包裝瓶與蓋尺寸設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和注意事項(xiàng)論文
在食品、飲料、日化等快速消費(fèi)品領(lǐng)域, 包裝容器瓶是這些領(lǐng)域主力容器之一, 可以說(shuō)包裝瓶的設(shè)計(jì)是快速消費(fèi)品包裝設(shè)計(jì)的重中之重。設(shè)計(jì)出一個(gè)好的包裝瓶成為以恒的話題, 同時(shí)瓶與蓋的尺寸設(shè)計(jì)也就成為這個(gè)話題中重要的一環(huán)。下面就會(huì)從三個(gè)方面來(lái)介紹包裝瓶與蓋尺寸設(shè)計(jì)中的技術(shù)要求和注意事項(xiàng)。
一、螺旋瓶與螺旋蓋的設(shè)計(jì)
螺旋瓶與螺旋蓋是在日化包裝容器中很常見的一種瓶與蓋, 下面會(huì)從三個(gè)方面來(lái)討論螺旋瓶與螺旋蓋設(shè)計(jì)的要點(diǎn):
(一) 螺旋瓶與蓋的關(guān)鍵尺寸
如下圖1所示, 就標(biāo)示出了螺旋瓶與蓋的一些關(guān)鍵部位的尺寸。
圖中瓶口處的T、E值與對(duì)應(yīng)蓋子的T、E值就是瓶與蓋配合時(shí)的兩組關(guān)鍵尺寸, 另外瓶口高度H值和蓋子的配合深度H值的大小會(huì)影響到瓶與蓋配合的間隙。
(二) 螺牙與螺紋的選擇
如下組圖2中所示為螺牙的兩種類型 (M型與L型) 示意圖, 其中圖3中所列示分別是M型與L型圖中重要尺寸設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表。一般來(lái)說(shuō), M型螺紋使用比較廣泛;但是業(yè)內(nèi)沒(méi)有特別明確的螺紋牙型的標(biāo)準(zhǔn), 很多公司會(huì)有自己的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。具體的螺紋牙型的選擇還是要根據(jù)內(nèi)容物產(chǎn)品特性, 考慮瓶型、蓋型設(shè)計(jì)以及灌裝生產(chǎn)線的速度等。
圖1 螺旋瓶與蓋的關(guān)鍵尺寸示圖
目前在國(guó)際上還是有一套使用的標(biāo)準(zhǔn), 圖4所列示即為一套常用螺紋示圖及螺紋代碼。
組圖2 螺牙的兩種類型 (M型與L型)
圖3 M型與L型圖中重要尺寸設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表
圖4 常用螺紋示圖及螺紋代碼
組圖5 某個(gè)型號(hào)的螺紋關(guān)鍵尺寸參考列表
通常來(lái)講圖中最左側(cè)的400可視為一圈螺紋, 410則是一圈半, 415就是兩圈螺紋, 以下組圖5是某個(gè)型號(hào)的螺紋關(guān)鍵尺寸參考列表。
(三) 螺紋設(shè)計(jì)
螺紋設(shè)計(jì)中主要包括了螺紋徑向配合間隙設(shè)計(jì)、螺紋結(jié)合度以及牙型高度設(shè)計(jì)、軸向間隙配合設(shè)計(jì)、配合扭矩設(shè)計(jì)及其他一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)。下面就針對(duì)這幾點(diǎn)展開介紹:
1、螺紋徑向配合間隙設(shè)計(jì)
外螺紋間隙是指蓋子T與瓶子T值的差別;內(nèi)螺紋間隙是蓋子E與瓶子E值的差別。螺紋配合的基本功能是配合要順暢, 為此, 要求內(nèi)外螺紋的徑向配合間隙至少雙邊0.10mm, 如果產(chǎn)品螺紋部位可能會(huì)有變形或者橢圓度, 最小間隙還要考慮橢圓度的影響。
2、螺紋接合度以及牙型高度設(shè)計(jì)
螺紋接合度表示內(nèi)外螺紋徑向重合部分的多少, 是指瓶子外螺紋T與蓋子內(nèi)螺紋E的差別。為了確保沒(méi)有滑牙問(wèn)題, 一般至少保證接合度在雙邊0.8mm-1.0mm;強(qiáng)脫模時(shí)取小值, 旋脫時(shí)取大值。
3、軸向間隙配合設(shè)計(jì)
軸向配合間隙是指螺距P與瓶蓋配合后螺牙寬度的差別, 一般軸向間隙控制尺寸要大于等于0.2mm方可。對(duì)于要求定位且有限位卡扣的螺紋配合, 由于一般其螺距較大, 導(dǎo)致螺紋軸向配合間隙太大, 合蓋時(shí)會(huì)碰到限位卡扣。通常做法是將瓶螺紋加寬, 以減小軸向配合間隙。
4、配合扭矩設(shè)計(jì)
螺紋配合的瓶蓋, 扭矩衰退是不可避免的。業(yè)內(nèi)有一些公司做過(guò)研究, 一般在一周后扭矩衰退會(huì)到達(dá)一個(gè)平穩(wěn)的數(shù)值, 如下圖6所示。
如果要避免扭矩衰退, 需要考慮一些特殊的設(shè)計(jì), 比如雙層蓋, 加鎖扣等;這在電商包裝使用上非常常見。
5、螺紋設(shè)計(jì)的其他要求
除上面陳述到的四個(gè)主要設(shè)計(jì)點(diǎn)之外, 還會(huì)有一些其它的螺紋設(shè)計(jì)要求, 分別如下:
為保證螺紋模具的強(qiáng)度, 螺紋牙頭應(yīng)該距離端面至少0.3mm, 也就是說(shuō)螺牙頭起始點(diǎn)要保證至少0.3mm出開始。
——為保證螺紋配合可靠, 螺紋配合有效圈數(shù)至少不少于1圈, 對(duì)于雙頭螺紋, 每頭不少于0.5mm。多頭螺紋平衡性比較好, 所有頭加起來(lái)配合的圈數(shù)至少保證1圈。
——當(dāng)瓶頸比較小時(shí), 為消除夾邊對(duì)螺紋的影響, 可在合模線處把螺紋削平。
——為防止螺紋牙頭互相干涉, 內(nèi)外螺紋長(zhǎng)度應(yīng)該比實(shí)際配合長(zhǎng)度多出1/4圈以上。
——為有利于螺紋脫模, 在滿足配合要求前提下, 圈數(shù)盡可能少。
——為防止應(yīng)力和脫模損傷, 螺紋牙面要有足夠倒角尺寸。
——對(duì)于AS或者PS等硬而且脆的材料, 盡可能不設(shè)計(jì)旋脫螺紋;不可避免時(shí), 牙面盡可能淺而光滑, 不能有尖角。
——強(qiáng)脫只適用于PP或者PE等軟的材料, 牙高設(shè)計(jì)要滿足脫模要求, 牙面斜度要適當(dāng)加大。
二、卡口瓶與壓蓋的設(shè)計(jì)
卡口瓶與壓蓋一般應(yīng)用在使用過(guò)程中瓶與蓋很少分離的包裝設(shè)計(jì)中, 所以卡口瓶一般會(huì)與壓入式翻蓋或泵配合使用。使用者在使用過(guò)程中, 只須打開翻蓋的上蓋或按壓泵就可以輕松地使用瓶?jī)?nèi)的液體或膏體。
(一) 蓋與瓶裝配導(dǎo)向設(shè)計(jì)
卡口瓶與壓蓋設(shè)計(jì)一般要遵循壓入容易、拔出難的原則。為了滿足這個(gè)原則, 設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到合適的上蓋力與拔蓋力, 以及在裝配前要有合適的導(dǎo)向設(shè)計(jì)。為了確保壓蓋壓入的準(zhǔn)確性, 即首先要確保蓋子壓入時(shí)具有良好的導(dǎo)向配合。如圖7為常規(guī)卡口瓶與壓蓋裝配前的示意圖, 圖8為卡口瓶與壓蓋裝配后的示意圖。一般情況下會(huì)利用圖7中蓋子A部分及瓶子B部分做導(dǎo)向。導(dǎo)向設(shè)計(jì)的原則:蓋子A部分與瓶子B部分接觸在前, 蓋子的密封環(huán)部分進(jìn)入瓶口在后, 如下圖9所示。如果蓋子的密封環(huán)在蓋子A部分與瓶子B部分接觸前進(jìn)入瓶口內(nèi), 則蓋子的密封環(huán)很容易被損壞而導(dǎo)致泄漏。有時(shí)也會(huì)利用蓋子A部分下面的膠位C做預(yù)導(dǎo)向。所以設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí), 蓋子卡扣與瓶子卡圈位置關(guān)系設(shè)計(jì)與密封環(huán)的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)要綜合一起考慮, 確保符合導(dǎo)向設(shè)計(jì)的原則。
(二) 上蓋力的設(shè)計(jì)
為了滿足上蓋容易, 拔蓋難的這個(gè)原則, 也就意味著上蓋時(shí)蓋子的卡扣容易地導(dǎo)入瓶子卡圈中。影響上蓋力的因素有:
a) 蓋子卡扣與瓶子卡圈的過(guò)盈量
b) 瓶子卡圈的導(dǎo)向斜面斜度
c) 蓋子卡扣下部斜面斜度
蓋子卡扣與瓶子卡圈的過(guò)盈量一般可以設(shè)計(jì)為0.5mm左右, 但也要考慮到成型工藝對(duì)尺寸的影響。瓶子卡圈的導(dǎo)向斜面可以設(shè)計(jì)成70度斜度, 而蓋子的卡扣下部斜面設(shè)計(jì)成60度。這樣在相同的瓶子卡圈直徑下, 由于瓶子卡圈的導(dǎo)向斜面斜度大, 蓋子壓入瓶子時(shí)相對(duì)而言會(huì)比較順滑, 上蓋力會(huì)相應(yīng)比較小。見圖9。
(三) 拔蓋力的設(shè)計(jì)
影響拔蓋力的因素有:
a) 蓋子卡扣與瓶子卡圈的過(guò)盈量
b) 瓶子卡圈的下端面斜度
c) 蓋子卡扣上部斜面斜度
瓶子卡圈的下端面斜度最好是做成平面, 與軸向方向成90度。而蓋子卡扣上部斜面斜度由于大部分蓋子的卡扣不是通過(guò)模具上的滑塊成型, 而是強(qiáng)脫成型。由此就限制了此斜度不能太小, 否則蓋子成型脫模時(shí), 卡扣會(huì)被拉壞。一般可以設(shè)計(jì)成45度, 具體可見圖9。
(四) 蓋與瓶的定位設(shè)計(jì)
由于卡口瓶一般會(huì)與壓入式翻蓋或泵配合使用, 很多情況下蓋、瓶間有方向定位要求。一般情況下, 翻蓋或泵的開口會(huì)對(duì)準(zhǔn)瓶子的正面或側(cè)面;所以蓋子上可以設(shè)計(jì)定位筋而瓶子上設(shè)計(jì)定位擋塊, 當(dāng)蓋子的定位筋與瓶子的定位檔塊接觸, 再進(jìn)行壓蓋的動(dòng)作。這樣就可以確保蓋子與瓶子定位要求, 當(dāng)然也有利用蓋子外形與瓶子外形設(shè)計(jì)配合來(lái)定位, 具體可見圖10。
三、瓶&蓋的密封設(shè)計(jì)
(一) Liner式密封
此類密封方式是常見的.密封方式, Liner組裝在蓋子中, 與瓶組裝后依靠瓶口頂部壓縮liner進(jìn)行密封。一般是用在螺紋瓶與螺紋旋蓋上較多, 卡口瓶很少單獨(dú)使用liner提供密封作用。Liner的選擇主要考慮如下因素:密度、硬度、壓縮比、恢復(fù)比、厚度….。在實(shí)際應(yīng)用中, 大部分情況下可以通過(guò)選用不同類型的liner來(lái)解決密封問(wèn)題, 只是瓶&蓋間隙或扭力會(huì)有不同。
(二) 蟹爪式密封
有時(shí)瓶與蓋的密封區(qū)域很小, 以至墊片不能正常組在蓋子內(nèi), 此種情況可以考慮采用蟹爪式密封 (如圖11) 。在正常的上蓋時(shí), 此蟹爪類似于墊片與瓶口頂部配合。但此類密封不適用于較大上蓋力和需要重復(fù)開蓋的情況, 因?yàn)檩^大上蓋力和重復(fù)開蓋有損壞蟹爪環(huán)的風(fēng)險(xiǎn), 從而導(dǎo)致泄漏。同時(shí)瓶口頂面最少要有0.3mm左右的平面, 且要保證平面平整, 不能有缺口、細(xì)小溝槽、臺(tái)階、合模線等。
(三) 半圓珠式密封
此類密封方式常常應(yīng)用在圓柱形活動(dòng)密封, 現(xiàn)實(shí)生活中的有密封作用的按壓蓋經(jīng)常使用這個(gè)方式, 確保蓋子在活動(dòng)時(shí)還能有密封功能 (如圖12) 。
(四) 塞入式密封
此類密封方式實(shí)際應(yīng)用很廣泛, 通過(guò)蓋子的密封環(huán)與瓶口內(nèi)徑的過(guò)盈量來(lái)達(dá)到密封效果 (如圖13) 。由于密封環(huán)與瓶口內(nèi)徑接觸面積較大, 即使瓶口內(nèi)壁有時(shí)有細(xì)微的變形, 缺點(diǎn)也不會(huì)導(dǎo)致泄漏。但是瓶口內(nèi)徑表面一定保證光滑。
一般情況下, 蓋子的材料為PP, 而瓶子的材料為PP、PE、PET。
(一) 蓋子密封環(huán)的設(shè)計(jì)
a、蓋子密封環(huán)壁厚一般為0.7mm左右, 太厚容易使密封環(huán)的彈性不足, 太薄不易成型且強(qiáng)度可能不夠。太薄太厚都有可能導(dǎo)致泄漏 (如圖14) 。
b、蓋子密封環(huán)由于是注塑成型, 為了能順利的脫模且一般情況下密封環(huán)的高度不會(huì)太高, 所以拔模角度可以設(shè)計(jì)成1度, 前部分設(shè)計(jì)成30度錐度加R角過(guò)渡起導(dǎo)向作用。
c、有時(shí)密封環(huán)會(huì)設(shè)計(jì)成弧面式, 此方式主要應(yīng)用于碳酸飲料或熱灌裝, 但此方式的模具加工及成型難度相應(yīng)地加大了 (如圖15) 。
(二) 瓶口部位設(shè)計(jì)
a、內(nèi)徑一般設(shè)計(jì)成0.5mm-1mm, 有45度的斜角起裝配導(dǎo)向作用。
b、瓶口外部若有螺紋或卡環(huán), 則其位置最少要距離瓶口頂面3mm左右。因?yàn)槁菁y或卡環(huán)處瓶口內(nèi)部會(huì)有輕微縮水, 與蓋子密封環(huán)配合后有泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
c、瓶口壁厚不有太薄, 太薄會(huì)有開裂的風(fēng)險(xiǎn)。一般最小1.0mm左右。
(三) 過(guò)盈量設(shè)計(jì)
蓋子密封環(huán)與瓶口內(nèi)徑間的過(guò)盈量是確保泄漏的重要因素, 過(guò)盈量設(shè)計(jì)要合理, 不可太大, 也不可太小。若過(guò)盈量太大, 瓶口壁會(huì)有開裂的風(fēng)險(xiǎn)。若過(guò)盈量過(guò)小, 則有泄漏的可能。另過(guò)盈量的設(shè)計(jì)也與瓶蓋所用的原材料有關(guān), 瓶子不同材料, 不同成型工藝過(guò)盈量的設(shè)計(jì)是不同。
a、PP蓋子+HDPE瓶子
過(guò)盈量一般設(shè)計(jì)為瓶口內(nèi)徑的1.5%, 有時(shí)最大過(guò)盈量在不開裂的前提下可以設(shè)計(jì)成單邊0.25mm-0.30mm
b、PP蓋子+PET瓶子
由于PET瓶子容易開裂, 理論上過(guò)盈量不會(huì)太大。對(duì)于一般的膏體, 過(guò)盈量設(shè)計(jì)成單邊0.1mm就可以。但對(duì)于那些易滲漏的膏體, 就要選擇較大的過(guò)盈量, 一般情況下, 單邊的過(guò)盈量不能超過(guò)0.2mm。但也不排除一些瓶口壁厚較厚, 膏體具有對(duì)PET材料不太敏感特性的瓶子單邊過(guò)盈量可以設(shè)計(jì)成0.30mm。
4、塞入式+墊片/小密封臺(tái)
有時(shí)當(dāng)蓋子的密封環(huán)與瓶口徑的過(guò)盈量不能做大時(shí), 且單一的塞入式密封不能完全保證無(wú)泄漏要求時(shí), 則可以考慮增加墊片/小密封臺(tái)與瓶口頂面二次密封 (如圖16)。若為增加小密封臺(tái)的方式, 則要確保此小密封臺(tái)一定要與瓶口頂面接觸。
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