硕 士 学 位 论 文
详 细 摘 要
题 目:塑性饮料瓶成型特性分析与结构优化研究
研 究 生 邹 金 龙
专 业 机 械 设 计 及 理 论 指导教师 孙 鲁 涌 副 教 授
完成日期 2013年12月
摘 要
塑性饮料瓶的种类有很多，本课题所研究的塑性饮料瓶是PET饮料瓶。注射拉伸吹塑过程是PET饮料瓶成型的方式之一，并被广泛应用，由于成型过程中受到诸多因素的影响，成型过程较为复杂，在很大程度上影响了制品的机械性能和生产成本。长期以来，国内外研究人员采用许多方法研究PET饮料瓶瓶的成型过程，利用数值模型对拉伸吹塑过程进行计算机模拟，对结果进行分析并与实测值进行比较，力求能优化成型条件和减少生产成本。
论文一开始对选题的背景和意义作了介绍，说明了进行本课题研究的必要性和实用性，讲述了吹塑技术的种类和原理，同时分析了目前国内外对PET饮料瓶的拉伸吹塑过程的研究现状和进展，并介绍了拉伸吹塑过程优化的现状，有一定的指导意义。
PET的注射拉伸吹塑成型是一个很复杂的过程。目前，国内外专家运用不少方法对此进行了模拟研究，并用于指导生产，从而增加成型瓶的性能。为了能更好的对PET饮料瓶的拉伸吹塑成型过程进行有限元仿真，本文首先对PET材料的性质、性能等作了介绍，并阐述了拉伸吹塑成型工艺及原理；随后给出了PET粘弹性模型，建立了拉伸杆、瓶坯和模具的整体有限元模型，详细介绍了边界条件、工艺条件以及时间参数设置过程和求解方法；最后，对工艺条件和瓶坯结构提供了优化原理及优化过程，得出最优组合。文中还建立了较为完善的数据库，并说明了访问数据库的方法。
论文所研究的问题主要采用了基于有限元软件POLYFLOW来进行建模与分析，对拉伸杆、瓶坯和模具的有限元模型的建立是问题研究的基础，文中对PET粘弹性模型的分析是为了对POLYFLOW软件中的松弛时间谱提供参数来源。有关的边界条件、工艺条件参数和计算时间参数的设置都很复杂，因此在设置之前需对其所表达的涵义和使用说明有详细的分析。
论文的主体研究工作是：首先，建立了模具、瓶坯和拉伸杆整体的三维CAD模型，并在GAMBIT中创建仿真的有限元模型，详细描述了POLYFLOW中仿真的步骤，条件的设置。然后，对设置完的模型进行求解得到厚度分布图，分析拉伸吹塑过程中的工艺条件和瓶坯结构对成型瓶厚度分布的影响。以上所叙述中，难点在于工艺条件如何设置，主要用到参数渐进的概念，文中都详细说明了设置方法。对于分析工艺条件和瓶坯结构对成型瓶的影响方面，只是定性的分析；其次，完成仿真过程并分析计算结果之后，就是本课题的第二个问题，工艺条件和瓶坯的优化。根据影响条件的研究，对成型过程和瓶坯结构进行优化，采用正交试验设计法分析各影响因素中的主要影响因素和次要影响因素，文中结合仿真结果所得到的厚度分布，，并对其进行优化，得出了较优组合。对于瓶坯的优化，通过一组数据，仿真得到厚度分布结果，只需保证成型瓶的厚度在优质范围内，尽可能的减小瓶坯的的初始厚度，达到瓶坯用料的优化，从而降低使用成本，这是优化的目的；最后所讲述的数据库的建立则是针对仿真过程中的大量数据不便管理。数据库的应用如今在各领域显而易见，它的作用不言而喻，不但便于数据的管理，同时可以作为一个PDM平台的子模块而被统一管理。
本文还可以从其他方面进行改善：本文是在等温条件下进行的，并没有考虑温度的变化对结果的影响，但实际生产中，瓶坯的各部分温度是不同的，因此所测量的弹性模量和本
文所测量的也会不一样，从而松弛时间谱也就不同，肯定会导致结果的不同。另外，冷却固化是始终贯穿在整个成型过程的，在成型过程中，会存在瓶坯与模具之间的传热问题，其中涉及到比热容、传热系数等物理参数。因此有必要对非等温情况下的成型过程进行仿真；本文选用的PET饮料瓶瓶底特征较为简单，而实际中会存在许多复杂特征面的饮料瓶，如爪型、内凹形瓶底；分析工艺条件对结果的影响时，只是定性的比较不同数值的影响，然后与实际值对比，但并没有在实际生产中设置对应的数值进行实验。
