结构设计教学

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五篇 玻璃陶瓷容器结构设计与制造,1,第一章 玻璃陶瓷包装结构概述,陶瓷的发展,1、,夏、商、周朝、秦汉时期的,陶,瓷文化,夏、 商、周朝主要以陶片、陶罐等盛物器皿为主，但也逐渐发展为日用品类、建筑类、殉葬类、祭祀礼器类。,秦汉时期的陶瓷文化进入一个迅速发展的时期，秦汉的建筑多采用木料来架构，不易久存。主要代表有：,瓦当、汉砖、兵马俑、铅釉陶,东汉的中後期就有了青瓷,2,第一章 玻璃陶瓷包装结构概述,2、,隋唐朝时期的陶,瓷,文化,越窑（浙江省绍兴，青瓷：明彻如冰，晶莹温润如玉，色泽是青中带绿与茶青色相近）,邢窑（河北省邢台，白瓷：土质细润，器壁坚而薄，器型稳厚、线条流畅 ）,西窑（长安）、东窑（洛阳）：唐三彩,3、五代十国时期的陶瓷文化,官窑、哥窑、弟窑,3,第一章 玻璃陶瓷包装结构概述,4、元朝时期陶瓷文化日渐衰落,5、明朝时期陶瓷文化使我国的陶艺发展到了明代又进入一个新的旅程,明代以前的瓷器以青瓷为主，而明代之後以白瓷为主特别是青花、五彩成明代白瓷的主要产品,景德镇更成为主要的窑厂，规模最大，一直延续明清两代五、六百年而不衰清朝时期陶瓷文化,6、清朝中国瓷器可谓登峰造极,粉彩、珐琅彩、紫砂、山东博山的黑瓷,4,1.1,玻璃陶瓷容器分类一、陶瓷容器,1、陶瓷包装材料的概念,以粘土、长石、石英等天然矿物为主要原料，经粉碎混合塑化，按用途成型，并经装饰、涂釉，然后在高温下烧制成的制品。是一种多晶、多相的硅酸盐材料。,5,1.1,玻璃陶瓷容器分类一、陶瓷容器,2、包装陶瓷种类,陶瓷制品按用途分：工业、艺术、,日用,粗陶器,精陶器,炻器,瓷器,包装陶瓷容器按原材料及材料的致密度,缸,坛及罐,瓶,包装陶瓷容器按结构特征,6,1.1,玻璃陶瓷容器分类二、玻璃容器,玻璃：由硅酸盐熔体过冷而成固体状态的无定形物体。,常用：钠钙玻璃、硼硅酸盐、石英、铅,模制瓶,管制,玻璃容器按制造方法,无色透明,琥珀色,绿色,蓝色,黑色,色泽,圆形,异形,瓶身结构,7,1.1,玻璃陶瓷容器分类二、玻璃容器,玻璃：由硅酸盐熔体过冷而成固体状态的无定形物体。,常用：钠钙玻璃、硼硅酸盐、石英、铅,大口,小口,瓶口大小,磨塞,普通塞,螺旋盖,凸耳盖,冠盖,滚压盖,瓶口形式,食品,饮料,酒,药,试剂,用途,8,1.2,玻璃陶瓷容器的造型特点和制造工艺一、造型概念,概念：从美学的角度出发，按照包装的各种要求，采用相应的包装材料制作的，具有一定的空间形式、具有一定的实用价值和审美价值的包装形体。,实用性,艺术性,经济性,创造性,9,1.2,玻璃陶瓷容器的造型特点和制造工艺二、造型特点,主要部分轮廓线条流畅,结构造型多、异形造型多,抽象仿真造型多,易于表面装饰附件,易于装潢设计,10,1.2,玻璃陶瓷容器的造型特点和制造工艺三、制造工艺,玻璃：混合料的制备、熔制、成型、退火、检验、包装,成型方法：压制、压吹、吹吹,陶瓷：坯料制备、成型、干燥、施釉、装饰、烧成,11,第二章 玻璃包装容器,12,2.1 玻璃包装容器的结构设计,玻璃包装容器的优点,应用范围,种类,结构设计要素,内装物的性质与包装要求,容器造型与装潢,结构强度与制作工艺,装填、密封、运输、使用要求,13,2.1 玻璃包装容器的结构设计,结构设计原则,容器的艺术造型和结构性能、使用要求要协调。,生产过程简单易行、容器重量轻、耗料最少、制作成本最低。,考虑容器内装物的种类、装填方法、密封要求等因素，以满足包装者的需求，同时还要方便容器的放置、贮运、开启和取出内装物。, 容器使用者与设计者的协调,14,2.1 玻璃包装容器的结构设计一、玻璃包装容器的结构及特点,15,2.1 玻璃包装容器的结构设计一、玻璃包装容器的结构及特点,1、细口瓶,16,2.1 玻璃包装容器的结构设计一、玻璃包装容器的结构及特点,17,2.1 玻璃包装容器的结构设计一、玻璃包装容器的结构及特点,18,2.1 玻璃包装容器的结构设计一、玻璃包装容器的结构及特点,2、大口瓶和广口瓶,3、罐头瓶,4、日用包装瓶,5、异形瓶,19,2.1 玻璃包装容器的结构设计一、玻璃包装容器的结构及特点,6、药用安瓿瓶,7、大型瓶,20,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,1、冠形封口,21,2、螺纹封口,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,22,2、螺纹封口,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,23,2、螺纹封口,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,24,2、螺纹封口,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,25,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,3、塞封,26,4、真空密封,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,27,5、磨塞封口,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,28,6、喷洒封口,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,29,7、药用玻璃瓶封口,a 抗生素瓶封口,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,30,7、药用玻璃瓶封口,b 玻璃输液瓶封口,2.1 玻璃包装容器的结构设计二、玻璃包装容器的封口特点及瓶口结构,31,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,1、玻璃瓶的结构强度,(1)、内压强度：瓶形影响最大,根据薄壁圆筒的内压强度理论，密封容器内压力主要产生环状应力和轴向应力。,环状应力：SdP/2t,轴向应力只有环状应力的一半,32,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,(2)、热冲击强度,玻璃瓶的热冲击应力是由于瓶子在使用过程中的温度迅速变化引起的。,热冲击强度是指玻璃瓶耐骤冷骤热性能的指标。,圆形瓶的热应力：,受热产生压应力，受冷产生拉应力,33,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,(3)、机械冲击强度,34,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,35,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,(4)、垂直载荷强度：平行于瓶子轴向的应力,产生于堆码过程中或瓶子加盖封闭的过程中，在垂直载荷作用下，这些应力将在瓶形轴向变形处，如瓶肩和瓶底边区域，产生张应力分力。,分力的大小与其形状变化率(曲率)有关，曲率半径越小，产生的分力就越大，瓶子的垂直载荷强度就越小,36,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,(4)、垂直载荷强度,37,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,(5)、水冲击强度,内装液体产品的瓶子在突然跌落后，在跌落结束的瞬间瓶底遭受内装产品的冲击压力,38,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,(6)、倒转强度,39,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,2、结构强度分析,形状强度,球形，强度,形状复杂 ，强度,平滑面的强度曲折变化的强度,曲率半径 ，强度,40,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,2、结构强度分析,(1)、瓶身形状与强度,圆柱体时，应力一致,内压力张应力,外压力压应力,41,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,2、结构强度分析,(2)、瓶肩形状与强度,42,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,2、结构强度分析,(3)、瓶身下部、瓶底形状与强度,43,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,2、结构强度分析,(4)、瓶子的表面状态与强度,(5)、瓶子的壁厚与强度,壁厚 时，内压强度,热冲击强度,垂直载荷强度,机械冲击强度,44,2.1 玻璃包装容器的结构设计三、强度分析,2、结构强度分析,(6)、瓶子的使用年限与强度,45,1、形状设计考虑的因素,(1)、基本形状,所盛装内容物的品种和数量,行业间的标准,制造厂现有的瓶子结构,根据用户要求,(2)、结构形状,结构强度：横截面形状、瓶肩结构形状、底部结构,(3)、瓶罐的使用性能、稳固性、成型加工性和制造条件,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,46,1、形状设计考虑的因素,形状设计注意事项：,(1)、壁厚要均匀,(2)、棱角设计成圆弧形,(3)、提高强度：加强面表面起棱,(4)、防止翘曲：起棱、设计沟纹、采用波纹面,(5)、为标签、商标留加贴位置,(6)、便于成型和脱模,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,47,1、形状设计考虑的因素,形状设计注意事项：,(7)、采用瓶罐规格系列推荐值,(8)、瓶底一般为内凹,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,一般酒瓶,啤酒瓶,碳酸饮料瓶,药用玻璃瓶,罐头瓶,非标准瓶,48,2、壁厚设计,设计壁厚,瓶罐尺寸,重量,成型厚度,玻璃液料温度,成型模的温度,成分,成型的重量,料流的距离和时间,精确控制,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,49,3、瓶容设计,考虑因素,内装物的性质,封口形式,标定容量,预留容量,装填后的热处理温度,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,50,3、瓶容设计,T,变化时，V,t,=V+,V,Vt:受热后内装物的体积；,V :受热后内装物容积的净增量,V(T-T,0,),V,：体积膨胀系数,V,t,=,V,1+(T-20),V,0,=V,t,+V,k,+V,s,瓶全容,空气容积,瓶塞用容积,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,51,4、瓶重设计,（1）绘制瓶形,（2）分割瓶身,（3）计算各段体积,（4）计算瓶重,G=(V,W,-V,0,)g,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,52,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,53,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,高：h,平均内半径：r(A+a)/4,平均外半径：R (B+b)/4,内积：V,内, r,2,h,外积： V,外, R,2,h,瓶体积：V,瓶,V,外,V,内,54,5、公差设计,6、材质和颜色的选择,材料的选择根据内装物的性质和包装要求,颜色通过着色剂来调节：,红：氧化铜、氧化亚铜、硫化镉,黄：氧化铁、氧化锑、银、硫,绿：氧化铬、氧化亚铁、氧化钒,作用：,无色玻璃使消费者能清楚地看到瓶罐内的产品,如要防紫外线照射，需选择琥珀色、茶色、绿色,蓝色和乳白色玻璃的装饰效果较好,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,55,7、玻璃容器的技术要求,(1)、理化性能要求,a 真实内应力,b 耐内压力,c 抗热震性,d 耐水性能,e 抗机械冲击性能,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,56,7、玻璃容器的技术要求,(2)、外观质量检验,a 瓶口瓶颈,b 光洁度,c 结石,d 裂纹,e 气泡,f 模缝线,2.1 玻璃包装容器的结构设计四、玻璃包装容器的结构设计,57,2.2 玻璃包装容器制造工艺,所用工具和机械,人工法,半机械,机械,成型方法,压制,吹制,拉制,离心,浇注法、压延法、烧结法、焊接法,成型工艺,管制瓶,模制瓶,压制,压吹,吹吹,58,2.2 玻璃包装容器制造工艺,玻璃容器的制造过程：原料称重配料混料熔制供料成型退火后处理检验包装成品,59,2.2 玻璃包装容器制造工艺一、瓶罐玻璃的原料和配料,1、瓶罐玻璃的化学成分：钠-钙-硅,SiO,2,：玻璃的形成体,Na,2,O：促进硅砂的熔化,CaO：增进化学稳定性,氧化铝、氧化镁、氧化钡,着色剂、乳浊剂、澄清剂、助熔剂,玻璃组成设计四要素：,使用要求、制造过程、成型方法、原料选择,60,2.2 玻璃包装容器制造工艺一、瓶罐玻璃的原料和配料,2、原料及选用,原料：,主要原料,辅助原料,选用原则：,化学指标,物理指标,原料标准化,来源：,矿物,化工,碎玻璃,61,2.2 玻璃包装容器制造工艺一、瓶罐玻璃的原料和配料,3、配合料制备,由原料储运、称重、混合到制备出质量合乎要求的配合料的全过程。,方法：计算机方法和手工配料,62,2.2 玻璃包装容器制造工艺,二、玻璃的熔制,玻璃的熔制是在高温加热条件下，把多种固相的配合料转变为单一的均质的符合成型要求的液相玻璃料的过程。,玻璃的熔制：硅酸盐的形成、玻璃形成、澄清、均化、冷却,水分和气态物质逸出，盐类分解，形成硅酸盐和二氧化硅组成的不透明体800900,不透明体转变为透明体12001250,粘度降低14001600,化学成分均匀，温度稍低,温度降到成型所要求的粘度,11001200,63,2.2 玻璃包装容器制造工艺三、瓶罐玻璃的成型,成型是将一定粘度的玻璃液料制成一定形状的瓶罐或制品的过程。玻璃瓶罐绝大多数的成型方法是借助模具进行的。,1、成型工艺的技术要点,成型：形成具有制品所需的外形,定形：将已成型的制品外形予以固定,64,2.2 玻璃包装容器制造工艺三、瓶罐玻璃的成型,A 粘度与温度的关系,粘度-温度曲线斜率（,/)大的玻璃，称为短性玻璃；斜率小的称为长性玻璃。,65,2.2 玻璃包装容器制造工艺三、瓶罐玻璃的成型,B 热传递和重热现象,在成型过程中玻璃的热量要传递到冷却介质中去。,由于一般玻璃的热容小于金属模具的热容，所以与模腔接触的玻璃表面温度降低很大，而模腔温度升高较小。,重热：已冷却的玻璃表面重新加热的现象。,在成型过程中，重热是反复发生的。,66,2.2 玻璃包装容器制造工艺三、瓶罐玻璃的成型,C 成型制度（原则）,成型制度是指在成型各阶段的粘度-时间或温度-时间制度。成型制度应使玻璃瓶罐在成型过程中，各主要工序和持续时间同玻璃的粘度特性和热性质协调一致，以利成型操作。,67,2.2 玻璃包装容器制造工艺三、瓶罐玻璃的成型,2、瓶罐的成型方法,人工法,半机械,机械,所用工具和机械,压吹,吹吹,成型工艺,68,2.2 玻璃包装容器制造工艺三、瓶罐玻璃的成型,3、供料,真空吸料,料滴供料,供料方式,料道,供料机,导料器,料盆,冲头,料碗,剪刀,69,2.2 玻璃包装容器制造工艺三、瓶罐玻璃的成型,4、成型,70,2.2 玻璃包装容器制造工艺三、瓶罐玻璃的成型,4、成型,71,2.2 玻璃包装容器制造工艺,四、玻璃瓶罐的退火或其它加工处理,1、退火,目的：使瓶罐的热应力消除或减少到允许值,过程：将制品加热保温(退火温度)慢冷快冷,退火温度：玻璃的结构基团能够位移，导致应力松弛，但没有结构变形的温度,72,2.2 玻璃包装容器制造工艺,四、玻璃瓶罐的退火或其它加工处理,1、退火,73,2.2 玻璃包装容器制造工艺,四、玻璃瓶罐的退火或其它加工处理,1、退火, 加热阶段, 保温阶段,T=T,0,-(60+67loga),t=102a,2, 慢冷阶段, 快冷阶段,74,2.2 玻璃包装容器制造工艺,四、玻璃瓶罐的退火或其它加工处理,2、玻璃瓶罐的加工,冷加工,热加工,强化,表面处理,75,