中北大学课程设计说明书学生姓名：陈俊任学号：1502094144 学院：机械工程学院专业：包装工程题目：矿泉水塑料容器结构设计指导教师：梅林玉职称: 副教授于瑞恩职称: 讲师2018年6月10日中北大学课程设计任务书2017/2018 学年第2 学期学院：机械工程学院专业：包装工程学生姓名：陈俊任学号：1502094144 课程设计题目：矿泉水塑料容器结构设计起迄日期：2018年6月11日～6月17日课程设计地点：2号教学楼指导教师：梅林玉于瑞恩学科副主任：齐明思下达任务书日期: 2018年6月10日课程设计任务书课程设计任务书目录1.产品特性介绍 (1)1.1矿泉水包装的市场调查 (1)1.2内装物介绍 (1)1.3饮用天然矿泉水国家标准 (2)2.设计定位分析 (3)2.1商品定位 (3)2.2消费者定位 (3)3.内包装容器的设计 (4)3.1包装容器材料的选用 (4)3.2包装容器成型方法介绍 (4)3.3包装容器的瓶身设计 (7)3.4包装容器的瓶口和瓶盖的设计 (7)3.5内包装容器的瓶颈与瓶肩设计 (8)3.6包装容器的瓶底设计 (9)3.7包装容器的壁厚分析 (9)3.8内包装容器的结构尺寸及结构图 (11)3.9包装容器的容量计算和塑料用量计算 (11)3.9.1容量计算 (11)3.9.2容量误差计算 (12)3.9.3单个塑料瓶的塑料用量计算 (12)4.包装容器制造的技术要求 (12)5.矿泉水瓶的堆码介绍 (13)5.1简单的外包装介绍 (13)5.2堆码强度分析 (13)6.设计创意说明 (13)7.主要参考资料 (14)矿泉水塑料容器结构设计说明书1.产品特性介绍1.1矿泉水包装的市场调查在工业发达的国家里，矿泉水等纯净的饮用水在一些国家的消耗量增长很快。
例如，法国平均每人每年消费矿泉水５２Ｌ，联邦德国每人每年消费量为２１Ｌ，美国及英国也在迅速增长。
矿泉水除了供人们饮用之外，还用来配制具有特殊风味的威士忌等酒类。
矿泉水的包装要求不受包装材料和外界侵人气味的污染，也不能有损于其固有的香味。
同时，包装容器的成本低廉，能适应大众化消费的需求。
除了采用包装玻璃瓶包装以外，近年来陆续采用聚氧乙烯瓶和高密度聚乙烯容器（每桶５ｋｇ—１０ｋｇ）包装，以及塑料瓶小包装（２５０ｇ—３５０ｇ），军队则采用塑料袋小包装。
1.2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。
1.3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[GB 8537-1995](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。
2.设计定位分析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造矿泉水瓶。
优点和缺点分析：本次设计的优点是：塑料成型的工艺成熟，而且材料的成本低，适于中低端消费群，而且圆柱体的基本构型除了成型模具简单完还给人一种简约美，也符合人体工程学的基本内容当然塑料相比于玻璃其韧性好，而且相比于玻璃塑料比较耐温差变化，而不会那么容易破裂。
缺点是：因为国家还没有对塑料包装制定相关的包装标准和技术要求，需要自己根据经验来确定其尺寸和成型基本工艺，当然塑料相比于玻璃，强度稍差。
2.1商品定位因为矿泉水的主要消费者为中低端客户消费群，所以材料和生产成本应该控制在尽量低的范围内。
即选材和成型工艺要尽量在满足使用性能的前提下，尽量的简单易行。
而且内装物水的性能稳定，不需要考虑耐酸碱等因素，所以材料也不用太贵，尽量降低生产成本。
因为要开模具，所以唯一减低成本的方法就是增加产量，从而是每个单独的塑料瓶可以均摊模具的成本。
2.2消费者定位考虑到矿泉水的饮用需要通过手的活动达到一个饮用的目的，因此，在设计矿泉水瓶容器时我们需要考虑到人机工程原理学在瓶型上的运用。
让消费者在开启瓶盖和饮用时更加合手舒适。
⑴.外观美的诉求：容器的外形，比例尺寸，设计风格；其中，美的考虑不是单纯考虑某个群体，而是最广大的消费者的角度来考虑，特别是不能站在设计师自己的方位来思考。
这里的“美”是指大众所能接受的美。
⑵.经济性的诉求：价格，容量，可利用性。
⑶.品质感的诉求：材料，装潢，时尚感。
⑷.所属性的诉求：年龄，收入，社会地位，性别等。
3.内包装容器的设计3.1包装容器材料的选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，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。
3.2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。
图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、冷却水孔；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。
要注意不同的干燥温度和时间限制，保证生产的塑料瓶具有良好的产品性能。
回收料比例一般要超过25%，且要把回收料彻底干燥。
(4).注射速度：要快，可防止注射时过早凝固。
但过快，剪切率高使物料易碎。
射料通常在4秒内完成。
(5).吹塑成型：简称吹塑。
