能；利用计算机辅助模具设计；掌握模具制造、装 配的工艺要求。 模具设计全程应用 CAD/CAM/CAE 技术以及 UG 三维制图软件， 从设计到最后出现成品都用现代先 进的模具设计软件完成，已达到提高生产效率和成品精度的要求，减少重复设计的繁琐操作。并且在 设计过程中尽量采用标准件来完成整个模具的设计，以便于以后的维修及零部件的更换。 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。本设在 矿泉水在流通过程得到保护，同时激起人们的购买欲望，从而促进其销售。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。 二、文献综述（国内外研究情况及其发展）： 模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很 大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。经国务院批准，从1997 年到2000 年，对80 多家国有专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。所有这些，都充分体 现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。 年来我国的模具工业也有了很大的提高，有的模具已达到国际水平，年出口额达738亿美元。 由于近年来市场需求的强劲拉动， 中国模具工业高速发展， 市场广阔， 以2003年为例， 年增长就达25 之多，广东、江苏、浙江、山东等地的增长甚至在25以上，其中广东模具生产企业近7000余家，年 产值早巳超过200亿元，占全国模具年产值的40多，几成就了我国模具工业的半壁江山。目前我国 塑料模具市场中国外模具约占,其中大型、 精密、 复杂、 长寿命模具约占左右。 被国外称为 “金钥匙”、 “进入富有社会的原动力”的模具由于经济发展较快时期产品畅销, 自然要求模具能跟上,而经济发 展滞缓时期产品不畅销企业必然想方设法开发新产品,这同样会给模具带来强劲的需求因此模具工业 被称为“不衰亡工业” 模具市场发展走势总体将是平稳向上并且随着以塑代钢、以塑代木、少无切 削等的进一步发展实施,结合我国国民经济各部门发展规划,我国的发展速度将高于世界平均水平,预 计“十五”期间我国模具工业将以年均10%以上的速度发展,而塑料模具将20%以上的速度发展。 吹塑，这里主要指中空吹塑 ( 又称吹塑模塑 ) 是借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯 吹胀形成中空制品的方法， 是第三种最常用的塑料加工方法， 同时也是发展较快的一种塑料成型方法。 吹塑用的模具只有阴模 ( 凹模 ) ， 与注塑成型相比， 设备造价较低， 适应性较强， 可成型性能好 ( 如 低应力 ) 、可成型具有复杂起伏曲线 ( 形状 ) 的制品。吹塑成型起源于 19 世纪 30 年代。直到 1979 年以后，吹塑成型才进入广泛应用的阶段。这一阶段，吹塑级的塑料包括：聚烯烃、工程塑料 与弹性体；吹塑制品的应用涉及到汽车、办公设备、家用电器、医疗等方面；每小时可生产 6 万个 瓶子也能制造大型吹塑件 ( 件重达 180kg) ，多层吹塑技术得到了较大的发展；吹塑设备已采用微 机、固态电子的闭环控制系统，计算机 CAE/CAM 技术也日益成熟；且吹塑机械更专业化、更具特色。 国外的情况 PET容器已经成为全球各国广泛使用的包装材料和容器，在食品、饮料、酒类、化妆品、日用品、 工业用品、交通用品、农业用品包装等方面得到越来越广泛的应用，近年来PET 容器在饮料包装中的 应用发展更为迅猛。 如美国软饮料 PET 瓶的数量1990 年为76 亿只， 1992 年达近100 亿只， 1997 年 超过200 亿只， 2000 年和2001 年分别为220 亿只和225 亿只。 由于PET 瓶的容量比金属罐和玻璃瓶 都要大得多，所以PET 瓶装软饮料在容量比例上的优势更为明显，1990 年已为1/3，1993 年达4 成， 1997 年以后均占到一半以上。美国一些啤酒厂正开始转向采用塑料瓶包装啤酒，并有增多的趋势。 堪萨斯州的 DonyExpress 牌啤酒包装正在从玻璃瓶改用三层琥珀色 PET 塑料瓶， 而且可以仍采用现 有灌装设备。 马里兰州的Constar 国际公司制备塑料瓶型坯和吹塑成型三层瓶， 其外层和内层材料为 PET，阻隔芯层材料为特殊尼龙MXD6。Constar 公司声称其还采用了高性能吸氧剂Oxbar，因而实际上 没有氧渗入瓶的不良后果， 并大大降低了碳酸气的速漏问题。 GreatPlains 啤酒公司于2003 年7 月 6 日开始生产塑料瓶包装的啤酒，通过国内零售商分销给宾馆、运动场和娱乐场所。并计划想中国出 口， 该公司在 Olathe 的分厂目前每年能生产15000 个三层瓶中的阻隔层， 并已订购设备进一步扩大 生产能力。 三、本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式： 1）查找阅读与挤出吹塑模具设计相关的挤出吹塑模具设计相关的参考资料至少 5 篇，完成开题报告 3000 字、完成与课 题相关的外文翻译 5000 字； 2）完成系列矿泉水瓶矿泉水瓶造型及工艺设计； 3）设计成型该塑件的模具设计； 4）完成二维装配图、结构零件和所有成型零件的零件图； 5）制作模具工作模拟动画视频及模具装配模拟动画视频； 6）按规定格式和质量完成毕业论文。 四、拟解决的关键问题： 1、挤出机头的设计与参数选择 2、吹塑模具的型腔的设计 3、吹塑模具的颈部及底部嵌块设计 4、吹塑模具的夹坯口与余料槽设计 5、吹塑模具的冷却系统设计 6、吹塑模具的排气系统设计 五、研究思路、方法和步骤： 本研究的难点在于挤出吹塑成型过程的三个阶段：型坯成型、型坯吹胀以及制品冷却与固化阶 段。 型坯形成是指通过挤出成型得到半熔融状态的塑料管坯(型坯)。随着中空吹塑制件的几何形状 越来越复杂,设计良好的预成型型坯对以最小的材料消耗获得所需求的壁厚分布且结构稳定的制件有 着重要的意义,也就是在型坯成型阶段通过采用调节型坯的壁厚分布形状,以使吹塑制品的壁厚分布 趋于均匀。由于型坯形成时的挤出膨胀、下垂、回弹等因素使得型胚成型阶段型胚尺寸在长度方向不 一致而变得非常复杂。在这一阶段，影响壁厚分布的主要工艺参数有：材料的分子量分布、 平均分子量；吹塑机的温度控制系统和螺杆转速，其中温度控制系统包括料斗温度，料筒 1 区、 2 区、 3 区、 4 区温度，法兰温度，以及储 料模头 1 区、 2 区、 3 区、 4 区温 度。 型坯吹胀是指将塑料管坯趁热置于模具中,并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀， 紧贴于模腔 壁上成型，这个阶段的成型直接影响制品的外形，壁厚均匀性以及制品的性能，是整个成型过程的关 键环节。该阶段，影响产品成型的是型坯受高压吹胀变形、型坯与模腔接触变形。而影响壁厚 分布的主要工艺参数有：材料的收缩率；吹气压力、时间；模具材料、结构、模具排气系统 以及模具冷却系统，如冷却水道分布、冷却水进水温度等。尽管影响吹塑制品质量的因素较 多，但当生产条件、制品要求确定后，调整吹塑工艺参数能有效改善制品质量。优化的工艺 参数可以提高生产效率，降低原材料消耗，优化产品的综合性能。 制品冷却及固化是指型坯吹胀紧贴模壁后凭借热扩散率较高的模具和压缩空气进行冷却，冷却 至一定温度后开模，再在空气中冷却的过程。一般包括外冷却（制品外表面与模腔间的导热），内冷 却（制品内表面与冷却空气或其它介质间的对流传热）及开模后冷却（制品的内外表面与空气或其它 介质的自然对流传热）。塑料制品脱模后，常需要进行适当的后处理来改善制品的性能和提高 制品尺寸的稳定性。 六、本课题的进度安排： 第 1 周调研及查找资料(相关文献至少 5 篇)，完成开题报告和翻译外文资料 第 2 周完成塑件三维造型设计和二维工程图绘制,塑件分析 第 3 周选择挤出吹塑成型设备就并初步确定模具成型方案 第 4-7 周完成模具二维装配图绘制及模具三维总装 第 8-9 周结构零件和所有成型零件的零件图 第 10-11 周 制作模具动画 第 12 周撰写，修改论文 第 13 周打印论文和图纸，论文送审 第 14 周答辩（根据教务处统一安排的时间） 七、参考文献： 1.江昌勇，沈洪雷主编塑料成型模具设计北京大学出版社2012.9 2.塑料模具设计手册编写组编著塑料模具设计手册之二机械工业出版社2000 3.杨占尧主编塑料模具标准件及设计应用手册化学工业出社2008.4 4.美Beall,G.L.美Throne,J.L. 著中空塑料制品设计和制造化学工业出版社2007.7 5.美Paul A.Tres 著塑料零件装配设计化学工业出版社2002.6 6.黄锐主编塑料成型工艺学中国轻工业出版社2007.3 7.蒋继红等编绘塑料成型模具典型结构图册中国轻工业出版社2006.8 8.模具实用技术丛书编委会编著塑料模具设计与实用实例机械工业出版社2009.