吹塑容器開發(fā)過程中的設(shè)計細節(jié)研究

趙 雅,韓春明

（1.安徽新華學(xué)院，土木與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥230088；2.合肥工業(yè)大學(xué)，建筑與藝術(shù)學(xué)院，安徽合肥230009）

吹塑容器開發(fā)過程中的設(shè)計細節(jié)研究

趙 雅1，2,韓春明2

（1.安徽新華學(xué)院，土木與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥230088；2.合肥工業(yè)大學(xué)，建筑與藝術(shù)學(xué)院，安徽合肥230009）

為提高吹塑瓶型的可實現(xiàn)性及生產(chǎn)適應(yīng)性。利用軟件模擬保證瓶型的壁厚分布、抗壓性等基本設(shè)計要求，規(guī)范瓶口與瓶肩的間隙、瓶身的曲面要求、瓶底的過渡連接、把手的設(shè)計尺寸、瓶子高度等方面的細節(jié)設(shè)計。進而呼吁每類產(chǎn)品造型設(shè)計應(yīng)深度考慮開發(fā)每個環(huán)節(jié)，關(guān)注行業(yè)特征，與產(chǎn)品開發(fā)真正相融合。

工業(yè)設(shè)計；開發(fā)過程；吹塑容器；設(shè)計細節(jié)

日用洗化行業(yè)競爭激烈，企業(yè)會根據(jù)市場反饋及時更新洗化配方和香型，因此盛裝內(nèi)容物的容器基本處于3年一小變5年一大變的生命周期中。瓶型開發(fā)中涉及市場預(yù)測、設(shè)計方案、吹塑生產(chǎn)、貼標(biāo)、灌裝、物流運輸、商超展示等眾多環(huán)節(jié)。要設(shè)計一款功能與外觀并存的瓶型確有挑戰(zhàn)性，需將機械的專業(yè)技術(shù)和工藝流程的專業(yè)知識與瓶子的創(chuàng)造性理念相嫁接[1]，預(yù)測、評判每個環(huán)節(jié)中對瓶型的影響，加強造型細節(jié)設(shè)計，才能保證容器項目的順利開發(fā)。

一、吹塑容器開發(fā)全過程

吹塑瓶型開發(fā)首先根據(jù)市場調(diào)研做出造型方向；然后根據(jù)定位繪制設(shè)計方案，對造型細節(jié)進行工藝合理性調(diào)整，并利用軟件模擬、經(jīng)驗分析對方案進行初評并優(yōu)化；之后做實驗?zāi)＞撸瑢Υ驑映龅膶嶒炂孔舆M行抗壓、壁厚分布、貼標(biāo)、灌裝、運輸?shù)葴y試，反饋數(shù)據(jù)并修正后期的產(chǎn)品模具；最后加工制造產(chǎn)品模具，并吹塑生產(chǎn)，對批量生產(chǎn)的瓶型進行線上的貼標(biāo)、灌裝、運輸?shù)葴y試；上市瓶型經(jīng)消費者反饋進入下一輪開發(fā)數(shù)據(jù)庫。具體步驟見圖1。在開發(fā)過程中每個環(huán)節(jié)得到的實驗和實測數(shù)據(jù)都會反饋到生產(chǎn)和設(shè)計中，去調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)或修正設(shè)計方案。

圖1 容器開發(fā)流程

二、瓶型的基本要求

瓶型設(shè)計的方案首先要保證工藝的可實現(xiàn)性，在吹塑中壁厚盡可能分布均勻，同時應(yīng)達到一定的抗壓標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)構(gòu)想與產(chǎn)品技術(shù)相統(tǒng)一。

（一）工藝可行性模擬

利用軟件對設(shè)計方案進行工藝模擬。模擬分為四步：第一步，擠出料胚；第二步，預(yù)吹；第三步，吹塑模具閉合；第四部，吹塑成型；第五部，模具保壓定型。通過模擬，能快速評估造型的可實現(xiàn)性。

（二）壁厚分布模擬

通過模擬可以得出瓶型壁厚的分布情況[2]，同時也可發(fā)現(xiàn)最小壁厚處，并分析在實際吹塑過程中是否可以通過生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整以及時糾正[3，4]。對不同瓶型的模擬中可知近圓形容器在吹塑過程中壁厚分布比較均勻，異形容器容易出現(xiàn)壁厚分布不均的問題。瓶型設(shè)計方案之初要考慮吹塑工藝的限制，避免過于另類的瓶型，導(dǎo)致壁厚分布不均使其在受力中開裂。

（三）抗壓模擬

容器在灌裝、堆垛、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)要承受加料嘴、壓蓋機構(gòu)、自身重力等各方面的垂直壓力，必須有足夠的垂直負荷強度，即一定的抗壓性。瓶型不同，其抗壓性各異。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)實驗測試可知，潔而亮500ml清潔劑抗壓強度平均為479.63N，清揚400ml洗發(fā)水抗壓強度平均為548.49 N，海飛絲400ml洗發(fā)水抗壓強度平均為271.4N。抗壓差的瓶型可以通過壁厚進行補償。但是壁厚意味著瓶子重量重。對于吹塑行業(yè)來講，克重是企業(yè)控制成本、競標(biāo)成功的有力保證，瓶型項目的利潤空間就在1g甚至0.5g的重量差別中。因此需要在經(jīng)濟型和美觀性之間做出合理取舍。

三、瓶型細節(jié)處理

瓶型除了要通過一系列模擬測試、實際測試來保證容器存儲物體、保護內(nèi)容物等基本功能外，還要有一定的設(shè)計規(guī)范和設(shè)計細節(jié)以適應(yīng)自動化的流水加工線。吹塑容器一般由瓶口及瓶肩、瓶身、瓶底、把手（取決于容器造型的有無）組成[5]。各個組成部分為配合高速生產(chǎn)線、適應(yīng)高效的行業(yè)特點，必須在各個細節(jié)上下足功夫。

（一）瓶口及瓶肩

在瓶口及瓶肩的設(shè)計中有一處0.5mm左右的設(shè)計間隙來確保容器的完全密封。容器的密封依賴瓶口與瓶蓋的配合，配合通常有兩種方式[6]。一種為螺紋配合（見圖2），形成瓶口與瓶蓋的頂密封區(qū)域。瓶蓋到位后最低處與瓶肩有0.5mm左右的間隙，保證瓶蓋能完全擰到底，頂密封區(qū)實現(xiàn)完全接觸。否則可能出現(xiàn)瓶蓋在未鎖緊之前已碰到瓶肩使其無法擰動，密封區(qū)未接觸或未完全接觸。設(shè)計間隙過大會影響造型的美觀性。另一種方式為卡扣配合（見圖3），利用塑料的彈性形成瓶口與瓶蓋之間卡扣的內(nèi)密封區(qū)。瓶蓋到位后頂內(nèi)壁與瓶口有0.5mm左右的間隙，避免卡扣沒到位瓶蓋已碰到瓶口，出現(xiàn)“假蓋”缺陷。

圖2 螺紋配合的高度設(shè)計

圖3 卡扣配合的高度設(shè)計

（二）瓶身

瓶身貼標(biāo)區(qū)的細節(jié)設(shè)計值得關(guān)注。貼標(biāo)區(qū)處應(yīng)為單向曲面，見圖4所示的造型，不能出現(xiàn)雙向曲面，否則會出現(xiàn)翹標(biāo)、褶皺標(biāo)等嚴重質(zhì)量缺陷。為預(yù)留一定的工藝偏差，瓶身貼標(biāo)區(qū)尺寸一般比實際的標(biāo)簽尺寸大3mm左右。在灌裝、運輸、堆碼等過程中，為防止運輸中標(biāo)簽出現(xiàn)劃痕，貼標(biāo)區(qū)應(yīng)等距內(nèi)陷1-1.5mm的深度。對于標(biāo)簽有特殊的光油涂覆保護或者錐度大的瓶型，標(biāo)簽不會相互摩擦的則不需要內(nèi)陷設(shè)計細節(jié)。

吹塑容器的生產(chǎn)、貼標(biāo)、灌裝等環(huán)節(jié)都離不開高速傳送帶，因此瓶身在長軸最大端面和短軸最大端面（見圖5）都有小的平整接觸面。長軸方向上的平整面是為了傳送帶上瓶與瓶間接觸的穩(wěn)定，位置一般在1/3的瓶高處，或者是重心同一高度。短軸方向上的平整面保證瓶與傳送帶導(dǎo)軌之間有穩(wěn)定的摩擦力，便于高速傳輸。

圖4 貼標(biāo)區(qū)曲面要求

圖5 長、短軸方向的平整面

（三）瓶底

瓶側(cè)壁與瓶底之間曲面的過渡對瓶子的整體抗壓強度至關(guān)重要。在連接這兩處相交曲面時，一般用兩段圓弧進行平滑過渡，避免用單一圓弧過渡。兩段圓弧的細節(jié)處理能增大瓶底接觸尺寸，提高瓶子抗壓強度，此設(shè)計方法尤其適應(yīng)于有錐度的瓶型（見圖6）。

圖6 曲面過渡區(qū)

圖7 定位槽

瓶底區(qū)域為內(nèi)凹式設(shè)計，可以起吸振作用，改善沖擊性能，提高穩(wěn)定性。凹陷的深度依容器的容量、材料的收縮進行計算補償。另瓶底外圍在短軸方向上有兩條“站立線”，保證底部的線接觸。

為確保經(jīng)高速的貼標(biāo)、灌裝、上蓋等一系列自動化工序后在商超售賣時瓶身與瓶蓋、瓶身與貼標(biāo)區(qū)方向的統(tǒng)一，前后方向一樣的裸瓶在瓶底需添加定位槽。定位槽為漸入式、扇形、對稱性設(shè)計，利于吹塑時脫模的平穩(wěn)，同時方便卡槽切入、定位，限定貼標(biāo)、灌裝等環(huán)節(jié)的方向性，保證了瓶身、瓶蓋、標(biāo)簽間相對位置的一致性（見圖7）。

（四）把手

把手處在吹塑過程中易出現(xiàn)堵料、不完形等缺陷，為工藝的可行性和穩(wěn)定的壁厚分布，把手截面橫向和縱向上需有合適的比例（見圖8）。把手截面為圓形時，截面為矩形時，同時把手橫向的X數(shù)值不能小于17mm。設(shè)計時注意把手起始至結(jié)束處的截面保持相對一致性，不能出現(xiàn)過大的變化。

圖8 把手比例

把手的設(shè)計在滿足工藝性要求的同時，還要考慮使用上的方便。依據(jù)人機工程學(xué)對容指空間進行人體生理尺度研究[7，8]，消費者操作自如的、方便不同手指使用的容指空間為寬度最小18.5mm，高度尺寸空間見圖9。在設(shè)計過程中，根據(jù)容器的滿容重量、瓶型設(shè)計、貼標(biāo)區(qū)位置等預(yù)留容指空間。

圖9 容指空間

（五）高度

吹塑模具的橫向長度對于同一個吹塑企業(yè)而言是不變的，縱向高度根據(jù)瓶型高度來調(diào)整變化。模具設(shè)計時，考慮排氣空間及切斷胚料的刃口長度[9]，故瓶型的橫向尺寸影響到模具型腔數(shù)量，進而影響到加工效率及產(chǎn)量。如對橫向長度為1230mm的模具而言，設(shè)計的方案瓶型橫向最小尺寸為210mm時，模具可以設(shè)計為5穴；瓶型橫向最小尺寸為174mm時，模具可以設(shè)計為6穴；瓶型橫向最小尺寸在210mm和174mm之間時，模具只能設(shè)計為5穴。當(dāng)瓶型橫向最小尺寸為174mm右側(cè)附近的數(shù)值時意味著在模具設(shè)計中浪費了空間，同時降低了生產(chǎn)效率。所以兼顧成本和效率，保證容量的前提下可適度調(diào)整瓶型的橫向長度和縱向高度間的比例。

商品終端展示環(huán)節(jié)對瓶型設(shè)計的高度也有一定的影響和制約。對于快速低值的洗化用品商超展示按照同類商品放在一起的基本擺放規(guī)律[10]，即多個品牌同一區(qū)域集中擺放。雖然貨架單層高度可調(diào)，但是擺放基本規(guī)律決定了洗化貨架在使用時層高基本上是固定的，因為商超人員不可能為了一款產(chǎn)品而調(diào)整層高。故瓶型設(shè)計確保終端上貨時能被正確擺放。如聯(lián)合利華旗下的多芬400ml洗發(fā)水由于沒法擺放不得不重新定制新模具，把高度從原來232.8mm降到215mm。

四、結(jié)論

吹塑瓶型的開發(fā)是融合市場、工藝、物流、包材、美學(xué)、銷售、經(jīng)濟等方面的綜合知識，需要層層剝離開發(fā)的每個環(huán)節(jié)，對約束限定因素從容器的各個組成部分做出積極回應(yīng)，檢查并修正設(shè)計細節(jié)使瓶型滿足吹塑工藝、高速自動化生產(chǎn)等要求。進而每類產(chǎn)品加工工藝不同，生產(chǎn)線要求各異，企業(yè)的工業(yè)設(shè)計必須以整體設(shè)備的思維方式將造型處理涵蓋于完整的開發(fā)環(huán)節(jié)，挖掘行業(yè)開發(fā)特征，才能真正與產(chǎn)品開發(fā)相融合。

[1]Alexander Schau.完美PET瓶子的設(shè)計與生產(chǎn)[J].中國包裝工業(yè),2011（5)：76-77.

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Study on Design Details of Blow-Molding Container in the Whole Development Process

ZHAO Ya1，2，HAN Chunming2
（1．School of Civil and Environmental Engineering，Anhui Xinhua University，Hefei Anhui 230088；2．School of Architecture and Art，HeFei University of Technology，Hefei Anhui 230009)

To make sure that Blow-Molding Container can be launched smoothly in the packing industry. It’s quite necessary to evaluate the production feasibility and conduct the simulation via software on the wall thickness distribution、compressive strength and other functional items. It’s better to follow the design guideline and finalize the details like the neck design gap between bottle and cap、curvature of labeling panel、design of container’s basement、handle’s key dimension、total height. These design details will definitely affect the filling、transport、shelf-behave and final using at consumer side. In order to really integrate product development，each part of development and industry characteristics should be considered in each type of product design.

Industrial design; development process；blow-molding container；design details

TS

A

2095-7327（2016）-03-0044-04

趙雅（1982-），女，河南南陽人，安徽新華學(xué)院講師，碩士，研究方向為產(chǎn)品形態(tài)。

安徽省高校人文社科重點研究項目（XK2015A669）；安徽省高校人文社科重點研究項目（XK2015A265）。

馮惟榘