（工商管理专业论文）节能型全自动高速制盖、吹瓶设备项目可行性研究.pdf

学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 导师签名： 签字醐删碑们伊 汤71 五侈- _ l a 阳 辄 哞 墼 印 者 作 ： 文 期 论 日 位 字 学 签 - f k h i 叶玲老师表示衷心的谢意。 邢寒教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心 的感谢。 在实验工作及撰写论文期间，邓胜、张鹏等同学对我论文及研究工作给予了 热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的同事陈东升、杨海东，他们在我的工作及研究、论文的编辑 与整理方面也给予了无私的帮助。 中文摘要 摘要：本文主要采用系统研究法、多学科综合分析法、定性分析和定量分析 相结合的方法，根据国内外市场发展的方向，创新性提出了节能、高速、一体化 的制瓶和制盖设备将是今后中国该领域发展方向的概念，并从市场、技术、财务、 管理等方面进行研究和论证。同时通过项目实验，针对目前传统注塑制盖工艺所 存在的能耗高、物耗高、生产效率低下、产品质量低下等弊端，通过集成创新， 开发出3 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机；针对目前国内直线式吹瓶机存在的产能 及稳定性不高的问题，通过结构创新，大幅提升直线式p e t 吹瓶机的稳定性和整 机产能，并降低产品能耗，开发出1 8 腔直线式全自动高速p e t 吹瓶机。 本项目具有理论意义，包含了管理学、金融学、经济学和光机电学等知识，并 进行创新融合及运用。此外，实践意义更为重大，本研究的成果可能会推动该领 域在技术和市场方面产生一次巨大创新。除了必然取得可预见的巨大经济效益外， 还将迸一步巩固广东省包装机械产业在全国的领先地位，打破国外跨国公司的技 术垄断，有效推动广东省乃至全国装备制造业的快速发展，同时为下游饮料、食 品、日化、医药等行业提供物美价廉的高性能装备，有效提升其行业竞争力。 关键词：制瓶；制盖；包装技术；节能；经济效益 a bs t r a c t a b s t r a c t ：a c c o r d i n gt ot h ed i r e c t i o no fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lm a r k e t d e v e l o p m e n t , t h i sp a p e ru s e st h em u l t i d i s c i p l i n a r ya n a l y s i s ，q u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o d s ，p r o p o s e s i n n o v a t i v e e n e r g y s a v i n g ，h i g h - s p e e d , i n t e g r a t e ds y s t e mo fb o t t l ea n dc a pd e v i c e sw i l lb ei nt h ef u t u r ec h i n e s ec o n c e p to f d e v e l o p m e n ti nt h ef i e l d ，a n db ep r o v e df r o mt h ef i e l d so fm a r k e t i n g ，t e c h n o l o g y , f m a n c e ，m a n a g e m e n t a tt h e s a m et i m e ，t h r o u g ht h ep r o j e c te x p e r i m e n t , i n j e c t i o n s y s t e mf o rt h et r a d i t i o n a lb u i l dp r o c e s sc u r r e n t l ye x i s t i n gi nh i g he n e r g yc o n s u m p t i o n , m a t e r i a lc o n s u m p t i o n , h i g hp r o d u c t i o na n dl o we f f i c i e n c y , p o o rp r o d u c tq 啪l 毋a n d o t h e rs h o r t c o m i n g s ，t h r o u g hi n t e g r a t e di n n o v a t i o n , d e v e l o pa3 6 一c h a m b e rc o n t i n u o u s s u p p r e s s i o no fh i g h - s p e e dp l a s t i cb o t t l em a c h i n e ；f o rc u r r e n t l yt h e r ei sal i n e a rb l o w m o l d i n gm a c h i n ep r o d u c t i o nc a p a c i t ya n ds t a b i l i t y i sn o th i g h , t h r o u g hs t r u c t u r a l i n n o v a t i o n , a n ds i g n i f i c a n t l ye n h a n c et h el i n e a rp e tb l o wm o l d i n gm a c h i n e ss t a b i l i t y a n dm a c h i n ep r o d u c t i v i t y , a n dr e d u c ep r o d u c te n e r g yc o n s u m p t i o n , d e v e l o pa18 - c a v i t y l i n e a ra u t o m a t i ch i g h - s p e e dp e tb l o wm o l d i n gm a c h i n e b e c a u s et h ep r o j e c ti n c l u d e so ft h e k n o w l e d g eo fm a n a g e m e n t , f i n a n c e ， e c o n o m i c s ，a n do p t i c a l & e l e c t r i c a ls t u d y , i th a st h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c e i na d d i t i o n , t h e p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i se v e nb e t t e r t h er e s u l t so ft h es t u d ym a yp r o m o t eag r e a t i n n o v a t i o ni n t h ef i e l do ft e c h n o l o g ya n dm a r k ap r o d u c e a n di na d d i t i o nt ot h e t r e m e n d o u se c o n o m i cb e n e f i t sc a nb ee x p e c t e d , i tw i l lf u r t h e rc o n s o l i d a t et h ep a c k a g i n g m a c h i n e r yi n d u s t r y i ng u a n g d o n gp r o v i n c e i ta l s oc a nb r e a kt h et e c h n o l o g i c a l m o n o p o l yo ff o r e i g nm u l t i n a t i o n a lc o m p a n i e s ，a n dp r o m o t et h eg u a n g d o n gp r o v i n c e a n dt h ec o t m t r y sr a p i dd e v e l o p m e n to fe q u i p m e n tm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r ye f f e c t i v e l y a tt h es a n l et i m e ，t h es t u d yw i l lp r o v i d ea f f o r d a b l eh i g h - p e r f o r m a n c ee q u i p m e n tf o r t h e d o w n s t r e a m “d r i n k s ，f o o d ，d a i l yc h e m i c a l ，p h a r m a c e u t i c a l ”a n do t h e ri n d u s t r i e s ，i n o r d e rt oe f f e c t i v e l ye n h a n c et h e i ri n d u s t r yc o m p e t i t i v e n e s s k e y w o r d s ：b o t t l em a k i n g ；c o v e rm a k i n g ；p a c k a g i n gt e c h n o l o g y ；e n e r g y c o n s e r v a t i o n ；e c o n o m i cb e n e f i t s 序 1 9 9 5 年，可口可乐公司要求所有p e t 瓶装的饮料必须使用塑料防盗盖替代铝 盖，此举开辟了塑料盖的新纪元。而近年来，应用在塑料包装市场上的p e t 越来 越被广大用户所欢迎，其代替玻璃瓶包装的发展趋势也在一步步的演变之中。虽 然我国包装机械行业是一个传统行业，但和国外先进技术相比，设备技术相对比 较落后，自动化程度和成套水平不高，低能耗、高精度、高速及成套设备主要依 赖进口。 本项目主要针对目前传统注塑制盖工艺所存在的能耗高、物耗高、生产效率 低下、产品质量低下等弊端，通过集成创新，开发出3 6 腔连续式塑料瓶盖高速压 制机；针对目前国内直线式吹瓶机存在的产能及稳定性不高的问题，通过结构创 新，大幅提升直线式p e t 吹瓶机的稳定性和整机产能，并降低产品能耗，开发出 1 8 腔直线式全自动高速p e t 吹瓶机。同时，本文除了阐释这项项目的具体产品设 计及运用外，主要将从市场、技术、财务、管理等方面对该项目进行研究和进一 步论证。 目前项目由广州晶品包装机械有限公司和中国科学院广州电子技术研究所共 同承担研究，项目小组在这方面的实验也已取得了阶段性的成果，获得多项国家 发明专利，同时，项目小试产品也得到江西饮料有限责任公司、珠江饮料有限公 司等厂商的高度认可，经国家轻工业制酒饮料制糖玻璃机械质量监督检测中心检 测，整机性能达到国内领先水平。 目录 中文摘要i i i a b s t r a c t i v 序、， 1 弓i 言1 1 1 研究目的、背景及意义：。l 1 1 1 研究目的1 1 1 2 背景及意义1 1 2 研究内容3 1 3 国内外在该领域的研究及现状3 1 3 1 国内外塑料瓶盖制盖机技术发展现状与趋势3 1 3 2 国内外p e t 瓶吹瓶机制造技术发展现状与趋势4 1 4 研究方法和技术路线5 1 5 研究的创新点5 2 市场背景分析7 2 1 宏观市场分析7 2 1 1 符合国家和广东省产业发展政策7 2 1 2 符合0 9 年广东省中科院全面战略合作计划项目申报指南一7 2 1 3 满足广东省众多产业对高性能节能包装机械迫切的需求7 2 1 4 促进广东省包装机械及相关产业升级7 2 2 国内制盖、吹瓶设备的发展现状分析7 3 对节能型全自动高速制盖、吹瓶设备研发技术的可行性研究1 2 3 1 项目拟解决的关键技术：1 2 3 2 项目拟采用的方法、技术路线及工艺流程1 2 3 2 13 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机。1 2 3 2 21 8 腔直线式全自动高速p e t 吹瓶机2 0 3 2 3 设备生产工艺流程2 3 3 2 4 两大设备的技术指标2 3 3 3 项目的特色和创新突破点2 3 3 3 13 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机创新突破点的分析。2 3 3 3 21 8 腔直线式全自动高速p e t 吹瓶机创新突破点的分析2 4 4 项目产业化的前景分析2 5 4 13 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机产业化前景2 5 4 1 1 产品目标市场。2 5 4 1 2 产品竞争优势2 5 4 218 腔直线式全自动高速p e t 吹瓶机产业化前景2 6 4 2 1 产品目标市场。2 6 4 2 2 产品竞争优势2 6 5 项目投入及收益研究2 9 5 1 经济效益分析。2 9 5 1 13 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机的收益分析。2 9 5 1 21 8 腔直线式全自动高速p e t 吹瓶机的收益分析3 0 5 2 社会效益分析一3 2 6 项目实施组织与资源3 3 6 1 承担单位概况3 3 6 1 1 广州晶品包装机械有限公司概况3 3 6 1 2 中国科学院广州电子技术研究所概况。3 4 6 2 本项目现有的研究工作基础j 。3 4 6 2 1 阶段性成果3 4 6 2 2 现有科研装备条件3 5 6 2 3 以往合作情况。3 6 6 3 合作单位之间的存在的优势互补情况分析3 6 7 结论。3 7 参考文献3 8 附录与项目相关的专利或版权情况列表4 0 作者简历4 1 独创性声明4 2 学位论文数据集4 3 1 引言 1 1 研究目的、背景及意义： 1 1 1 研究目的 本项目针对目前传统注塑制盖工艺所存在的能耗高、物耗高、生产效率低下、 产品质量低下等弊端，通过集成创新，开发出3 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机； 针对目前国内直线式吹瓶机存在的产能及稳定性不高的问题，通过结构创新，大 幅提升直线式p e t 吹瓶机的稳定性和整机产能，并降低产品能耗，开发出1 8 腔直 线式全自动高速p e t 吹瓶机。通过本项目的实施，进一步促进我省包装机械行业 技术升级，促进科技成果的转移转化，提升我省自主创新能力和装备制造业核心 竞争力。 1 1 2 背景及意义 1 9 9 5 年，可口可乐公司要求所有p e t 瓶装的饮料必须使用塑料防盗盖替代铝 盖，此举开辟了塑料盖的新纪元。1 9 9 5 年，珠海中富公司引进设备，捷足先登， 商业化生产塑料防盗盖，拉开了中国大规模生产塑料盖的序幕。自此之后不到3 年的时间里，先后有天津奥克亚( a l c o a ) 公司、宏全( 苏州) 公司、上海紫日、 天津顶新集团、杭州娃哈哈集团、昆山百利盖公司、广州乐百氏、海口椰树、北 京汇源以及健力宝集团等先后引进意大利、美国、加拿大、德国、瑞士和日本等 设备生产塑料防盗盖。 由于中国的饮料行业竞争激烈，企业纷纷采用最新的生产工艺和设备。所有 世界知名的制盖机械均已进入中国，使中国的制盖机械和塑料盖的技术水准具有 世界先进水平。如生产注塑机的赫斯基( h u s k y ) 、德马格( d e m a g ) 、耐驰( n e s t a l ) 、 j s w 和恩格尔( e n g e l ) 等以及生产压塑机的萨克米( s a c m i ) 和奥克亚( a l c o a ) 等。与此同时，在塑料瓶盖生产领域注塑和压塑工艺之争也在中国拉开了大幕。3 年的注塑和压塑工艺之争，很快分出了结果。2 0 0 0 年以后，中国制盖巨头珠海中 富和宏全( 苏州) 从注塑完全转向压塑制盖。目前压塑盖占据了可口可乐、百事 可乐、统一、康师傅8 0 以上的份额；娃哈哈的茶饮料与汽水，汇源p e t 果汁等 更是达到了1 0 0 。压塑制盖工艺占到了全球7 0 的份额，占到了中国的6 0 以上 的份额。萨克米提供的压盖设备数量已超过1 0 0 余台。尽管注塑机先后采取了降 价和各种优惠的促销，但是压塑工艺制盖的发展趋势不减。从2 0 0 1 年以后，中国 客户购买压塑设备的数量大大超过了注塑设备。 近年来，应用在塑料包装市场上的p e t 越来越被广大用户所欢迎，其代替玻 璃瓶包装的发展趋势也在一步步的演变之中。特别是在中国这个包装业大国中的 地位，已经逐渐的稳固并且开始了深入地发展。p e t 瓶的使用是1 9 7 5 年从碳酸饮 料开始的，随着饮料数量和品种不断增加，p e t 瓶的使用量不断增长，目前全世 界使用p e t 容器数量已达1 5 0 0 亿个，而碳酸饮料占3 8 。国家统计局的数据显示， 我国饮料的产量在稳步上升，2 0 0 3 年产量为1 6 6 9 万吨，2 0 0 4 年达到了2 6 2 0 万吨， 2 0 0 5 年达到3 3 8 0 万吨，2 0 0 6 年达到4 2 2 0 万吨，2 0 0 7 年为5 0 6 4 万吨，2 0 0 8 年已 超过6 0 0 0 万吨，连续两年的产量增速都在2 0 以上，如图1 1 所示；其中碳酸饮 料包装中p e t 瓶已占到5 7 。 7 0 0 0 6 0 0 0 5 0 冒4 0 0 0 r 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 z 0 0 3z 4z 0 0 5z 6z o u 7z 8 年份 图1 - 12 0 0 3 年至2 0 0 8 年我国饮料产量 随着国内茶饮料市场的异军突起，茶饮料产量已达3 0 0 万吨。因此热灌装( 8 5 9 0 ) 的p e t 瓶以其质轻( 1 l 容积仅5 6 9 ，铝罐为6 1 9 ，玻璃为3 6 0 9 ) 的优 势，成为增长最快的品种；此外，瓶装水、包括：纯净水、矿泉水、蒸馏水已进 入千家万户，产量超过5 0 0 多万吨，所需的p e t 瓶市场也是一个朝阳市场，有着 广阔发展前景。 此外，p e t 用于包装的领域还包括了制药、调味品以及糖果等许多日常生活 的点滴之处。同时p e t 啤酒瓶市场更潜伏着诱人商机，我国是世界第一啤酒大国， 目前啤酒产量已超过3 2 0 0 万吨，目前仍以玻璃瓶包装为主，而美、日欧洲等国家 已有部分啤酒厂采用p e t 包装。2 0 0 5 年全世界产量4 1 0 0 万吨，2 0 0 8 年则达到 5 0 0 0 万吨，我国p e t 起步较晚，但发展很快，产量已达1 7 0 万吨，随着国内市场 的需求增加，p e t 包装容器进入一个新的市场领域。日新月异的p e t 包装技术正 在为各个领域所关注及应用，在能源短缺、原材料普遍涨价的今日，在环境保护 已经成为工作的重中之重的现在，p e t 包装以其独有的优势正在茁壮的发展着。 而p e t 瓶可以反复回收也将进一步降低资源消耗和环境的影响。 我国包装机械行业虽然是一个传统行业，但和国外先进技术相比，设备技术 相对比较落后，自动化程度和成套水平不高，低能耗、高精度、高速及成套设备 主要依赖进口。大力发展可以替代进口的包装机械以推动我国食品饮料等行业快 速发展既是国家“十一五 规划的重要内容，也是包装机械制造行业可持续发展 2 的必由之路。 因此，本项目具有重大的实践意义。除了必然取得可预见的巨大经济效益外， 将进一步巩固我省包装机械产业在全国的领先地位，打破国外跨国公司的技术垄 断，有效推动我省乃至全国装备制造业的快速发展，同时为下游饮料、食品、日 化、医药等行业提供物美价廉的高性能装备，有效提升其行业竞争力。 1 2 研究内容 ( 1 ) 对市场进行研究 主要包括四个方面的内容：研究国内市场现状及项目发展潜力；研究国内市 场现状及项目出国潜力；对国内外市场进行s w o t 分析；对国内外市场开拓的人力、 财力、物力可行性进行分析。 ( 2 ) 对技术进行研究 首先，对3 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机进行研制： 该机采用上下多模高速旋转压制工艺，通过上下模合模成型脱模后可压制成 各类塑料瓶盖，与同功率的注塑机制盖相比产量可提高5 倍，能耗仅为其四分之 一。主要研究开发内容包括：定量送料系统的研制，上下多模高速旋转压制装置 的研制，小体积独立模腔的研制，封闭式强制外排废气系统的研制，在线检测系 统的研制。 其次，对1 8 腔直线式全自动高速p e t 吹瓶机的研制： 针对目前国内直线吹瓶机存在的产能及稳定性不高的问题，项目产品通过结 构创新，大幅提升直线式p e t 吹瓶机的稳定性和整机产能，并大幅降低整机能耗。 主要研究开发内容包括：非标双排滚子链传动系统的研制，新型液压合模系统的 研制，新型加温箱的灯管布局优化，新型模块式集装高压导流阀的研制，大容量 理胚( 进料) 系统的研制，新型多通道并行吹瓶系统等部件系统，p e t 瓶胚及成品 在线检测技术的开发。 ( 3 ) 从财务角度进行研究 主要包括四个方面：对项目投资进行总预算；对项目的盈亏平衡进行研究； 对项目的风险进行评估并对风险的防范措施进行研究；对项目的投资回报进行研 究 ( 4 ) 对项目的经济效益和社会效益进行研究 1 3 国内外在该领域的研究及现状 1 3 1 国内外塑料瓶盖制盖机技术发展现状与趋势 压塑成型( c o n t i n u o u sc o m - - p r e s s i o nm o l d i n g ，缩写c c m ) 是近1 0 年出现 的塑料制品制造工艺的新突破，压塑工艺制盖主要是把定量的物料放到上模具和 下模具之中，上下模具合模，即完成了对物料的加工，然后冷却，脱模，完成制 3 盖。它向具有百年传统的注塑工艺( i n j e c t i o n m o l d i n g ，缩写i m ) 发出了强有力 的挑战，注塑工艺制盖如同注射，把物料推送到模具的空隙处，直到空隙填满， 然后冷却、脱模，完成了制盖。从能耗、物耗及环保角度综合成本而言，在食品 饮料、日化工业中，压塑制盖已成为制盖方式新的发展方向。 综合而言，目前国内塑料瓶盖机械研制现状主要包括以下四方面： ( 1 ) 国内塑料瓶盖机械制造行业普遍采用注塑工艺制盖，与国外压塑工艺制 盖相比，能耗高、物耗高、产品质量低下。 ( 2 ) 国内产品可靠性差，技术更新速度慢，新技术、新工艺、新材料应用少。 我国的制盖机械单机多、成套少，通用机型如半自动、全自动等比较多，满足特 殊要求、特殊物料的设备少；技术含量低的产品多，高技术附加值、高生产率的 产品少；智能化带闭环控制的设备还处干研制阶段。而国外已将很多先进技术应 用在制盖机械上，如远距离遥控技术( 包括监控) 、步进电机技术、信息处理技术等。 ( 3 ) 我国制盖机械产品与国外产品的技术差距主要表现为稳定性和可靠性 差、造型落后，外观粗糙、基础件和配套件寿命短、无故障运行时间短、大修周 期短，且绝大多数产品还没有制定行业标准。 ( 4 ) 我国多数制盖机厂家主要还是对国外产品进行仿制、测绘，稍加国产化 改进。产品开发缺少创新，难上水平。生产手段落后，大部分还是用陈旧的通用 设备加工。新产品开发不但数量少，而且开发周期长。 而在国外，以意大利萨克米公司、美国奥克亚公司为代表的国外制盖机械巨 头在该类制盖机械的研制上走在了世界前列，在意大利米兰举办的2 0 0 6 年塑料展 览会上，萨克米公司展出了大口径压塑制盖设备c c m 2 4 l ( 可制造直径达6 3 毫米 的大盖子) ，它是由2 4 组模具组成的、采用压塑成型工艺的制盖机，其融合当今 最新的技术，使大尺寸塑料盖的外观规整，尺寸精确，最大生产速度达到4 0 0 盖 分钟，循环时间仅为3 7 5 秒，可以广泛地用于食品、饮料、化工和制药等各个 领域。 1 3 2 国内外p e t 瓶吹瓶机制造技术发展现状与趋势 我国吹瓶机械制造行业目前的产品水平呈金字塔状分布，底部是大量的低水 平重复生产的产品，而高端产品比较少。数据显示，全国专业吹瓶机生产制造企 业有近1 0 0 0 家，其中3 0 0 多家不够稳定，每年有近1 0 的企业转产或倒闭。产值 及销售额超过亿元的企业仅5 家左右，年销售额超过3 0 0 0 万元的企业不足1 0 家， 行业内7 5 的出口产品是由这3 0 家企业生产的。 目前国内外吹瓶机研制现状主要包括以下四方面： ( 1 ) 国内大多p e t 吹瓶机产能较低，与国外上万甚至几万支小时的整机产 能相比，有较大差距。 4 ( 2 ) 国内产品可靠性差，技术更新速度慢，新技术、新工艺、新材料应用少。 我国的吹瓶机械单机多、成套少，通用机型如半自动、全自动等比较多、满足特 殊要求、特殊物料的设备少。 ( 3 ) 我国吹瓶机械产品的技术差距主要表现在稳定性和可靠性差、造型落后， 外观粗糙、基础件和配套件寿命短、无故障运行时间短、大修周期短，且绝大多 数产品还没有制定可靠性标准。 ( 4 ) 我国多数吹瓶机厂家主要还是仿制、测绘，稍加国产化改进。产品开发 缺少创新，难上水平。生产手段落后，大部分还是用陈旧的通用设备加工。新产 品开发不但数量少，而且开发周期长。在企业管理上，往往重生产加工、轻研究 开发、创新不够，不能紧跟市场需求及时提供产品。 目前吹瓶机的发展是向高速、节能方向发展，但其“瓶颈 是吹瓶机自动化 程度。达意隆已经研制出1 8 腔旋转式高速p e t 吹瓶机，单模腔产能达到1 6 0 0 支 小时，整机产能为2 8 8 0 0 支d , 时，但与直线式高速p e t 吹瓶机相比，售价较高。 全冠也研制出6 腔直线式高速p e t 吹瓶机，单模腔产能达到9 0 0 支小时，整机产 能为5 4 0 0 支d , 时。广州晶品包装机械有限公司通过结构创新，已研制成功1 2 腔 直线式高速p e t 吹瓶机，单模腔产能达到1 0 0 0 支小时，整机产能为1 2 0 0 0 支小 时。 国外行业巨头如法国西得乐( s i d e l ) 已经研制出9 腔直线式高速p e t 吹瓶机， 模腔产能达到1 8 0 0 支小时，整机产能为1 6 2 0 0 支小时。意大利s i p a 公司则研 制出6 腔直线式高速p e t 吹瓶机，模腔产能达到1 6 0 0 支小时，整机产能为9 6 0 0 支小时。 1 4 研究方法和技术路线 在研究过程中，采取了以下的研究方法g ( 1 ) 系统研究法 采用系统研究法来保证研究的严谨性、全面性、可行性。本文从市场、技术、 人才、销售、管理、财务等多个方面进行系统研究，以研究其最终的可行性。 ( 2 ) 多学科综合分析法 运用管理学、金融学、经济学、光机电学等综合学科技术来对可行性进行分 析，对论文展开多层次、多维度的研究，以保障研究的科学性和严谨性。 ( 3 ) 定性分析和定量分析相结合的方法 论文以定性分析为主，定性分析与定量分析工具相结合，确保在定性论证的 基础上，也能用数据分析与预测来验证研究的科学性。 1 5 研究的创新点 本文根据国内外市场发展的方向，大胆提出节能、高速、一体化的制瓶和制 5 6 2 1 1 符合国家和广东省产业发展政策 本项目符合国家和广东省产业发展政策，属于“国家重点支持的高新技术领 域”“第八类、高新技术改造传统产业 中的“( 三) 先进制造技术 中的“5 、 纺织及轻工行业专用设备技术”中的“以控制、计量、检测、调整为一体的、带 有闭环控制的环保型包装机械 ，符合国家、广东省有关政策规定：当前优先发 展的高技术产业化重点领域指南( 2 0 0 7 年度) 、产业结构调整指导目录( 2 0 0 5 年本) 、 广东省工业产业结构调整实施方案( 修订版) ，属于我省重点发展的装 备制造产业。 2 1 2 符合0 9 年广东省中科院全面战略合作计划项目申报指南 节能型全自动高速制盖、吹瓶设备是集机、电、气、光、磁于一体的机械电 子设备，从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有 关技术进行有机组合，实现整体最佳化。该项目属于我省优势产业包装机械 范畴，且符合广东省科技厅“2 0 0 9 年广东省中国科学院全面战略合作计划项目申 报指南 重点资助范围中的“专题一四五：先进制造与光机电一体化( 专题编号： 2 0 0 9 0 9 2 5 ) 中的“先进设计、加工制造技术与装备 。 2 1 3 满足广东省众多产业对高性能节能包装机械迫切的需求 作为广东省优势产业之一，饮料、食品、日化、医药等产业的发展势头也极 为迅速，随着金融危机的影响及我省对节能减排的日益重视，饮料、食品、日化、 医药等产业迫切需要及节能又高效的新型包装机械，替代传统装备。 2 1 4 促进广东省包装机械及相关产业升级 本项目实施后，可促使相关包装机械企业以此为契机，加大研发投入力度， 努力提升产品的技术含量，提供能够满足节能减排要求的新型包装机械，促进广 东省包装机械产业升级，带动上游钢铁、铝材、电气等产业的发展，同时也为下 游饮料、食品、日化、医药等产业降低了生产成本，从而形成一个完整的产业链 条，强有力地促进广东经济的快速增长，实现广东产业结构调整。 2 2 国内制盖、吹瓶设备的发展现状分析 ( 1 ) 塑料瓶盖制盖机技术的发展现状 我国塑料瓶盖机械制造行业目前普遍采用注塑工艺制盖，其成型原理见图 2 1 ：首先将颗粒状或粉状的塑料连续输入到注射机的料筒中受热并逐渐熔融，使 其成为黏性流动状态；料筒中的螺杆或柱塞将塑料熔体推到料筒端部，通过料筒 7 端部的喷嘴和模具的浇注系统注入闭合的模具型腔中，充满型腔后经过保压、冷 却，固化定型；然后开模并由模具推出装置将塑料制件推出。 图2 - 1 我国目前注塑工艺制盖的成型原理 国内塑料瓶盖机械技术的研究、开发目前主要集中在注塑工艺制盖机械方面， 其关键是注塑模具的设计开发。杭州娃哈哈集团精密机械制造公司0 7 年研制出多 腔防盗瓶盖注塑模具，设计了巧妙的脱模结构和稳定的热流道系统，该模具为一 模3 2 腔，每小时可生产瓶盖3 万个，原材料一次成型利用率约为6 0 ，每制造1 0 0 0 个塑料瓶盖约需电力4 千瓦小时。 而就能耗、物耗及环保角度以至综合成本而言，压塑是现在和未来制盖方式 的发展趋势，从表2 1 可见，压塑制盖工艺大大超过注塑制盖工艺。 表2 - 1 压塑制盖与注塑工艺制盖比较 比较项目压塑制盖工艺注塑制盖工艺 外观及公差范围内外光平，尺寸精确有注塑节点，公差大 更换模具无需吊车及模具架 需1 0 吨吊车及模具架 能耗较低的挤出温度，节能4 0 5 0 较高的挤出温度，能耗高 盖子机械性能物料保持原有分子结构物料原有性能下降 模具寿命及维护无需特别维护，寿命长需特别维护，费用大，寿命短 整体拆卸，切割式修补，费时 模具故障排除只需拆下有问题的模具 耗财力 直线式原态运行，适宜安装在线散落式无规则运行，必须添加 盖成型检测 检测装置辅助设备 5 0 0 - 7 0 0 分钟模具数3 2 3 6 组模具3 2 6 4 组模具 熔融指数及相同强度的指数低，材料强度高，可减少材 指数低，材料强度低，材料用 盖 料用量 量多 由于压塑工艺的出现，使单机连线流水线式作业成为现实，为智能化、信息利 8 管理及控制流程提供了操作平台。其成型原理见图2 2 ：成型时，把由上、下模组 成的压缩模具安装( 放) 在压力机的上、下模板之间，将塑料原材料直接加入到 成型温度下的模具型腔内，然后将模具闭合，塑料粒料、粉料或预制团料在受压 和受热的作用下逐渐塑化并充满闭合的模具型腔，最终经一定时间的固化定型后 转变为塑料制件。与注塑成型相比，压塑成型无需浇注系统，可使用普通压力机； 生产过程的控制比较简单；塑料压塑成型的塑件各项性能比较均匀，具有收缩率 较小及变形小等特点。 蠖 溺躞援嚣 图2 - 2 压塑工艺的成型原理 但我国塑料瓶盖机械制造行业仍普遍采用注塑工艺制盖，与国外压塑工艺制 盖相比，能耗高、物耗高、产品质量低下，因此，笔者希望通过这个项目来进一 步研究提高我国压塑工艺制盖的设备水平。 ( 2 ) p e t 瓶吹瓶机制造技术的发展现状 高速吹瓶机的研制方面，分为直线式高速p e t 吹瓶机和旋转式高速p e t 吹瓶 机，工作原理均是瓶坯首先由调温加热机均匀加热，然后置于瓶模中由自动吹瓶 机作最终的拉吹成型，结构分别如图2 - 3 和图2 - 4 所示。 9 2 ( a ) 三维示意图 4 ( b ) 平面示意图 ( 1 、理胚机构2 、加热系统3 、运送机构( 瓶胚加热后) 4 、吹瓶机构5 、出瓶机构) 图2 - 3 直线式高速p e t 吹瓶机结构示意图 1 0 ( 1 、理胚机构2 、运送机构( 瓶胚加热前) 3 、加热系统4 、吹瓶机构5 、出瓶机构) 图2 - 4 旋转式高速p e t 吹瓶机结构示意图 目前吹瓶机的发展是向高速、节能方向发展，但其“瓶颈 是吹瓶机自动化 程度。达意隆已经研制出1 8 腔旋转式高速p e t 吹瓶机，单模腔产能达到1 6 0 0 支 小时，整机产能为2 8 8 0 0 支小时，但与直线式高速p e t 吹瓶机相比，售价较高， 与本项目产品相比，能耗较高。全冠也研制出6 腔直线式高速p e l 吹瓶机，单模 腔产能达到9 0 0 支d , 时，整机产能为5 4 0 0 支d , 时。广州晶品包装机械有限公司 通过结构创新，已研制成功1 2 腔直线式高速p e t 吹瓶机，单模腔产能达到1 0 0 0 支d , 时，整机产能为1 2 0 0 0 支小时，本项目产品1 8 腔直线式高速p e t 吹瓶机单 模腔产能可达到1 4 0 0 支d , 时，整机产能可达到2 5 2 0 0 支小时，整机能耗较同类 产品降低2 0 ，为目前国内最高速且节能省电的直线式高速p e t 吹瓶机。 3 对节能型全自动高速制盖、吹瓶设备研发技术的可行性研 究 3 1 项目拟解决的关键技术 ( 1 ) 3 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机 包括四个方面：定量送料系统的研制；上下多模高速旋转压制装置的研制； 小体积独立模腔的研制；封闭式强制外排废气系统的研制。 ( 2 ) 1 8 腔直线式全自动高速p e t 吹瓶机 包括四个方面：p e t 成品质量( 尺寸精度、壁厚) 的均一性；加温箱获取稳定 温度场；瓶胚拉伸和吹塑系统的精确控制；模腔锁模稳定性。 3 2 项目拟采用的方法、技术路线及工艺流程 3 2 13 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机 3 6 腔连续式塑料瓶盖高速压制机拟采用的技术方案： 3 2 1 1 定量送料系统 采用传统注塑制盖工艺生产瓶盖在产品成型前必须将塑料原料加热至液体状 态，通过螺杆挤压使液体的原料注射入模腔内，注塑机的注射口为了有较高的压 力，注射口的口径通常很小，这种结构注射口的不足之处是容易导致注射口阻塞， 同时对塑料原料的品质要求较高，原料中杂质较多的话容易阻塞注射口，影响机 器的正常运行，而且，在生产过程中由于间歇停顿，会产生大量流道废料( 约占 原材料的4 0 - 6 0 ) 。 针对上述情况，项目组拟开发新型定量送料系统，在注料时不需要采用高压 来保证型腔内的压力，注入的原料也不必加热至液体状态，加热到膏状即可，使 物料保持原有分子结构，这种工作方式可以将注料口做得较大，在生产时不必担 心注料口阻塞，保证机器正常稳定地运行，降低了机器故障率。更为重要的是， 由于采用定量给料，避免了流道废料的大量出现，原材料一次成型利用率高达 9 9 9 ，远高于传统注塑机的6 0 ，同时减少了能量消耗，有效降低了物耗、能耗， 更加环保节能。 该定量送料系统通过机械刮料、气压送料实现原材料( 膏状塑料) 的定量高 速配给。如图3 一l 所示，其关键组成部分如下：出料杆3 ( 连接挤出机出料管2 ， 设有出料口1 1 ，套装加热器) ，杯状刮刀1 2 ( 设置在相对出料杆转动固定的刮刀 轴上，内设精巧气压装置，沿垂直出料方向转动切割) ，刮刀轴1 3 ( 连接相对出料 杆固定的电机) 。 1 2 图3 - 1 项目组拟开发的新型定量送料系统 该系统通过将出料口直接伸入在模压机转盘的上下模之间，杯状刮刀和出料 口弧面相匹配，在水平转盘上设置多个竖直杯状刮刀，旋转水平转盘使得多个刮 刀依次切断挤出机挤出的一定量的膏状塑料并存储在杯状刮刀内，在刮刀到达模 压机转盘的下凹模上方时，通过设置在水平转盘上和刮刀内的气压装置，将塑料 粒子熔化体吹落在下凹模内，完成刮料送料动作。 3 2 1 2 上下多模高速旋转压制装置 采用传统注塑制盖工艺生产瓶盖一般采用间歇式的加工方法，先将原料注射 入模腔内，直至冷却成型后再开模取出产品，在整个加工过程中停顿的时间很长， 机器的大部分时间都在等待下一个动作的开始，因而生产效率也低，造成了每台 注塑机的产量有限，同时单位耗能较高。 为提高生产效率，项目组拟研制上下多模高速旋转压制装置，以解决目前注 塑机在加工产品时从注塑、成型至开模、脱模需要等待的间歇式加工方式的不足， 采用多模旋转连续的方式进行流水线式加工生产，大大提高了机器的工作效率， 减少了机器空转及等待的时间，从而降低了单位能耗，每制造1 0 0 0 个瓶盖仅耗电 1 千瓦小时，生产效率高，是同功率注塑机制盖产能的5 倍，能耗仅为同功率注 塑机2 5 。 如图3 - 2 所示，该装置主要由主轴2 6 ，压模座2 7 ，上凸轮连接板2 8 及 上凸轮2 9 组成，在上下多模高速旋转压制装置上均匀分布若干个模压部件( 模 压部件由上下大滚轮3 0 ，上下小滚轮3 1 ，上下滚轮销3 2 ，上小滚轮升降凸 轮3 3 ，压杆头3 4 ，连杆3 5 ，蝶形弹簧3 6 ，上模中间轴套3 7 ，连接套3 8 ， 上模连接杆3 9 ，压缩弹簧4 0 ，上模压盖套4 1 ，上模4 2 ，下模垫板4 3 ， 下模4 4 ，下模推杆4 5 ，下模中间轴套4 6 ，蝶形弹簧4 7 ，顶杆头4 8 ，顶 杆头连杆4 9 ，下凸轮座5 0 ，下小滚轮轨道5 l ，下凸轮5 2 ，机架5 3 ，轴 承座5 4 ，轴承盖5 5 及齿轮5 6 所构成，蝶形弹簧4 7 与下模中间轴套4 6 配 合连接) 图3 2 项目组拟研制的上下多模高速旋转压制装置 该装置在工作过程中，当上大滚轮及上凸轮上行斜坡至缺口时，上小滚轮经 上小滚升降凸轮上行，推动上模上升进行脱模工序，同时下大滚轮从下凸轮上行， 推动下模推杆上升进行出料、排料工序，当下大滚轮从下凸轮下行至缺口，下小 滚轮进入下小滚轮轨道时，推动下模推杆下降时即进入进料工序，当上大滚轮下 行至上凸轮表面上滚动时，推动上模下降进行压模工序，其中蝶形弹簧及压缩弹 簧主要起缓冲和复位、推料作用，从而完成一个塑料瓶盖的进料，压模、脱模， 出料及排料工序，依次高速旋转，从而提高了生产效率，并大大降低了单位能耗。 在实际生产时，该装置可根据产品的大小、开合模及冷却需要的时间调整旋 转模压成型旋转的速度，同时根据模压机旋转速度和模具的数量来设定好定量送 1 4 料系统的送料速度，保证机器高效连续工作。 3 2 1 3 小体积独立模腔 在压塑成型瓶盖当中，模具冷却部位和冷却时间是至关重要的，若模具无法 快速冷却、温度过高会直接影响压塑制品的品质和生产效率。压塑成型瓶盖过程 中需要重点冷却的部位有两处，一处是瓶盖内螺纹形成的内壁( 即上凸模) ，以保 证脱模时无变形拉伤，另一处是瓶盖顶部( 即下凹模的底部) ，其受热时间最长也 最多，冷却不充分会导致脱模后瓶盖顶部变形凹陷。在本机上下多模高速旋转压 制装置中，其模压部分采用环形凸轮推动滚轮顶杆及其连接的上下模头完成合模 压塑