【導(dǎo)讀】時選擇適當(dāng)?shù)某尚图庸すに噥慝@得制品的能力。出各個部件，并將其組合成一個完整制品。同時要求對采取的設(shè)計方案做出經(jīng)濟成本分析。設(shè)計內(nèi)容完整合理，文理通順，層次分明，字跡工整。參數(shù)選取恰當(dāng)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。論理論據(jù)充分，資料來源可靠。圖紙視圖正確，圖面整潔規(guī)范。根據(jù)本課程特點，本課程設(shè)計主要采用分散指導(dǎo)的方式進行。10-12周：完成配方設(shè)計與生產(chǎn)工藝設(shè)計、成生產(chǎn)工藝參數(shù)的確定與操作說明。13周：完成設(shè)計說明與小結(jié)及整理資料編寫成設(shè)計說明書初稿并交指導(dǎo)老師審閱。14周：修改與整理成正稿并交稿，同時進行答辯。人類社會進步是與材料的使用密切相關(guān)的。它在國民經(jīng)濟中許多領(lǐng)域不同程度地替代了金屬、木材及其他材料，成。為關(guān)鍵，有很大的市場需求和廣泛的發(fā)展前景。飲料瓶具有不易破碎、成本。作為飲料品牌中銷量最好的可口可樂碳酸飲料，其飲料。瓶的加工制造意義就更加重大。加工工藝，并對其生產(chǎn)成本做了估算。

　　

【正文】 ~190 ＜ 軟聚氯乙烯及氯乙烯共聚物 室溫 80~120 ~140 140~190 ＜ 聚苯乙烯（ PS） 室溫 ~100 130~170 ~220 180~245 ＜ 3)三輥壓光溫度： 三輥壓光機的存料量、輥筒溫度對于晶態(tài)聚合物的外觀質(zhì)量有重要影響。由于聚烯烴樹脂在熔融狀態(tài)下冷卻時，伴隨著外形尺寸的明顯收縮，因此，冷卻速度過快則將因片材外表與內(nèi)部的收縮不均而形成表面暗斑或變形，嚴(yán)重時甚至造成板材的碎裂。 經(jīng)三輥壓光的料片，由輥刀切邊控制寬度為 1000 毫米，經(jīng)托輥牽引切斷成長度為 2500 毫米的板片至壓機生產(chǎn)層壓板材。 4)層壓條件 根據(jù)要求厚度，將 23 毫米厚的料片以不同張數(shù)累疊起來，兩面敷以金屬光板，裝入熱壓板間進行壓制，其條件： 墊片成型 —— 沖壓成型 與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是可口可樂瓶 成型加工工藝 31 / 58 經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。 1)沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通 壓力機 的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。 2)沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形 狀 精度 ，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量 ,而模具的壽命一般較長 ,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定 ,互換性好 ,具有 “ 一模一樣 ” 的特征。 3)沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的 強 度和剛度均較高。 4) 沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。 設(shè)備 萬順 JB 系列 10KN 沖壓機 (電動沖床 )臺式?jīng)_床 類型 高速沖床 品牌 萬順 動力類型 電動 型號 JB041T 主電機功率 （ kw） 公稱壓力 10（ kn） 喉口深度 50（ mm） 滑塊行程 40（ mm） 可口可樂瓶 成型加工工藝 32 / 58 控制形式 混合 布局形式 立式 適用范圍 通用 適用行業(yè) 通用 行程次數(shù) 250 作用對象材質(zhì) 通用 工藝方案比較、分析及確定 方案一：先沖孔，后落料。單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔 落料復(fù)合沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔 落料級進生產(chǎn)。 連續(xù) 生產(chǎn)。 簡單模 ： 在壓機的一次行程中只完成一道工序的模具稱為簡單模此種模具結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，適用于小批量生產(chǎn)。 無導(dǎo)向模 ： 無導(dǎo)向裝置的模具稱為無導(dǎo)向模。模具結(jié)構(gòu)簡單制造容易，成本低，但安裝調(diào)整麻煩，沖件低，模具壽命也低 。 復(fù)合模 ： 利用壓機的一次行程，在模具的同一位置完成二道以上工序的模具稱為復(fù)合模。此種模具能保證較高的零件精度，平正性及生產(chǎn)率，但制造復(fù)雜，成本高。 連續(xù)模 ： 壓機的一次行程中，在模具的不同部位上同時完成數(shù)道壓工序的模具稱為連續(xù)模，此種模具生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)自動化，但要求定位精度高，制造比較麻煩，成本也較高。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，制造簡單，但需要兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。 方案二只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置精度較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小。 方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿 足，模具制造工作量和成本在沖裁簡單的零件時比復(fù)合模低。 通過對上述三種方案的比較分析，選用方案三合適 第 四章 瓶身設(shè)計 瓶身性能要求 可口可樂瓶 成型加工工藝 33 / 58 可樂瓶 的瓶身需要承受所盛液體的重力并傳給與壓柄的連接處，要求材料具有一定的力學(xué)性能。 瓶身需要和壓柄發(fā)生磨損，要求材料具有一定的耐磨損性能。 瓶身為透明材質(zhì)，能轉(zhuǎn)印花紋和文字，要求材料透明。 可樂瓶作為飲料容器 ，要求材料無臭、無味、無毒、安全。 可樂瓶 大量使用，要求材料具有可回收性或可降解性。 可樂瓶 所盛液體常常含有有機物，要求材料添加劑有一定安全性，無可溶性毒害物質(zhì)。 考慮到 可樂瓶 全年都可用，且我國南北方均可使用，要求材料的使用溫度在3050℃之間。 選材 常用原料對比 該種中空容器一般是由拉伸軟的或熔融塑料的預(yù)成型件后冷卻成型的，其成功的關(guān)鍵是拉伸過程的塑料有足夠的熔體強度。 所以聚合物的黏彈性，長時間耐熱性很重要。 為滿足產(chǎn)品性能要求所提到的各項指標(biāo)，瓶身所選擇的材料還應(yīng)成本低廉，加工方便。 HDPE、 PP、 PET 和 PC 都是常用的塑料，且符合上述性能要求，四者綜合性能比較如表 1 所示。 表 1 HDPE、 PP、 PET 和 PC 綜合性能比較 材料名 稱 優(yōu)點 缺點 高密度聚乙烯 HDPE 耐沖擊、耐低溫、耐勞損、耐化學(xué)腐蝕、自身潤滑 能吸收沖擊能。 耐低溫， 40 時也具有良好的抗沖擊性能。 加工過程中容易出現(xiàn)熱分解。 表面容易產(chǎn)生凹凸，滋生細菌。 聚丙烯 PP 密度低、耐熱，加熱不變形。 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無害。 抗沖擊性能一般。 韌性一般，耐氧性一般。 可口可樂瓶 成型加工工藝 34 / 58 抗有機溶劑能力強。 可耐高溫，可用于微波爐。 低溫容易脆化。 聚對苯二甲酸乙二醇酯 PET 堅硬、剛度好、強度高、韌性好、摩擦系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好。 透明度高，可阻擋紫外光。 無毒無味，安全性好 ，可做盛裝食品。 結(jié)晶速率慢，成型加工困難，模塑溫度要求高。 主鏈含有酯基，易水解斷鏈。 不耐高溫，長時間使用會釋放DEHP，對人體有害。 抗有機溶劑能力較弱，一般不能接觸酒、油等。 聚碳酸酯 PC 可做成無色透明，耐熱、抗沖擊性好，普通溫度下機械性能好。 抗沖擊性能好、著色性好。 加工性能好。 自阻燃。 耐酸、耐油。 耐腐蝕性不好。 自潤滑性差。 高溫易水解。 共混性能差。 耐磨性差。 不耐紫外光，不耐強堿。 通過上述表格的對比，結(jié)合 產(chǎn)品性能要求 ，以及市場調(diào)查分析 （詳見五、經(jīng)濟成本分析 )， HDPE 擁有 優(yōu)良的抗沖擊，耐低溫和耐化學(xué)腐蝕性能，但由于其成本過高，使用后表面容易滋生細菌，不能做成透明瓶身以及需要加如抗氧劑防止加工時的分解，此添加劑對人體有害，因此此材料不建議用作與人體密切相關(guān)耐氧性差，且不耐低溫，不能作為此類生活用品的材料。 PET 透明性好，無毒無味，只要不接觸高溫，其性能很穩(wěn)定且對人體友好，價格低廉，加工方便，可以用作瓶身材料。 PC 透明性好，抗沖擊性能優(yōu)良，加工性能好，耐酸耐油，雖然不耐堿腐蝕也不耐高溫，但是低于噴水壺使用上限溫度，因此適合做瓶身材料。綜上所屬， PET 和 PC 可用作瓶身材料。 從上 面分析我們選出了兩種可做 瓶身 的材料，為了更好地制造出性能優(yōu)良 、造價低廉 的 瓶身 ，我們下面將 這 兩種材料再次細化對比 （如表 2)： 表 2 PET 和 PC 性能對比 材料 透明性 衛(wèi)生性能 耐溫 耐沖擊性能 加工性能 耐溶劑 造價 可口可樂瓶 成型加工工藝 35 / 58 PET 高 一般 70 低 一般 一般 低 PC 高 好 130 高 好 一般 高 通過上述對比我們不難看出：雖然 PC 比 PET 擁有更加優(yōu)異的性能，但結(jié)合加工方式和成本考慮 ， PET 從性能上講已經(jīng)完全符合我們所需材料的要求，并且在成本方面 遠小于 PC。 因此，在性能要求不高的情況下， 可樂瓶 的瓶身 一般采用 PET 材料。 PET 材料性能綜述 聚 對苯二甲酸乙二醇酯 ，英文名稱 Polyethylene terephthalate，簡稱 PET， 由對苯二甲酸乙二醇酯發(fā)生脫 水縮合反應(yīng)而來。對苯二甲酸乙二醇酯是由對苯二甲酸和乙二醇發(fā)生酯化反應(yīng)所得。PET 是乳白色或淺黃色、高度結(jié)晶的聚合物，表面平滑有光澤。在較寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的物理機械性能，長期使用溫度可達 120℃ ，電絕緣性優(yōu)良，甚至在高溫高頻下，其電性能仍較好，但耐電暈性較差，抗蠕變性，耐疲勞性，耐摩擦性、尺寸穩(wěn)定性都很好。 有良好的力學(xué)性能， 沖擊強度是其他薄膜的 3～5 倍，耐折性好。 耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀堿，耐大多數(shù)溶劑。 具有優(yōu)良的耐高、低溫性能，可在 120℃ 溫度范圍內(nèi)長期使用，短期使用可耐 150℃高溫，可耐 70℃ 低溫，且高、低溫時對其機械性能影響很小。 氣體和水蒸氣滲透率低，既有優(yōu)良的阻氣、水、油及異味性能。 透明度高，可阻擋紫外線，光澤性好。 無毒、無味，衛(wèi)生安全性好，可直接用于食品包裝。 PET 容器的特征： 1)力學(xué)強度高。 PET 瓶，特別是常用的拉伸 PET 瓶的強度明顯的高于其他常用塑料瓶。以下是 PET 瓶和 PVC 瓶的部分強度指標(biāo)的比較 數(shù)據(jù)。 項目 雙相拉伸 PET 瓶 非拉伸 PET 瓶 PVC 瓶 軸向 圓周方向 軸向 圓周方向 軸向 圓周方向 拉伸屈服強度 /Mpa 拉伸斷裂強度 /Mpa 斷裂伸長率 /% 340 350 134 169 COH O C H 2 C H 2 O COO C H 2 C H 2 O Hn可口可樂瓶 成型加工工藝 36 / 58 落錘沖擊強度 /J 試樣厚度 /mm （低黏度 ) （高黏度 ) 2)阻隔性能良好。 PET 瓶的阻隔性，特別是對氧和二氧化碳 的阻隔性能優(yōu)異。 3)單耗低，質(zhì)量輕。由于 PET 瓶強度高可以做的很薄，因此 PET 瓶的單耗低、質(zhì)量輕，有利于降低成本和運輸費用。 4)保香性能好。 PET 瓶對于多種有香味物料，如華尼拉香料、大蒜制劑、咖啡粉、可可、紅茶、腌火蔥等，保香性突出。 5)良好的耐藥品性。 PET 耐多種化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，耐油耐有機溶劑，耐酸性能良好并具有一定的耐堿性。 6)對商品的展示性好。 PET 具有很高的透明性，透光率達 90%以上，霧度小于 3%且光澤度好，其外觀可與優(yōu)質(zhì)玻璃瓶媲美。 7)回收應(yīng)用和處理方便。 PET 瓶是被普遍公認的有利于環(huán)境 保護的一種塑料制品，可通過如下幾種途徑，有效地處理其廢棄物。 a 通過凈化、熔融造?？苫厥绽?，其回收粒子可用于生產(chǎn) PET 短切纖維或復(fù)制 PET 塑料制品。 b 通過化學(xué)降解可制備單體。用以重新合成 PET 或者生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料。 c 焚燒處理回收熱能。 PET 焚燒時產(chǎn)生的熱量約為焚燒 PE 時的一半 [約23MJ/kg（ 5500kcal/kg)]不會損壞焚燒爐，且不產(chǎn)生危害環(huán)境的毒物，只生成 CO2 和 H2O。 原料準(zhǔn)備： 1)PET 的制備： 如果采用 TPA 為原料， PET 聚酯聚合物的生產(chǎn)主要有以下兩步反應(yīng)：第一步是 PTA 與 EG 進行酯化反應(yīng)，生成對苯二甲酸乙 二酯 (BHET)；第二步是 BHET 在催化劑作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)生成 PET。酯化反應(yīng)階段，為了縮短反應(yīng)時間，酯化反應(yīng)的反應(yīng)壓力要高于大氣壓力，反應(yīng)溫度要高于醇的沸點。具體反應(yīng)中所用的醇與 TPA 的摩爾比為 ： 12： 1，反應(yīng)采用的溫 度為 258263℃ ?？s 聚反 應(yīng)的 反 應(yīng)溫 度須 高于 聚合 物的 熔化 溫度可口可樂瓶 成型加工工藝 37 / 58 (260265℃ )，低于 300℃ (當(dāng)溫度達到這個值時，聚合物開始出現(xiàn)降解 )，因此縮聚反應(yīng)最合適的溫度范圍是 275290℃ 。縮聚反應(yīng)的反應(yīng)時間至少為 2個小時，具體視反應(yīng)器不同 而有所不同。這個反應(yīng)的反應(yīng)常數(shù)較小，因此在反應(yīng)過程中還須盡快地除去反應(yīng)所生成的乙二醇，打破反應(yīng)平衡，促使反應(yīng)繼續(xù)向右進行，否則不但會影響反應(yīng)速度，而且聚合度也提不高。因此縮聚要求在真空下進行，特別是縮聚后期要求在高真空度下進行，同時應(yīng)盡量增加蒸發(fā)表面。 2)材料改性 PET 樹脂為乳白色半透明或無色透明體，相對密度 ，折射率為 ，透光率為 90%； PET 屬于中等阻隔性材料，對 O2 的透過系數(shù)為 50～ 90cm3?mm/(m2?d?MPa)，對 CO2 的透過系數(shù)為 180cm3?mm/(m2?d?MPa)； PET 的吸水率為 %，吸水性較大。 PET 以及增強 PET 的具體性能表 2 所示： 表 3 純 PET 和玻璃纖維增強 PET 性能 性能 純 PET 30%GFPET 相對密度 吸水率 /% 成型搜索率 /% ～ 拉伸強度 /MPa 78 斷裂伸長率 /% 50 3 彎曲強度 /MPa 115 缺口沖擊強度 /(kJ/m2) 4 80 洛氏硬