CN212684676U - 一种异形截面瓶坯结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种异形截面瓶坯结构，异形截面瓶坯结构的坯身包括环形截面段、截面变化段、异形截面段，异形截面段具有异形截面，异形截面的内闭合线与外闭合线之间的最短距离为瓶坯结构的壁厚，外闭合线为折线形，与异形截面瓶坯结构的长度相等、克重相等的环形截面瓶坯结构相比，其中，环形截面瓶坯结构具有圆环形截面，异形截面瓶坯结构的吹瓶拉伸比保持与环形截面瓶坯结构的吹瓶拉伸比相等的前提下，异形截面的周长大于圆环形截面的周长，且异形截面瓶坯结构的壁厚小于环形截面瓶坯结构的壁厚。该异形截面瓶坯结构能有效缩短瓶坯注塑成型的冷却时间，以及吹瓶前的预加温时间，从而缩短了瓶子的整个加工周期，提高了生产效率。

Description

一种异形截面瓶坯结构

技术领域

本实用新型涉及瓶坯技术领域，尤其涉及一种异形截面瓶坯结构。

背景技术

由于注塑成型具有高效性和可制造性的特点，注塑成型已成为制造塑料产品最常用的方法，在塑料加工行业中具有十分重要的地位。冷却是注塑工艺中最重要的阶段，对产品的质量和生产效率具有较大的影响，冷却时间约占整个注塑成型时间的2/3，可见，冷却时间是影响产品形成周期及能量消耗的关键。目前国内外对加快成型件的冷却技术的研究主要集中在加快模具散热部分，然而，由于瓶坯材料导热系数极小，在冷却过程中，本身热阻远大于冷却系统和模具的热阻，因此，瓶坯本身热阻才是影响冷却效率的主要因素，而现有技术中通过提高冷却水的换热系数和模具材料导热系数实质上对冷却时间的降低影响有限。

实用新型内容

为解决现有技术存在的不足，本实用新型提出一种异形截面瓶坯结构，其从瓶坯出发，对瓶坯结构进行新设计，通过改变瓶坯结构形状来加快注塑成型的冷却时间。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种异形截面瓶坯结构，包括瓶口、坯身、坯底，坯身包括环形截面段、截面变化段、异形截面段，环形截面段与瓶口连接，异形截面段与坯底连接，截面变化段为环形截面段与异形截面段之间的过渡段，

异形截面段具有异形截面，异形截面由内闭合线和外闭合线构成，内闭合线与外闭合线之间的最短距离为瓶坯结构的壁厚，外闭合线为折线形，包括若干波峰和波谷，

与异形截面瓶坯结构的长度相等、克重相等的环形截面瓶坯结构相比，其中，环形截面瓶坯结构具有圆环形截面，异形截面瓶坯结构的吹瓶拉伸比保持与环形截面瓶坯结构的吹瓶拉伸比相等的前提下，异形截面的周长大于圆环形截面的周长，且异形截面瓶坯结构的壁厚小于环形截面瓶坯结构的壁厚。

本实用新型对现有技术中常规的环形截面瓶坯结构进行改进，改进的同时保持瓶坯的长度和克重不变，将环形截面瓶坯结构改为异形截面瓶坯结构，该异形截面瓶坯结构的异形截面相比于环形截面瓶坯结构的圆环形截面，其截面面积相同，截面周长增加，瓶坯壁厚减小，这样的特征使得本实用新型的异形截面瓶坯结构具有如下有益效果：

(1)由于截面周长增加，那么瓶坯与吹制模具的接触面积增大，从而缩短了瓶坯注塑成型的冷却时间，也缩短了整个注塑周期，提高了瓶坯的生产效率；

(2)由于瓶坯的壁厚减小，瓶坯的导热性变得更好，瓶坯在吹塑前的预加温将更加均匀，且加温时间缩短，从而减少了预加温过程中的能耗；

(3)本实用新型将环形截面瓶坯结构改为异形截面瓶坯结构，但瓶坯的拉伸比保持不变，因此瓶坯的吹塑性能并未发生改变，不影响吹塑形成的瓶子质量。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步描写和阐述。

图1a是现有技术中瓶坯的示意图。

图1b是图1a中A-A的剖面图。

图2是本实用新型的异形截面瓶坯结构的示意图。

图3a是实施例1的异形截面瓶坯结构的异形截面段的剖面图。

图3b是图3a中异形截面段的建模示意图。

图4a是实施例2中的异形截面瓶坯结构的异形截面段的剖面图。

图4b是图4a中异形截面段的建模示意图。

图5a是实施例3中的异形截面瓶坯结构的异形截面段的剖面图。

图5b是图5a中异形截面段的建模示意图。

图5c是图5b局部放大图。

图6a是实施例4中的异形截面瓶坯结构的异形截面段的剖面图。

图6b是图6a中异形截面段的建模示意图。

图7是现有技术的瓶坯和本实用新型的瓶坯在注塑成型试验中的冷却温度数据图。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本实用新型的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本实用新型的技术方案。

如图1a和1b所示的现有技术，为一种常规瓶坯结构，该常规瓶坯结构10’包括瓶口1’、坯身2’、坯底3’，坯身2’位于瓶口1’、和坯底3’之间。坯身2’为中空的圆柱形形状，如图1b所示，坯身2’的截面为圆环形，圆环形截面的外径为m，内径为n，则坯身2’的壁厚t’＝m-n，圆环形截面的面积为：

为缩短塑料瓶注塑成型的冷却时间，本实用新型对瓶坯结构的形状进行研究和设计。

如图2所示，本实用新型的异形截面瓶坯结构20包括瓶口1、坯身2、坯底3，坯身2位于瓶口1和坯底3之间。具体地，坯身2包括环形截面段21、截面变化段22、异形截面段23。其中，环形截面段23与瓶口1连接，其具有圆环形的截面形状；异形截面段23与坯底3连接，其具有异形的截面形状，这里的“异形”是相对于圆环形而言，异形截面形状即不同于圆环形截面形状的截面形状；截面变化段22为环形截面段21与异形截面段23之间的过渡段,该过渡段从圆形渐变成异形轮廓。

坯底3包括圆弧变化段31和球面段32，圆弧变化段31与异形截面段23连接，其从异形轮廓渐变为圆形轮廓，并与球面段32圆弧过渡连接。球面段32的最大直径 d不小于φ8。

本实用新型缩短注塑成型冷却时间的原理是：在不改变现有的常规瓶坯克重的前提下，通过改变瓶坯的截面形状，增加瓶坯结构的截面周长，减小瓶坯的壁厚，从而实质上增加瓶坯与吹瓶模具的接触面积，以达到缩短冷却时间，继而缩短注塑周期乃至整个生产周期、降低能耗、提高生产效率的有益效果。

基于上述原理，本实用新型提出了异形截面瓶坯结构的几种实施例，下面对各实施例进行详细描述。

实施例1

如图3a和3b所示，在该实施例中，异形截面段23的截面形状由外闭合线210a 和内闭合线220a构成，外闭合线210a和内闭合线220a均为折线形，且包括若干根折线，外闭合线210a和内闭合线220a的折线相互平行。由折线组成的外闭合线210a 和内闭合线220a包括若干个波峰211a、221a和波谷212a、222a。

为保证异形截面瓶坯结构的拉伸比与图1a和1b所示的圆环形截面瓶坯结构相等，须使得外闭合线210a和内闭合线220a分别位于圆环形截面的外环和内环附近，优选地，外折线(即外闭合线210a)和内折线(即内闭合线220a)分别在环形截面的外圆环和内圆环上延伸，并且由折线形的外闭合线210a和内闭合线220a所构成的截面(下称“内外折线形截面”)面积与圆环形截面面积S_环相等。已知圆环形截面的外径m和内径n，预设波峰个数和α角，即可得到经过外闭合线210a的所有波峰211a顶点的圆的直径D₁，从而建立内外折线形截面的模型。

内外折线形截面的模型建立过程如下：

作BE⊥AD，DF⊥BC，BG||CD，则BE＝DF＝t，t表示210a和内闭合线220a之间的最短距离，即异形截面段23的壁厚。

令∠ODA＝β，∠OAD＝α，于是

又

其中，

β＝π-(θ+α) (2-4)

于是，

BM＝BCcosα (2-8)

AM＝AB+BM (2-9)

于是，

则四边形

的面积为

四边形

的面积需要与相对应同心角θ的环形面积S_环θ相等，环形面积S_环θ为：

令

化简得

为保证拉伸比，令

联立2-13和2-14两式，令

解得

至此，获得内外折线形截面的模型。

实施例2

如图4a和4b所示，在该实施例中，异形截面段23的截面形状由外闭合线210b 和内闭合线220b构成，外闭合线210b和内闭合线220b均为波纹形，由波纹线组成的外闭合线210b和内闭合线220b包括若干个波峰211b、221b和波谷212b、222b。

该实施例中的波纹形实质是由多个圆弧段组成，圆弧段对应的夹角决定了波纹的数量，圆弧的圆心位置和直径直接影响了波纹的幅值。如图4b所示，下面以其中一段曲线为例，介绍曲线模型的生成方法。

预设D1和D2，D4和D6为控制波纹外线的圆直径，D3和D5控制波纹内线的圆直径，θ的大小由波纹个数决定。

为保证异形截面瓶坯结构的拉伸比与图1a和1b所示的圆环形截面瓶坯结构相等，须使得外闭合线210b和内闭合线220b分别位于圆环形截面的外环和内环附近，优选地，外波纹线(即外闭合线210b)和内波纹线(即内闭合线220b)分别在环形截面的外圆环和内圆环上延伸，并且由波纹形的外闭合线210b和内闭合线220b所构成的截面(下称“内外波纹形截面”)面积与圆环形截面面积S_环相等，给出波峰个数x、D₁、D₂，D₃、D₄中的三个值即可得到唯一的波纹截面。内外波纹形截面的模型建立过程如下:

外波纹左右两端半径：

外波纹顶端半径：

令

其中，m、n分别为环形截面瓶坯结构的环形截面的外径和内径。

圆D₄和D₅相切，半径之和等于AB:

联立式2-26～2-29解得

波纹形截面面积为：

波纹截面与圆环截面面积相同：

S_波＝S_环θ (2-33)

圆D₃和D₆相切，半径之和等于AB:

联立2-20、2-32～2-34有

令

则有

D₃＝2AB-D₆ (2-39)

波纹厚度为：

至此，获得内外波纹形截面的模型。

实施例3

如图5a至图5c所示，在该实施例中，异形截面段23的截面形状由外闭合线210c 和内闭合线220c构成，外闭合线210c为折线形，内闭合线220c为波纹形。由折线组成的外闭合线210c和内闭合线220c包括若干个波峰211c、221c和波谷212c、222c。

为保证异形截面瓶坯结构的拉伸比与图1a和1b所示的圆环形截面瓶坯结构相等，须使得外闭合线210c和内闭合线220c分别位于圆环形截面的外环和内环附近，优选地，折线(即外闭合线210c)和波纹线(即内闭合线220c)分别在环形截面的外圆环和内圆环上延伸，并且由折线形的外闭合线210c和波纹形内闭合线220c所构成的截面(下称“外折内波纹形截面”)面积与圆环形截面面积相等。

D1为实施例2中内外波纹形截面时的预设值，D3和D6为波纹形截面中控制外波纹的圆的直径，θ角的大小由波峰个数决定，γ为外折线与波峰波谷连线的夹角。只需确定波峰个数、γ、D1、D2便可求d的唯一解。外折内波纹形截面的模型建立过程如下：

设AO₃＝d，m、n分别为环形的外径和内径。取θ角内的环形的面积为

由波纹形的推导公式中可知，

又

∠AO₃E＝θ+α (2-46)

∠AEO₃＝180-θ-α-γ (2-47)

则

sin∠AEO₃＝sin(θ+α+γ) (2-48)

于是

又

sin∠BEO₂＝sin∠AEO₃＝sin(θ+α+γ)，

sin∠O₂BE＝sin(θ+γ)，

于是

令四边形ABCD的面积与同心角θ的环形面积S_环θ相等，AB在原来环形的外线周围波动，则有

S_△AEo3-S_扇Do3G+S_扇CO2G-S_△BO2E＝S_环θ (2-57)

移项，有

S_△AEO3-S_△BO2E＝S_环θ+S_扇DO3G-S_扇CO2G

令

S_环θ+S_扇DO3G-S_扇CO2G＝K

则有

S_△AEO3-S_△Bo2E＝K (2-58)

令

解得

至此，获得外折内波纹形截面的模型。

实施例4

如图6a和6b所示，在该实施例中，异形截面段23的截面形状由外闭合线210d 和内闭合线220d构成，外闭合线210d为折线形，内闭合线220d为圆形。由折线组成的外闭合线210d包括若干个波峰211d和波谷212d。

为保证异形截面瓶坯结构的拉伸比与图1a和1b所示的圆环形截面瓶坯结构相等，须使得外闭合线210d和内闭合线220d分别位于圆环形截面的外环和内环附近，优选地，折线(即外闭合线210d)在环形截面的外圆环上延伸，并且由折线形的外闭合线 210d和圆形内闭合线220d所构成的截面(下称“外折内圆形截面”)面积与圆环形截面面积相等。已知圆环形截面的外径m和内径n，θ的大小由波纹个数决定，在满足上述两个条件的情况下，给出波峰个数x和α即可获得外折内圆形截面的模型，模型建立过程如下：

同心角θ所对应的环形截面瓶坯的截面面积

令

解得

其中，

至此，获得外折内圆形截面的模型。

本实用新型通过对现有的常规环形截面瓶坯结构进行改进，在不改变瓶坯克重的前提下，将环形截面瓶坯结构的圆环形截面改为异形截面，从而增加瓶坯结构的截面周长，实质上增加了瓶坯与吹瓶模具的接触面积，因而能够有效缩短瓶坯注塑成型的冷却时间；并且，异形截面瓶坯的壁厚相比于常规环形截面瓶坯得到减小，使得异形截面瓶坯具有更好的导热性，那么在将此瓶坯吹制瓶子时，瓶坯的预加温更加均匀，加温时间缩短，从而降低了瓶坯加温的能耗和吹瓶压力的能耗。另外，瓶坯截面形状的改变并不影响瓶坯的拉伸比，拉伸比保持与原有常规瓶坯的拉伸比不变，这就使得瓶子的吹塑性保持不变，通过吹塑能形成同样质量要求的瓶子。

以下为本实用新型的异形截面瓶坯结构与现有的常规环形截面瓶坯结构在瓶坯注塑成型和吹塑工艺中的对比测试试验。

注塑成型的测试环境：

注塑成型的冷却效果：

本次试验共对22组瓶坯进行温度测量，在上述的测试环境下，结果如图7所示，常规瓶坯在冷却后的平均最高温度为80.2℃，去除异常点后，内外折线形截面瓶坯(简称“内外折线形瓶坯”)在冷却后的最高平均温度为67.78℃，外折内圆形截面瓶坯(简称“外折内圆形瓶坯”)在冷却后的最高平均温度为62.175℃。

根据测试的红外云图，可知内外折线形瓶坯和外折内圆形瓶坯的温度最高的位置在瓶坯的坯身部分，这两种异形结构的瓶坯冷却效率都比常规22.28g瓶坯的好，冷却效率较常规瓶坯提高15.49％以上。

根据以上注塑成型工艺的试验结果，可以得出：在相同的冷却环境下，本实用新型的异形截面瓶坯与现有的环形截面瓶坯相比，温度下降更多，那么所需要的冷却时间更短，冷却效率更高。

吹塑试验：

对常规环形截面瓶坯、内外折线形瓶坯、外折内圆形瓶坯进行吹塑试验，并对瓶坯进行加热分析和比对。

在相同的加温条件下，对上述三种瓶坯加温103s时，测得三种瓶坯的温度。根据测试的红外云图可以看出，外折内圆形瓶坯温度为109.5℃，内外折线形瓶坯为 104.8℃，而常规环形截面瓶坯的温度最低，为100.3℃。因此，在相同的加温条件下，本实用新型的异形截面瓶坯与现有的环形截面瓶坯相比，温度上升更高，更容易被加热，加热时间缩短，有效地节省了在加热过程中的能耗。

吹塑效果及降压试验：

对于常规的环形截面瓶坯，通常吹塑压力需要达到32Mpa以上才能满足吹瓶质量要求，而本实用新型的异形截面瓶坯在吹塑压力为30Mpa时，就能满足吹瓶质量要求。在同等加温条件下，降低吹塑压力，观察PET的效果，并以5分满分来评价，评价结果如下：

根据上述降压试验，可以得出，本实用新型的异形截面瓶坯与现有的环形截面瓶坯相比，所需的吹塑压力较低，并且能满足吹塑质量要求，因此节省了在吹塑工艺中的能耗。

综上所述，本实用新型的异形截面瓶坯与现有技术相比，更加容易冷却，更加容易受热，且受热均匀性较好，该异形截面瓶坯从瓶坯注塑成型，到预加温，再到吹塑工艺，在每一个工序中的效率均得到明显提高，对于整个塑料瓶的生产加工而言，所需的加工周期得到显著缩短，生产效率大幅提高。

上述具体实施方式仅仅对本实用新型的优选实施方式进行描述，而并非对本实用新型的保护范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本实用新型所提供的文字描述、附图对本实用新型的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本实用新型的保护范畴。本实用新型的保护范围由权利要求确定。

Claims (5)

1.一种异形截面瓶坯结构，包括瓶口、坯身、坯底，其特征在于：

所述坯身包括环形截面段、截面变化段、异形截面段，所述环形截面段与所述瓶口连接，所述异形截面段与所述坯底连接，所述截面变化段为所述环形截面段与所述异形截面段之间的过渡段，

所述异形截面段具有异形截面，所述异形截面由内闭合线和外闭合线构成，所述内闭合线与所述外闭合线之间的最短距离为所述瓶坯结构的壁厚，所述外闭合线为折线形，包括若干波峰和波谷，

与所述异形截面瓶坯结构的长度相等、克重相等的环形截面瓶坯结构相比，其中，所述环形截面瓶坯结构具有圆环形截面，所述异形截面瓶坯结构的吹瓶拉伸比保持与所述环形截面瓶坯结构的吹瓶拉伸比相等的前提下，所述异形截面的周长大于所述圆环形截面的周长，且所述异形截面瓶坯结构的壁厚小于所述环形截面瓶坯结构的壁厚。

2.如权利要求1所述的异形截面瓶坯结构，其特征在于，所述异形截面瓶坯结构的异形截面的面积与所述环形截面瓶坯结构的环形截面的面积相等，构成所述闭合线的折线分布在所述圆环形截面的外圆环上。

3.如权利要求2所述的异形截面瓶坯结构，其特征在于，所述异形截面的内闭合线为圆形、波纹形或折线形。

4.如权利要求3所述的异形截面瓶坯结构，其特征在于，构成所述外闭合线的折线与构成所述内闭合线的折线相平行。

5.如权利要求1所述的异形截面瓶坯结构，其特征在于，所述坯底包括圆弧变化段和球面段，所述圆弧变化段与所述异形截面段连接。

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