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1、浙江大学化学工程与生物工程学系硕士学位论文PET饮料瓶成型过程仿真及系统开发姓名：张召翠申请学位级别：硕士专业：化工过程机械指导教师：郑水英20100127浙江大学硕士学位论文摘 要注射拉伸吹塑是仅次于注射成型和挤出成型的第三大塑料成型方法，广泛的应用于PET饮料瓶的成型过程。其成型过程及其复杂，极大的影响吹塑成型瓶的机械性能及生产成本。因此，国内外学者一直通过各种方法来研究PET饮料瓶的成型过程，力图对拉伸吹塑阶段和冷却固化阶段进行完善的分析，并根据仿真结果对该过程进行优化。本论文首先对所使用的材料PET进行了介绍，并说明了拉伸吹塑的原理。给出了拉伸吹塑阶段和冷却固化阶段的控制方程和粘度模型
2、，详细介绍了建立包括模具、拉伸杆和瓶坯的有限元模型的过程，以及求解拉伸吹塑问题的数学模型的方法。使用POLYFLOW软件对PET瓶成型过程中的拉伸吹塑阶段和冷却固化阶段进行了仿真，分析了工艺条件、瓶坯结构类型、网格密度等对成型瓶厚度分布的影响。本文对冷却的分析从拉伸过程开始，能更真实的反映冷却过程中成型瓶的温度变化情况，并分析了瓶坯初始温度分布对成型瓶厚度的影响。对比了正锥形瓶坯和倒锥形瓶坯成型过程中的变形和对成型瓶厚度的影响。从理论和仿真的角度，分析了成型过程中的应力情况，解释了瓶坯变形的原因。结合仿真的结果和计算中出现的问题，总结了影响PET瓶性能的原因。结合有限元分析的结果和理论指导，进
3、行了成型过程的优化。为了方便优化过程中大量的有限元模型建立，对PET饮料瓶开发了参数化建模的方式。分别使用遗传算法和parison programming方法对瓶坯结构和工艺条件进行了优化。本文的优化结果对实际生产也有一定的指导意义。最后，将对PET饮料瓶的分析过程及优化分析结果，使用vC+语言开发成PET饮料瓶设计仿真分析系统软件平台，并建立了完善的数据库管理系统，该系统可以很好的应用于工程实际。关键字：PET拉伸吹塑，冷却固化，POLYFLOW，遗传算法，仿真分析系统II浙江大学硕七学位论文Abs tractInjection stretch-blow molding method is
4、the third main method for plasticforming，and it is widely used to make PET drinking bottlesIts forming process is SOcomplicated that both the manufacturing cost and bottle performance are affectedThus，the e)【perts at home and abroad have been studying the stretch-blow and coolingprocess through many
5、 methods，SO that the optimization Can be finished according tothe simulation resultsFirstly，PET material and principle of stretchblow molding were introducedControl equations，viscosity models of stretch-blow molding phase and cooling curingphasewere givenDetail process of FEM building of mold，stretc
6、hing rod，performand methods to solve stretchblow molding model were introducedPOLYFLOW software was used to simulate stretchblow molding phase andcooling curing phase of PET bottle forming processIts analysis were aboutinfluences on bottle thickness distribution of process conditions，preform structu
7、re够pe and mesh grid，etcOf that，the analysis on cooling process started谢tll thestretchThe situation of temperature change can be reflected trulyThe influence ofthe initial temperature distribution on bottle thickness was analysizedComparisonwas made about deformation and influences on bottle thicknes
8、s of positive cone andnegative cone preformFrom the view of theory and simulation，stress situation ofmolding phase Was analsized and reasons of preform deformation were givenCombined with simulation results and problems，factors that influenced performanceof PET bottle were summarizedBased on results
9、 of FEM and theory,optimization of forming process WasimplementedGenetic algorithm and parison programming were used to optimizestructure of preform and process conditionsOptimization results could be used toguide actual processAt last，VC+60 Was used to develop software for PET bottle simulation and
10、analysis based on above simulation and optimization resultsDatabase WasestablishedThis system can be used in practice perfectlyIIl浙江大学硕士学位论文Keywords：PET stretchblow molding，cooling coving，POLYFLOW，FEM，geneticalgorithm,simulation and analysis softwareIV浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的
11、研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：涨召翠 签字日期： 2咖年弓月7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解澎姿盘堂 有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签
12、名：族召签字日期： 2_olo年3月翠?日 日浙江大学硕士学位论文致谢在我的论文完成之际，首先衷心感谢导师郑水英教授。在攻读硕士学位期间，郑老师在科研和生活方面给了我极大的关心和耐心。由于实际经验较少，论文的顺利完成离不开郑老师的耐心指导，是她给我指明了论文的方向，帮助我制订了详细的计划，使我的论文能如期完成。她渊博的专业知识、高尚的人格、严谨的治学态度、质朴的生活作风、平易近人的处事方式都给我带来了深刻的影响，无时无刻不在鞭策并感动着我。同时还要感谢化机所的的各位老师，你们对我学业、生活、工作上的教导和帮助，我将永记于心。感谢中国矿业大学过程装备与控制工程的所有老师，你们的指导与帮助，使我积
13、累了扎实的专业基础知识，给了我更高的发展平台。感谢实验室的师兄师姐师弟们，他们是：刘淑莲、李志海、钟美鹏、孙婷梅、张鹏峰、刘晓辉、潘亚月、于桂昌、罗挺、刘通、赵鹏、刘振萍，共同生活和学习的同门情将会是我一生的财富。特别感谢李强，我们一起踏进实验室的门，在两年多的时间里，不论在课题研究上，还是生活上，你都给了我极大的帮助和鼓励，谢谢你，祝你接下来的博士生活顺利，科研成果卓著。感谢我的每一位同学和朋友，是你们让我的学生生涯充满了欢声笑语，感谢你们曾经给予我的帮助。祝你们在今后的人生道路上一帆风顺，大展宏图。感谢我的男友谭鹏程，谢谢你给予我的支持和鼓励，用你的关怀与呵护伴我同行。感谢我的亲人，20几
14、年来你们默默支持着我的学业和生活，用宽容的心为我打造了一个温暖的港湾，给予我以前行的动力。感谢所有帮助过、鼓励过我的人。最后，向评阅论文及参加论文答辩的各位专家和老师们致以诚挚的感谢!张召翠2010年01月于求是园浙江大学硕士学位论文1绪论11引言近年来，我国的饮料行业得到了迅猛的发展，饮料的品种也在迅速的增长。在饮料产品的包装中，采用两轴双向拉伸吹塑方法生产的PET饮料瓶，具有良好的阻隔性、卓越的物理机械性能、表面光泽度高、呈玻璃状外观，并且可以循环利用，是替代玻璃瓶最合适的塑料包装。目前，PET瓶在饮料包装中所占的份额已经达到了70。随着饮料行业的快速发展以及“循环经济”成为国策，国内各种
15、PET瓶坯的消费量已经超过了上百亿只，PET包装行业市场潜力非常巨大n1。PET作为饮料包装对食品生产企业而言，多年来人们一直在探索能够取代玻璃瓶和马口铁罐的包装材料和容器，而塑料是目前可以利用的最佳材料。它具有重量轻的特点，可以降低运输费用，但不是每种塑料都适用于食品包装。聚酯材料的出现使食品包装得到了快速发展。最早使用PET瓶包装清凉饮料的企业是美国可口可乐公司，他们用1：5升的聚酯瓶取代1升的玻璃瓶，结果使销售额上升了27。之后PET容器包装的食品和饮料渐渐成为热门产品。PET容器的重量轻和牢固结实吸引了顾客，受到了市场的欢迎。PET材料还有一大优点就是适用性好，可以制成任何形状。同时还
16、可以加工制成符合人们嗜好的色泽，可以进行文字和图案印刷。现代塑料吹塑技术兴起于20世纪30年代，自50年代以来，塑料中空吹塑成型技术随着聚合物加工工艺研究的发展已经适合吹塑的聚乙烯、聚氯乙烯和热塑性聚酯等的大规模生产，得到迅速发展与革新。80年代以后，吹塑成型进入了广泛应用的阶段，并打入之前还认为不大可能或甚至不可能的市场，尤其是汽车工业领域。塑料中空吹塑成型已成为四大主要塑料加工过程(即压塑、注塑、挤塑和吹塑)之一，在塑料加工领域占有重要的地位。多层吹塑技术也得到了快速的发展；吹塑成型的生产设备已采用微机、固态电子的闭环控制系统，计算机CAECAM技术也日益成熟，且吹塑机械更专业化、更具特色。并且，随着机械自动化的发展，拉伸吹塑成型可以通过程序来控制生产过程，并能控制拉伸吹塑过程瓶的壁厚变化。随着对吹塑机理研究的深入，模拟仿真也得到了迅速的发展，开始在制品质量的预测、控制等方面起着越来越重要的作用2113)。塑料中空成型的主要优点在于其生产的产品成本低、工艺
