矿泉水瓶挤出吹塑成型工艺及模具设计本科毕业论文Word下载.docx
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论文作者签名：
377356760（有cad图纸,三维图需要联系）
摘要
现代模具业，具有“不衰亡工业之称”。
模具是以特定的结构形式通过一定的方式，使材料称为制品的工业产品。
模具工业已经成为现代制造业的基础工业，现代的产品生产制造有80%以上靠模具来完成；
模具的设计和制造水平直接关系到整个制造业的水平和后续发展。
本设计依据中空挤出吹塑模具结构的设计特点，基于AutoCAD、UGNX8.0软件进行了矿泉水瓶挤出吹塑模具设计。
根据矿泉水瓶的用途和使用要求进行分析，合理设计矿泉水瓶的形状造型结构，包括容积、壁厚、外形、底部和瓶口螺纹等的设计，并根据吹塑工艺选择制矿泉水瓶的材料。
根据本次设计的矿泉水瓶的功能、材料及各个工艺特点，矿泉水瓶吹塑模设计，采用挤出吹塑模具。
重点对分型面的选择、切坯口与余料槽、排气系统、冷却系统等关键部位进行了分析设计。
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。
关键词：
矿泉水瓶，吹塑模，挤出吹塑模具，模具设计，聚丙烯
Abstract
Modernmoldindustry,whichhasanameof"
nodecayindustrial.Moldstructureformindustrialproducts.throughaspecialcertainwaysofmakingmaterialwhichiscalledproducts.Themoldindustryhasbecomethefoundationofmodernmanufactureindustry.Morethan80percentofmodernproductsaremanufacturedbymold.Thedesignandmanufacturelevelofmoldindustryhaveavitalinfluenceonthewholemanufactureindustryanditsdevelopment.
Accordingtothedesigncharacteristicsofhollowextrusionblowmoldstructure,themineralwaterbottlesextrusionblowmoldwasdesignedbasedontheAutoCAD、UGNX8.0software.Basedontheanalysisofthefunctionandusagerequirementsofmineralwaterbottles,properlydesigneditsshapeandmodelingstructure,includingthedesignofitsvolume,wallthickness,shape,thebottomandmouththread,etc.Meantime,choseitsmaterialaccordingtotheblowmoldprocessofmineralwaterbottles.
Accordingtothefunction,materialandprocesscharacteristicofmineralwaterbottles,themineralwaterbottleblowmolddesignselectedextrusionblowmolds.Thekeypointsincludingpartingsurfaceselection,cuttingmouthandremainderslot,exhaustsystemandcoolingsystemwereAnalyzedindesign.Theformingofmineralwaterbottlescontainedtheanalysisanddesignofmoldingequipment,moldingprocessconditions,etc.
KeyWords:
mineralwaterbottles,blowmolding,extrusionblowmold,molddesign,Polypropylene
第1章绪论
1.1概述
塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流动状态，然后在一定压力的作用下使它通过塑模，经定型后制得连续的型材。
挤出法加工的塑料制品种类很多，如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。
挤出机还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。
塑料中空制品是指塑料制品中的瓶、桶、罐、箱以及各种食品、饮料、医药、调味品、化妆品、日用化工品、化工包装容器、工业零配件、产品周转箱及储运等各种形状及不同容积的各种物品的包装。
这类塑料制品具有重量轻、强度高、密封性好、不易破损、耐水防潮、耐腐蚀、阻隔性好，可用于各种液体和粉状、粒状物品的包装，既美观又卫生，还方便携带和运输等性能特点。
塑料中空制品用途广泛，是国民经济建设发展和人民日常生活中不可缺少的塑料包装容器。
挤出成型已成为最普通的塑料成型加工方法之一。
用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑料，也有使用热固性塑料的。
挤出成型具有效率高、投资少、制造简便，可以连续化生产，占地面积少，环境清洁等优点。
通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用，其产量占塑料制品总量的三分之一以上。
中空吹塑是借助气体压力使闭合在模具中的热熔塑料型坯吹胀形成空心制品的工艺。
挤出吹塑成型是成型中空塑件的主要方法。
挤出吹塑成型模具结构简单、投资少、操作容易，主要用于制造薄壁塑料瓶、桶以及玩具类塑件。
吹塑制品具有优良的耐环境应力开裂性、气密性，耐冲击性，能保护容器内装物品；
还有耐药品性、抗静电性、韧性和耐挤压性等。
因此，挤出成型在塑料加工工业中占有很重要的地位。
现代模具设计一般为将客户拿出的图纸或计算机文件资料送入电脑，使用CAD/CAE进行相应设计并做模拟实验得出所需要的计算机文件，在这个设计过程中系统可进行图纸处理。
设计完成的模具零部件可使用电脑系统的实体成型功能把它显示出来以利于观察设计的正确性和可能性，在被优化处理之后还可用系统功能进行强度、模温、塑料流动状态等有关测试。
如果发现设计有误可以修改设计。
模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术能明显降低模具设计与制造周期、减少生产成本、提高产品质量，它使技术人员能借助干计算机对产品、模具结构、成形（型）工艺数控加工及成本等进行相应的设计和优化。
[1]
1.2选题的依据和意义
本课题来源于工程实践，是结合本人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。
1.3中空类塑料制品的应用
众所周知，塑料是当今世界各国国民经济各个部门及人们生活领域中广泛使用的一种新型结构材料。
据调查，近几年来，塑料制品在我国的应用情况大致如下所示：
在建筑材料工业的应用占10%；
包装工业占的比例为25%；
电器、电子信息工业占的比例高达10%；
汽车及其他交通工业的应用占2%；
农业中的应用占15%；
轻工业（含日用品、服装、鞋、玩具、游戏机、体育用品等）所占的比重高达27%；
机械工业（含医疗器械）占2%，其它的占9%的比重。
估计在今后几年，塑料制品在建筑材料工业、包装工业、特别是汽车工业、电器、电子、通信工业、农业中的农膜节能、节水、排灌、滴灌、微灌设备中使用的比重将会有很大的提高。
[2]
塑料板、管、型材总产值2143.00亿元，同比增长32.29%;
塑料丝绳及编制品总产值1030.63亿元，同比增长29.33%;
塑料零件总产值932.92亿元，同比增长11.91%;
塑料包装箱及容器总产值895.69亿元，同比增长20.34%;
日用塑料杂品总产值787.16亿元，同比增长14.02%;
泡沫塑料总产值501.14亿元，同比增长13.60%;
塑料鞋总产值243.67亿元，同比增长23.33%;
其他塑料制品总产值1201.64亿元，同比增长23.60%。
在国家推动节能减排和循环经济发展政策、经济和技术创新、社会主义新农村建设速度发展加快、城市化进程不断推进、人们生活水平大幅提高、促使国内消费上升等积极因素都进一步推动了塑料行业的大发展，产业规模在不断扩大，产品产量逐年增加，主要经济技术指标大幅度递增，全行业不断发展壮大，正沿着为实现塑料工业由大国到强国的可持续发展之路迈进。
改革开放以来，随着高密度塑料的诞生和吹塑成型机的发展，吹塑技术得到了广泛应用。
中空容器的体积可达数千升，有的生产已采用了计算机控制。
适用于塑料中空制品成型常用材料有：
聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）等,另外还有线性低密度聚乙烯（LLDPE）、高分子量聚乙烯（HMWPE）等树脂，得到的容器广泛应用于人民日常生活和工业容器的包装。
越来越多的塑料瓶代替了玻璃瓶，而且形状更美观，款式也非常多，用途也相当广泛，如：
洗洁精瓶、药瓶、汽油瓶、蒸馏水瓶等。
1.4本课题国内外的研究与发展
随着全球经济一体化进程的不断加快，世界各国对建筑材料、电子通信等诸多领域的塑料制品需求量正在逐年增加，这为模具工业的发展奠定了坚实的基础。
据资料显示，全世界模具年产值约为650亿美元，模具工业的发展已超越了近年来快速发展的新兴产业-电子工业。
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。
[3]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、运动场和娱乐场所塑料瓶在生活应用中很广泛，所以选择塑料制造瓶子那是明智的。
近年来我国模具也发展特别快，我国制造业已把模具工业列为中国制造业之母，将模具制造业列为支撑中国制造业发展的重要基石。
模具技术是综合性、实践性很强的一门学科，也是今年来飞速发展的学科之一目前塑料模具在整个行业中约有达到30%左右的比重，目前，在国民经济高速增长的拉动和国家产业政策的正确引导下，特别是部分骨干企业享受了增值税先征后返的优惠政策，有利推到了我国模具行业发展渐入佳境。
改革开放以来，我国模具工业发展迅猛。
我国模具工业的产值年平均增长14%左右。
据不完全统计，目前全国共有模具生产厂点3万多家，大多为中小企业，从也人员约100万。
行业发展形势主要表现为：
大型、精密、复杂、长寿命等中高档模具和模具标准件获得长足发展；
塑料模和压铸模比较增大；
专业模具厂数量增加且能力显著提高；
“三资”及私营企业发展迅速，已逐步成为行业主力。
[4]我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。
专业模具厂数量增加，能力显著提高，大型、精密、复杂、高效和长寿命模具上了一个新台阶。
鉴于现状与发展趋势，要跟上国民经济的发展步伐，我国模具行业将面临更加艰巨的工作。
总体上要培育模具市场，重视模具生产标准化、专业化和商业化的发展，逐步建立适应我国国情的模具科研开发、人才培训和产品生产的基本体系。
不但要使我国成为模具生产大国，更要发展成为模具生产强国。
第2章吹塑成型工艺
好的吹塑制品设计还需要通过合理的工艺设计来实现。
工艺设计包括成型方法的选择，工艺过程、工艺参数及工艺条件的确定等。
合理的工艺设计，能保证成型加工过程顺利地进行；
保证制品具有高的力学性能、外观和尺寸精度。
更为重要的是，工艺设计使设计者的制品设计能在大批量的成型加工过程中重复实现，并保持均匀、稳定的发展。
2.1中空吹塑成型方式
空吹塑成型主要适合加工包装容器和中空制品．适于该种成型的原料有：
高压聚乙烯（HDPE）、低压聚乙烯（LDPE）、硬聚氯．乙烯（HPVC）、软聚氯乙烯（SPVC）、纤维紊塑料、聚苯乙烯（Ps）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（Pc）等。
目前常用的吹塑制品原料是以聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）为主。
因为聚乙烯制品无毒，容易加工，聚氯乙烯价廉，透明性和印刷性能较好。
中空成型是把熔融状态的塑料制成型坯，置入模具内闭合模具通入压缩空气（气压为2.7～5Kg／cm
），将型坯吹胀成模腔形状制品在模内保压条件下，冷却定型开模取出。
根据成型方法的不同，可以分为以下五种形式。
（1）挤出吹塑成型
目前我国以该种方法为主。
熔融型坯是用挤出机挤出。
其优点是设备和模具简单，缺点是型坯壁厚不易均匀，从而引起塑件壁厚差异。
（2）注射吹塑成型
利用注射模制成型坯，然后把热型坯移入中空吹塑模进行吹塑成型。
其优点是壁厚均匀无飞边，不需后加工。
由于坯料有底，因此制件底都无拼合缝，强度好生产效率也高。
但设备与模具价格较贵。
多用于小而精度高的制件且大批量生产。
（3）拉伸吹塑成型
这种方法是在注吹的基础上，增加了将型坯延伸的工序。
该方法和双向拉伸模的原理相同。
可使分子双轴取向、塑件透明度提高，强度增加。
尤其是可以利用这种方法使聚丙烯取代聚氯乙烯透明制品。
多用于高精度高强度高透明度的制品。
（4）多层吹塑成型
该方法有共挤吹塑法和多段注吹法。
现在实用还是共挤吹塑法。
其原理是挤出机头挤出多层型坯，供中空吹塑。
多层化的目的，无非是改善容器性能：
降低渗透性（加入聚偏氯乙烯层PVDC），遮光（黑色层）、绝热层（发泡层），降低可燃性（充填层）花色装饰（着色装饰层）等。
（5）片材吹塑成型
将压延、挤出成型的片材再加热，使之软化放入型腔，闭模后在片材中间吹入压缩空气，定型后取出制品。
本方法进一步发展即是目前的吸塑成型。
2.2基本加工过程
塑料中空制品的生产成型过程：
吹塑成型加工过程可分为三个阶段。
1）熔融塑化：
按制品用料配方要求，把主要原料和辅助材料分别计量后掺混在一起，用混合机搅拌混合均匀，经混炼塑化挤出造粒（也可用粉料直接投入到粉料专用挤出机或注塑机内）后投入到挤出机或注塑机内，把原料塑化熔融。
2）型坯成型：
通过型坯模具把熔料挤出或注射成型制品用型坯。
3）吹塑成型：
再把型坯置于中空制品成型模具腔内（也可把型坯冷却定型后移至另一台设备或异地经加热后吹胀），吹入压缩空气，把型坯吹胀紧贴在模具型腔壁上，成型制品形状。
冷却定型后开模，即完成中空制品的生产成型工作。
上述成型加工过程中，首先是需要生产管坯，通常称为型坯，此术语来源于玻璃工业。
可以用挤出机或注塑机生产型坯，常将注塑机生产的型坯称为预成型。
吹塑过程是将热的型坯或坯料送入吹塑模具内，模具闭合的同时夹紧型坯，然后将热的管坯吹到冷的模具壁上，冷却定型后顶出制品。
多数情况下，中空制品需要后加工，例如去除飞边、印刷、贴标签、灌入产品等。
一些制品上的钻孔、研磨操作等可用自动操作设备完成。
[5]
第3章模具结构设计
3.1吹塑件结构与材料分析
3.1.1吹塑件结构分析
塑件主要根据使用要求设计，由于塑料有其特殊物理机械性能，因此在塑件设计时必须充分发挥其性能上的优点，避免和补偿其缺点，在满足要求的前提下，塑件设计应尽可能简化模具结构，符合成型工艺要求。
从吹塑成型的变形特定可知，中空塑件的质量好坏应根据他的成型技术参数，如吹胀比、收缩率。
矿泉水瓶是一种中空制件，在日常生活中随处可见，，结构上一般为瓶口比瓶身小得多，无法用注塑成型方法一次成型，需要用中空吹塑成型生产。
挤出吹塑模具具有结构简单、成本低、工艺简单、效益高等特点。
由于矿泉水瓶相对来说比较小，生产批量大，从降低制造加工模具成本和保证模具精度等方面综合考虑，本次设计两种矿泉水瓶的模具，有螺纹的采用一模两腔结构，整体设计，无螺纹的采用一模一腔的简单设计。
设计借助UGNX软件完成。
a．塑件设计尽量壁厚均匀，无过薄过厚的部分。
外径设计应考虑吹胀比B
=2.1～4.1，多取B
=2:
1。
这样可缩小机头尺寸。
b．塑件长度也应考虑延伸比S，S
越大塑件强度越高，但也要结合保证塑件的实用剐度和实用壁厚，因此延伸比取S
·
B
=4～6较合适。
（3-1）
式中
——延伸比
L——塑件长度（mm）
b——型坯长度（mm）
c．瓶盖与瓶口部分应采用螺纹结合，也有采用凸缘或凸环结合的如图5-3，一般采用梯形螺纹，不选用细牙螺纹，为了使合模面上的飞边不致影响螺纹旋合，螺纹可设计成断续状。
d．塑件侧壁与底部的交接部分，一般不允许设计成尖角，二界面角采用圆弧过渡，三界面角可用球面过渡。
（R=0.3×
）只有造型装饰部分可采甩尖角。
e.塑件支承面，特别注意要减少结合缝与支承面的重合部分。
因切口的存在将影响塑件放置的平稳性。
同时也要增加底部刚度。
f．塑件的外表面，在无特殊的要求时，应做粗糙的外表面。
尖似磨沙玻璃，或做成绒面，木纹面，皮革面等。
[6]
容器的平均壁厚：
t=1mm
外形：
采用椭圆形容器，这种形状的吹塑制品是针对圆形和方形制品的缺点进行改进的。
它综合了它们的优点，在强度和刚度、变形性等力学性能方面都较好；
外观造型好，开发应用颇多。
吹塑制品的外形的几何外形设计除了考虑其实用性外，还应注意美术造型、装饰图案、花纹，以增加制品的直观美。
底部：
通常很少以整个平面作为制品的支承面，并要尽量减小支承面。
对于瓶类制品来说，一般采用环形支承面，若以整个平面作为支承面。
在钳贴熔接部分因存在钳切毛边而凸起，制品放置不稳，采用环形支承面，情况大为改善，且增加了制品底部的刚度。
从生产工艺可知，挤出吹塑制品的底部，一般都是型坯的夹断处，是制品力学性能的薄弱部位。
制品在底部夹缝处的壁厚，比其他部位厚，收缩率也较大，故容易产生翘曲现象，影响制品的直立。
因此，制品底部应设计成内凹形。
制品的转角处及内凹处，均作较大的圆弧过渡。
口部：
为使容器口部能更好地与盖及密闭器配合，容器口部有螺纹结构设计和无螺纹结构设计。
在挤出吹塑成型中，容器口部的外直径是由吹塑模具的模腔尺寸决定的；
容器口部的内直径由吹塑模具的吹气型芯的外直径尺寸决定的。
这时，容器口部的厚度是由型坯压缩形成的。
若型坯壁的厚度发生变化，容器口部的内径也会发生变化。
生产时，容器口部还会产生收缩、凹陷等不良现象。
为使容器口部与密封盖或封闭器配合紧密，需对容器口部进行二次切削加工。
挤压式的柔性瓶，如眼药水瓶、滴液瓶，其容器孔口的直径很小，可采用吹气针方式。
[7]
两种矿泉水瓶的塑件图如图3-1、3-2、3-3所示。
图3-1矿泉水瓶结构图1
图3-2矿泉水瓶结构图2
图3-3矿泉水瓶结构图3
3.1.2吹塑件的材料分析
吹塑用塑料的性能比较见表3-1
表3-1吹塑用塑料的性能比较
材料
密度
刚度
耐冲击强度
耐热性
透明性
POM
1
6
12
ABS
7
CA
3
8
11
PC
2
4
LDPE
17
HDPE
9
10
PP
PS
5
PVC
两种矿泉水瓶材料都选择聚丙烯。
聚丙烯的性能：
聚丙烯（PP）是塑料中的后起之秀。
是由丙烯单体（CH
—CH＝CH
）聚合而成。
是无毒、无味、半透明塑料。
具有质轻的特点，其密度为0.90～0.91g/cm
，是通用塑料中密度最低的一种。
聚丙烯具有优良的耐热性，长期使用温度可高达100～120℃，短期使用温度为140℃，无载荷时使用温度可达150℃，聚丙烯是通用塑料中唯一能在水中煮沸，并能经受135℃的消毒温度的品种。
以PP为基材的多层容器可在温度高达90℃条件下进行热灌装或消毒处理。
[8]
聚丙烯的耐低温性不如聚乙烯，力学强度、刚性和耐应力开裂性都超过高密度聚乙烯，聚丙烯是一种非极性塑料，具有优良的化学稳定性，并且结晶度越高，化学稳定性越好。
聚丙烯具有有优良的耐弯曲疲劳性，很适宜制造盖体合一的容器，带铰链的双层壁的吹塑工具箱等。
聚丙烯的成型性能：
聚丙烯的熔点较高，冷却速率较大，型坯热封性差，易在闭模时夹断。
吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。
流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔，凹痕，变形。
冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度。
料温低方向方向性明显，低温高压时尤其明显，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，留痕，90度以上易发生翘曲变形。
塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。
聚丙烯的收缩率较大，约为1.0%～2.5%，收缩会随制品壁厚、成型工艺、填料加入量的不同而变化。
聚丙烯中空制品的应用：
聚丙烯常见的制品：
盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。
聚丙烯制得的容器广泛用于食品（如番茄酱、调味品的包装）、药品、化妆品、化学试剂包装；
它更适宜要求热灌装、高接触透明度时使用；
聚丙烯还可用来吹塑工业制件，如双层壁中空制件、带铰链的工具箱、箱包、耐热容器等。
[9]
3.2吹塑模具的种类及结构分析
挤出吹塑是应用很广泛的塑件成型方法，它适用于将PE、PP、PVC热塑性工程塑料、热塑性弹性体等聚合物及各种共混物制成各类包装容器、存储罐与桶，还可成型工程配件（如汽车上的燃油箱、仪表板、保险杆、计算机的工作台
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