化妆品塑料包装容器的结构设计
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（３） 圆角可大大改善塑料材料的 充模特性， 料流易于流动且充满型腔。
（４） 容器制品的圆角使得模具型 腔对应部位也呈圆角， 使模具在淬火 或使用时不致因应力集中而开裂， 延 长模具的使用寿命。
根据容器制品受力时应力集中系 数与圆角半径的关系， 当 Ｒ ／ｔ 比值增 加时， 应力集中系数降低。在 Ｒ ／ｔ 小于 ０．３ 时， 降低幅度较大； 当 Ｒ ／ｔ 大于 ０．８ 时， 降低幅度较小。因此我们在设计底 部圆角时， 取 Ｒ ／ｔ＝０．５， Ｒ＝０．５ｔ； 而在设 计肩部的圆角时， 取 Ｒ＇ ＝Ｒ＋ｔ＝０．５ｔ＋ｔ＝ １．５ｔ， 即 Ｒ＇ ＝１．５ｔ。对于外壁面， 也设计 成了圆角， 且壁厚保持不变。
ｃ）容器侧壁靠近瓶底和瓶肩处各 应有一平直部位， 给存瓶转台操作提 供一控制面；
ｄ ）矩形瓶和方形瓶角隅处 必 须 有 圆角， 以免被卡在导轨和星轮上， 同时 也方便机械手插入两瓶之间；
ｅ）当瓶体上部体直径大于下部直 径时， 输送带运动时瓶子易产生倒伏， 故瓶体侧面应呈平面接触及两点接 触。如图 ２ 所示。
首先， 本文设计的瓶体形状为上 部大， 下部小， 是从瓶身上部的椭圆过 渡到下底的圆形， 对于自动包装线是 不可行的。但是在与工程设备部讨论 得知， 本产品生产线所使用的灌装线 上均配有固定槽来移动瓶子， 因此尽 管图 ２ 所示瓶形不适合快速灌装线， 但是对于带有固定底槽的灌装线上是 可以进行高速生产的。
图 ３ 瓶身外半径与瓶身内应力之间的 关系 Ｆｉｇ ．３ Ｔｈｅ ｒｅ ｌａ ｔｉｏｎｓ ｈｉｐ ｂ ｅ ｔｗｅ ｅ ｎ ｂ ｏｔｔｌｅ ｏｕｔｅ ｒ ｄ ｉａ ｍｅ ｔｅ ｒ ａ ｎｄ ｂ ｏｔｔｌｅ ｂ ｏｄ ｙ ｉｎｔｅ ｒｎａ ｌ ｓ ｔｒｅ ｓ ｓ
由图 ３ 知当瓶身外半径 Ｒ＝ ２１．５ｍｍ 时， 瓶身内应力 δ＝１８ＭＰａ 。
强度的关键部位， 在产品的包装过程 中应能承受来自多方面的垂直载荷 （ 如加料嘴和压盖机构的垂直压力等） 不出现变形和损坏。如图 ４
有一定斜度。
２．４ 瓶身高度 由 于 包 装 容 器 的 标 示 容 积 为 Ｖ＝
１５０ｍｌ， 满 口 容 积 为 Ｖ＝１６８ｍｌ， 至 瓶 肩 的 容 积 为 Ｖ１ ＝１６０ｍｌ。 瓶 身 高 度 ｈ１ ＝ Ｖ１ ／（Πｒ２） ＝１６０ｍｌ ／（３．１４ ×１９．０２） ＝ １４０．８８ｍｍ， 因此设计取瓶身高度 ｈ０＝ １４０ｍｍ。
经济性原则是包装结构设计的重 要原则。商品的经济效益与商品成本 是分不开的。在包装结构设计中， 要求 合 理 选 择 材 料 、减 少 原 材 料 成 本 、降 低 原材料消耗， 要求设计合理、提高工作 效率、降低制造成本等。通常所谓最佳 包装结构设计， 往往是以经济性作为 最终设计目标的。
美观性原则就是使包装结构达到
图 １ 结构设计图
Ｆｉｇ ．１ Ｂｏｔｔｌｅ ｄ ｅ ｓ ｉｇ ｎ ｄ ｒａ ｗｉｎｇ 瓶形结构设计实际上在造型设计 的过程中已经基本决定。尽管如此， 我 们在结构设计过程中， 还是从结构的 角度上进行分析和确认。 首先， 瓶形即为瓶体的几何形状。 我们可以将瓶形简单地分为简单瓶形 和复杂瓶形两大类。简单瓶形即由单 一 、简 单 几 何 体 构 成 的 瓶 体 如 球 形 、圆 柱 形 、矩 形 、方 形 瓶 等 ； 复 杂 瓶 形 即 由 多个简单几何体组合成的瓶体如异型 瓶等。［２］ 从图 １ 的瓶形结构来看， 本 论文的瓶形结构设计介于简单瓶形和 复杂瓶形之间。但是， 在瓶形的结构设 计上无论是简单瓶形还是复杂瓶形， 必须要满足以下最基本的条件： ａ ）不可出现尖角； ｂ） 瓶体外尺寸不能小于瓶颈直 径； ｃ）印刷的装饰面必须是平面或简 单曲面。 本文所设计的瓶形结构是从椭圆 形过渡到圆形， 不存在尖角， 瓶体外尺 寸远大于瓶颈直径， 且有平面做为装 饰面， 完全满足上述三个条件。 其次， 我们在底部设计了中央凸 起。这是因为当塑料容器以整个底面 作支承时， 若底面有稍许翘曲或变形 就会使底部不平出现失稳。此凸起的 设计既有利于支承稳定， 又利于成型 的容器底部的成型。
最后由于本产品是在自动灌装线 上灌装， 因此要考虑自动灌装对瓶形 的要求。一般情况下， 自动生产线对包 装容器有如下要求：
ａ）在自动灌装线上， 圆柱形及方 形瓶（ 带圆角） 最易操作， 而断面为椭 圆、三角形及棱形易堵塞导轨； 本论文 的瓶体断面为椭圆，
ｂ）塑料瓶必须向上内凸， 以增强 支承的稳定性， 但瓶底至少要留有 ６ｍｍ 的水平部份， 以避免瓶底被卡在 自动灌装线运输带间隙处或固定板 上；
围 平 均 值 为 １４５．８ｍｍ。 标 准 差 １４．７３ｍｍ。由于是女性化妆品， 应取比 平均值偏小的值， 故上述计算的 １ห้องสมุดไป่ตู้５．０９ｍｍ 在合理范围内。最终确定 瓶身外长直径 Ｄ＝４６．６ｍｍM 短 直 径＝ ３９．５ｍｍN 中 间 手 握 部 位 的 直 径 大 约 在 ４３ｍｍ。
图 ２ 自动灌装线对瓶形的要求 Ｆｉｇ ．２ Ｒｅ ｑ ｕｅ ｓ ｔ ｏｆ ｂ ｏｔｔｌｅ ｓ ｈａ ｐ ｅ ｆｏｒ ａ ｕｔｏ ｆｉｌｌｉｎｇ ｌｉｎｅ
根据瓶底下端最大处外直径 Ｄ ＝３９．５ｍｍ， 可 由 表 １ 查 得 瓶 底 高 度 ｈ２＝３．００ｍｍ， 我们设计高度为 ４ｍｍ； 圆角半径 ｒ１＝２ｍｍ。
表 １ 圆角的尺寸系列 Ｔａ ｂ ｌｅ １：Ｆｉｌｌｅ ｔ Ｓｉｚｅ
图 ４ 瓶肩结构 Ｆｉｇ ．４ Ｂｏｔｔｌｅ ｓ ｈｏｕｌｄ ｅ ｒ Ｓｔｒｕｃ ｔｕｒｅ
综上所述， 我们在设计瓶形的时 候选择了圆柱体的变形， 壁表面结构 设计成渐缩式， 在满足设计条件的同 时， 留有足够的印刷面， 在注拉吹工艺 中可以使用公模瓶坯。
２．３ 瓶身壁厚 （１）根据设计， 我们首先设定瓶身 壁厚 ｔ＝１ｍｍ， 则瓶身内半径 ｒ＝Ｒ－ ｔ＝ ２１．５－ １＝２０．５ｍｍ 图 ３ 显示了瓶的不同壁 厚（０．８— ４．０ｍｍ）， 瓶身外半径与瓶身内应力之 间的关系，
●管亦武
包装的结构设计在整个包装设计 体系中占重要位置， 可以说是包装设 计的基础。设计出的包装的结构性能 如 何 ， 将 直 接 影 响 包 装 件 的 强 度 、刚 度、稳定性和使用性， 即包装结构在流 通过程中是否具有可靠地保护产品和 方便运输、销售等各项使用功能。同 时， 结构设计还涉及是否为造型设计 和装潢设计创造良好条件的问题。［１］。
技术·论文
化妆品塑料包装容器的结构设计
ＣＯＳＭＥＴＩＣ ＰＬＡＳＴＩＣ ＰＡＣＫＡＧＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＤＥＳＩＧＮ
［摘要］本文通过对某品牌化妆品的塑料包装容器结构设计过程的分析和计算， 说明 了塑料制品设计的方法、步骤和基本理论。 ［关键词］包装容器、塑料制品设计、结构设计
Ｔｈｉｓ ａ ｒｔｉｃ ｌｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒｉｂ ｅ ｓ ｔｈｅ ｍｅ ｔｈｏｄ ， ｐ ｒｏｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎｄ ｂ ａ ｓ ｉｃ ｒａ ｔｉｏｎａ ｌ ｔｏ ｄ ｅ ｓ ｉｇ ｎ ｔｈｅ ｓ ｔｒｕｃ ｔｕｒｅ ｏｆ ｐ ｌａ ｓ ｔｉｃ ｐ ａ ｃ ｋａ ｇ ｅ ｂ ｙ ｃ ａ ｌｃ ｕｌａ ｔｉｎｇ ａ ｎｄ ａ ｎａ ｌｙｚｉｎｇ ｍｅ ｔｈｏｄ ｆｏｒ ａ ｃ ｅ ｒｔａ ｉｎ ｂ ｒａ ｎｄ ｃ ｏｓ ｍｅ ｔｉｃ ｐ ｒｏｄ ｕｃ ｔｓ ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ： ＰＡＣＫＡＧＥ ＣＯＮＴＡＩＮＥＲ， ＰＬＡＳＴＩＣ ＰＡＣＫＡＧＥ，ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＤＥＳＩＧＮ
２．２ 瓶身外直径设计 首先， 为了确定瓶身外直径， 我们 进行了一次小型的手握围尺寸调查， 调查人数为 １５ 人， 均为目标消费群体 中的成年女性， 她们认为抓握感舒适 的 瓶 身 周 长 分 别 为 ： １３４ ｍｍ、１１１ ｍｍ、１３０ ｍｍ、１３４ ｍｍ、１３０ ｍｍ、 １３２ ｍｍ、１４０ ｍｍ、１４５ ｍｍ、１６８ ｍｍ、１３６ ｍｍ、１５４ ｍｍ、１７５ ｍｍ、 １２０ ｍｍ、９６ｍｍ， １３５ｍｍ．。 取 数 值 范 围内的中间值 １３５ｍｍ。 以 此 求 出 瓶 身 外 半 径 Ｒ＝１３５ ／ ２π≈２１．４９ｍｍ， 取 Ｒ ＝２１．５ｍｍ， Ｄ ＝ ４３ｍｍ 故 瓶 身 的 周 长 Ｌ ＝２πＲ ＝ １３５．０９ｍｍ， 通 过 查 阅 《人 机 工 程 学 手 册》可知， 成年人的赤手拇指中指手握
４４
中国包装工业 ２００８．６
为： Ｓ＝ＲＰ ／２ｔ＜＝［σ］， ［σ］＝ ６３．７０ＭＰａ Ｓ： ＲＰ ／２ｔ ＝（２１．５ ×０．８６） ／（２ ×１） ＝
９．２４５（ＭＰａ ）＜６３．７０ＭＰａ 由此可证壁厚 ｔ＝１ｍｍ 符合内压强度 要求。
２．６ 瓶颈和瓶肩设计 瓶颈和瓶肩是体现瓶体垂直载荷
４３
中国包装工业 ２００８．６
技术·论文
另外， 我们在塑料容器底部和肩 部的内外表面转角处， 均使用了圆角 过渡， 其原因如下：
（１） 两个面相交的尖角处由于应 力 集 中 ， 在 受 力 、冲 击 、振 动 时 易 出 现 破坏； 而圆角可分散应力， 降低应力集 中， 提高容器制品强度。
（２） 圆角有利于克服尖角时因壁 厚不均而产生的缩孔等缺陷。
包装结构设计的原则可以概括为 下列几点： 科学性、可靠性、经济性、美 观性。
科学性原则就是应用先进正确的 设计方法， 应用合适的结构材料及加 工工艺， 使设计标准化、系列化和通用 化 ， 符 合 有 关 法 令 、法 规 ， 产 品 适 应 批 量生产。
可靠性原则就是包装结构应具有 足够的强度、刚度和稳定性， 在商品流 通过程中能承受住各种外界因素的作 用和影响， 包装件在贮运、启封和使用 中都符合设计要求。
造型和装潢设计中的美学要求， 其中 包 括 结 构 形 态 六 要 素 ： 点 、线 、面 、体 、 色彩和肌理； 结构形式六法则： 安定与 轻 巧 、对 称 与 均 衡 、对 比 和 调 和 、比 例 与尺度、节奏与韵律、统一与变化。
２． 塑料包装容器结构设计分 析和相关计算
此次塑料包装制品设计的内容是 包装容器， 包装容器中的产品为 １５０ｍｌ 透明爽肤水，包装材料已经选定 为 ＰＥＴ（ 聚 酯 ） 材 料 ， 包 装 形 式 为 透 明 瓶， 采用表面印刷。基于以上条件， 结 构设计相关计算方法与步聚如下。 ２．１ 瓶形结构
因为瓶子在开启或堆放时都会受 到垂直载荷作用， 垂直载荷强度随壁 厚的减小而成比例降低。由图 ５ 可知： 瓶肩垂直曲率半径越大， 平均载荷强 度越大。考虑到这些因素， 为了保险起 见， 将瓶肩高度定为 ｈ１＝３ｍｍ， 并且带
图 ５ 瓶肩形状与垂直曲率半径 Ｆｉｇ ．５ Ｂｏｔｔｌｅ ｓ ｈｏｕｌｄ ｅ ｒ ｓ ｈａ ｐ ｅ ａ ｎｄ ｖｅ ｒｔｉｃ ａ ｌ ｃ ｕｒｖａ ｔｕｒｅ ｒａ ｄ ｉｕｓ
又因为瓶身内应力计算公式为： δ＝Ｐ（Ｒ２ 十 ｒ２） ／（Ｒ２－ ｒ２）
式中： Ｐ 为瓶内压力， 那么： Ｐ＝δ（Ｒ２－ ｒ２） ／（Ｒ２ 十 ｒ２） ＝１８ ×（２１．５２ － ２０．５２ ） ／（２１．５２ ＋ ２０．５２ ） ＝ ０ ．８ ６ ＭＰ ａ 而 瓶 身 环 状 应 力．ｓ 的 校 核 公 式
对于瓶颈和瓶肩， 影响垂直载荷 强 度 的 因 素 是 瓶 肩 倾 斜 角 （ α） 和 瓶 肩 长度（ Ｌ） 或瓶肩高度（ Ｈ） 。合理地确定 瓶肩倾斜角可使瓶颈所受垂直载荷能 部分地分解到瓶身上， 改善瓶肩受力 状况。
根据经验， 我们设计瓶肩宽大于 相应瓶肩倾角， 瓶肩窄小于相应瓶肩 倾角。另外， 在瓶肩与瓶身结合处， 我 们采用了较大的过渡半径（ Ｒ） ， 以降低 该处应力集中， 提高瓶体的垂直载荷 强度。
２．５ 瓶底圆角半径 瓶底结构设计的好坏， 直接影响
瓶体强度。瓶身与瓶底角隅处应采用 大曲率渐变过渡， 否则会使该处吹塑 厚度过小和应力集中， 易产生凹陷和 破坏。
本课题中经过造型修饰后， 瓶身 下端壁厚最大处的外直径 Ｄ ＝ ３９．５ｍｍ， 壁厚 ｔ ＝１ｍｍ。因此选择图 １ 所示的瓶底圆角类型， 这一型瓶底圆 角刚好处在瓶根处， 这样可以有效解 决因瓶底根壁加厚而带来的凹底缺 陷。此型圆角的尺寸系列见表 １。
（４） 容器制品的圆角使得模具型 腔对应部位也呈圆角， 使模具在淬火 或使用时不致因应力集中而开裂， 延 长模具的使用寿命。
根据容器制品受力时应力集中系 数与圆角半径的关系， 当 Ｒ ／ｔ 比值增 加时， 应力集中系数降低。在 Ｒ ／ｔ 小于 ０．３ 时， 降低幅度较大； 当 Ｒ ／ｔ 大于 ０．８ 时， 降低幅度较小。因此我们在设计底 部圆角时， 取 Ｒ ／ｔ＝０．５， Ｒ＝０．５ｔ； 而在设 计肩部的圆角时， 取 Ｒ＇ ＝Ｒ＋ｔ＝０．５ｔ＋ｔ＝ １．５ｔ， 即 Ｒ＇ ＝１．５ｔ。对于外壁面， 也设计 成了圆角， 且壁厚保持不变。
ｃ）容器侧壁靠近瓶底和瓶肩处各 应有一平直部位， 给存瓶转台操作提 供一控制面；
ｄ ）矩形瓶和方形瓶角隅处 必 须 有 圆角， 以免被卡在导轨和星轮上， 同时 也方便机械手插入两瓶之间；
ｅ）当瓶体上部体直径大于下部直 径时， 输送带运动时瓶子易产生倒伏， 故瓶体侧面应呈平面接触及两点接 触。如图 ２ 所示。
首先， 本文设计的瓶体形状为上 部大， 下部小， 是从瓶身上部的椭圆过 渡到下底的圆形， 对于自动包装线是 不可行的。但是在与工程设备部讨论 得知， 本产品生产线所使用的灌装线 上均配有固定槽来移动瓶子， 因此尽 管图 ２ 所示瓶形不适合快速灌装线， 但是对于带有固定底槽的灌装线上是 可以进行高速生产的。
图 ３ 瓶身外半径与瓶身内应力之间的 关系 Ｆｉｇ ．３ Ｔｈｅ ｒｅ ｌａ ｔｉｏｎｓ ｈｉｐ ｂ ｅ ｔｗｅ ｅ ｎ ｂ ｏｔｔｌｅ ｏｕｔｅ ｒ ｄ ｉａ ｍｅ ｔｅ ｒ ａ ｎｄ ｂ ｏｔｔｌｅ ｂ ｏｄ ｙ ｉｎｔｅ ｒｎａ ｌ ｓ ｔｒｅ ｓ ｓ
由图 ３ 知当瓶身外半径 Ｒ＝ ２１．５ｍｍ 时， 瓶身内应力 δ＝１８ＭＰａ 。
强度的关键部位， 在产品的包装过程 中应能承受来自多方面的垂直载荷 （ 如加料嘴和压盖机构的垂直压力等） 不出现变形和损坏。如图 ４
有一定斜度。
２．４ 瓶身高度 由 于 包 装 容 器 的 标 示 容 积 为 Ｖ＝
１５０ｍｌ， 满 口 容 积 为 Ｖ＝１６８ｍｌ， 至 瓶 肩 的 容 积 为 Ｖ１ ＝１６０ｍｌ。 瓶 身 高 度 ｈ１ ＝ Ｖ１ ／（Πｒ２） ＝１６０ｍｌ ／（３．１４ ×１９．０２） ＝ １４０．８８ｍｍ， 因此设计取瓶身高度 ｈ０＝ １４０ｍｍ。
经济性原则是包装结构设计的重 要原则。商品的经济效益与商品成本 是分不开的。在包装结构设计中， 要求 合 理 选 择 材 料 、减 少 原 材 料 成 本 、降 低 原材料消耗， 要求设计合理、提高工作 效率、降低制造成本等。通常所谓最佳 包装结构设计， 往往是以经济性作为 最终设计目标的。
美观性原则就是使包装结构达到
图 １ 结构设计图
Ｆｉｇ ．１ Ｂｏｔｔｌｅ ｄ ｅ ｓ ｉｇ ｎ ｄ ｒａ ｗｉｎｇ 瓶形结构设计实际上在造型设计 的过程中已经基本决定。尽管如此， 我 们在结构设计过程中， 还是从结构的 角度上进行分析和确认。 首先， 瓶形即为瓶体的几何形状。 我们可以将瓶形简单地分为简单瓶形 和复杂瓶形两大类。简单瓶形即由单 一 、简 单 几 何 体 构 成 的 瓶 体 如 球 形 、圆 柱 形 、矩 形 、方 形 瓶 等 ； 复 杂 瓶 形 即 由 多个简单几何体组合成的瓶体如异型 瓶等。［２］ 从图 １ 的瓶形结构来看， 本 论文的瓶形结构设计介于简单瓶形和 复杂瓶形之间。但是， 在瓶形的结构设 计上无论是简单瓶形还是复杂瓶形， 必须要满足以下最基本的条件： ａ ）不可出现尖角； ｂ） 瓶体外尺寸不能小于瓶颈直 径； ｃ）印刷的装饰面必须是平面或简 单曲面。 本文所设计的瓶形结构是从椭圆 形过渡到圆形， 不存在尖角， 瓶体外尺 寸远大于瓶颈直径， 且有平面做为装 饰面， 完全满足上述三个条件。 其次， 我们在底部设计了中央凸 起。这是因为当塑料容器以整个底面 作支承时， 若底面有稍许翘曲或变形 就会使底部不平出现失稳。此凸起的 设计既有利于支承稳定， 又利于成型 的容器底部的成型。
最后由于本产品是在自动灌装线 上灌装， 因此要考虑自动灌装对瓶形 的要求。一般情况下， 自动生产线对包 装容器有如下要求：
ａ）在自动灌装线上， 圆柱形及方 形瓶（ 带圆角） 最易操作， 而断面为椭 圆、三角形及棱形易堵塞导轨； 本论文 的瓶体断面为椭圆，
ｂ）塑料瓶必须向上内凸， 以增强 支承的稳定性， 但瓶底至少要留有 ６ｍｍ 的水平部份， 以避免瓶底被卡在 自动灌装线运输带间隙处或固定板 上；
围 平 均 值 为 １４５．８ｍｍ。 标 准 差 １４．７３ｍｍ。由于是女性化妆品， 应取比 平均值偏小的值， 故上述计算的 １ห้องสมุดไป่ตู้５．０９ｍｍ 在合理范围内。最终确定 瓶身外长直径 Ｄ＝４６．６ｍｍM 短 直 径＝ ３９．５ｍｍN 中 间 手 握 部 位 的 直 径 大 约 在 ４３ｍｍ。
图 ２ 自动灌装线对瓶形的要求 Ｆｉｇ ．２ Ｒｅ ｑ ｕｅ ｓ ｔ ｏｆ ｂ ｏｔｔｌｅ ｓ ｈａ ｐ ｅ ｆｏｒ ａ ｕｔｏ ｆｉｌｌｉｎｇ ｌｉｎｅ
根据瓶底下端最大处外直径 Ｄ ＝３９．５ｍｍ， 可 由 表 １ 查 得 瓶 底 高 度 ｈ２＝３．００ｍｍ， 我们设计高度为 ４ｍｍ； 圆角半径 ｒ１＝２ｍｍ。
表 １ 圆角的尺寸系列 Ｔａ ｂ ｌｅ １：Ｆｉｌｌｅ ｔ Ｓｉｚｅ
图 ４ 瓶肩结构 Ｆｉｇ ．４ Ｂｏｔｔｌｅ ｓ ｈｏｕｌｄ ｅ ｒ Ｓｔｒｕｃ ｔｕｒｅ
综上所述， 我们在设计瓶形的时 候选择了圆柱体的变形， 壁表面结构 设计成渐缩式， 在满足设计条件的同 时， 留有足够的印刷面， 在注拉吹工艺 中可以使用公模瓶坯。
２．３ 瓶身壁厚 （１）根据设计， 我们首先设定瓶身 壁厚 ｔ＝１ｍｍ， 则瓶身内半径 ｒ＝Ｒ－ ｔ＝ ２１．５－ １＝２０．５ｍｍ 图 ３ 显示了瓶的不同壁 厚（０．８— ４．０ｍｍ）， 瓶身外半径与瓶身内应力之 间的关系，
●管亦武
包装的结构设计在整个包装设计 体系中占重要位置， 可以说是包装设 计的基础。设计出的包装的结构性能 如 何 ， 将 直 接 影 响 包 装 件 的 强 度 、刚 度、稳定性和使用性， 即包装结构在流 通过程中是否具有可靠地保护产品和 方便运输、销售等各项使用功能。同 时， 结构设计还涉及是否为造型设计 和装潢设计创造良好条件的问题。［１］。
技术·论文
化妆品塑料包装容器的结构设计
ＣＯＳＭＥＴＩＣ ＰＬＡＳＴＩＣ ＰＡＣＫＡＧＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＤＥＳＩＧＮ
［摘要］本文通过对某品牌化妆品的塑料包装容器结构设计过程的分析和计算， 说明 了塑料制品设计的方法、步骤和基本理论。 ［关键词］包装容器、塑料制品设计、结构设计
Ｔｈｉｓ ａ ｒｔｉｃ ｌｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒｉｂ ｅ ｓ ｔｈｅ ｍｅ ｔｈｏｄ ， ｐ ｒｏｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎｄ ｂ ａ ｓ ｉｃ ｒａ ｔｉｏｎａ ｌ ｔｏ ｄ ｅ ｓ ｉｇ ｎ ｔｈｅ ｓ ｔｒｕｃ ｔｕｒｅ ｏｆ ｐ ｌａ ｓ ｔｉｃ ｐ ａ ｃ ｋａ ｇ ｅ ｂ ｙ ｃ ａ ｌｃ ｕｌａ ｔｉｎｇ ａ ｎｄ ａ ｎａ ｌｙｚｉｎｇ ｍｅ ｔｈｏｄ ｆｏｒ ａ ｃ ｅ ｒｔａ ｉｎ ｂ ｒａ ｎｄ ｃ ｏｓ ｍｅ ｔｉｃ ｐ ｒｏｄ ｕｃ ｔｓ ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ： ＰＡＣＫＡＧＥ ＣＯＮＴＡＩＮＥＲ， ＰＬＡＳＴＩＣ ＰＡＣＫＡＧＥ，ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＤＥＳＩＧＮ
２．２ 瓶身外直径设计 首先， 为了确定瓶身外直径， 我们 进行了一次小型的手握围尺寸调查， 调查人数为 １５ 人， 均为目标消费群体 中的成年女性， 她们认为抓握感舒适 的 瓶 身 周 长 分 别 为 ： １３４ ｍｍ、１１１ ｍｍ、１３０ ｍｍ、１３４ ｍｍ、１３０ ｍｍ、 １３２ ｍｍ、１４０ ｍｍ、１４５ ｍｍ、１６８ ｍｍ、１３６ ｍｍ、１５４ ｍｍ、１７５ ｍｍ、 １２０ ｍｍ、９６ｍｍ， １３５ｍｍ．。 取 数 值 范 围内的中间值 １３５ｍｍ。 以 此 求 出 瓶 身 外 半 径 Ｒ＝１３５ ／ ２π≈２１．４９ｍｍ， 取 Ｒ ＝２１．５ｍｍ， Ｄ ＝ ４３ｍｍ 故 瓶 身 的 周 长 Ｌ ＝２πＲ ＝ １３５．０９ｍｍ， 通 过 查 阅 《人 机 工 程 学 手 册》可知， 成年人的赤手拇指中指手握
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中国包装工业 ２００８．６
为： Ｓ＝ＲＰ ／２ｔ＜＝［σ］， ［σ］＝ ６３．７０ＭＰａ Ｓ： ＲＰ ／２ｔ ＝（２１．５ ×０．８６） ／（２ ×１） ＝
９．２４５（ＭＰａ ）＜６３．７０ＭＰａ 由此可证壁厚 ｔ＝１ｍｍ 符合内压强度 要求。
２．６ 瓶颈和瓶肩设计 瓶颈和瓶肩是体现瓶体垂直载荷
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另外， 我们在塑料容器底部和肩 部的内外表面转角处， 均使用了圆角 过渡， 其原因如下：
（１） 两个面相交的尖角处由于应 力 集 中 ， 在 受 力 、冲 击 、振 动 时 易 出 现 破坏； 而圆角可分散应力， 降低应力集 中， 提高容器制品强度。
（２） 圆角有利于克服尖角时因壁 厚不均而产生的缩孔等缺陷。
包装结构设计的原则可以概括为 下列几点： 科学性、可靠性、经济性、美 观性。
科学性原则就是应用先进正确的 设计方法， 应用合适的结构材料及加 工工艺， 使设计标准化、系列化和通用 化 ， 符 合 有 关 法 令 、法 规 ， 产 品 适 应 批 量生产。
可靠性原则就是包装结构应具有 足够的强度、刚度和稳定性， 在商品流 通过程中能承受住各种外界因素的作 用和影响， 包装件在贮运、启封和使用 中都符合设计要求。
造型和装潢设计中的美学要求， 其中 包 括 结 构 形 态 六 要 素 ： 点 、线 、面 、体 、 色彩和肌理； 结构形式六法则： 安定与 轻 巧 、对 称 与 均 衡 、对 比 和 调 和 、比 例 与尺度、节奏与韵律、统一与变化。
２． 塑料包装容器结构设计分 析和相关计算
此次塑料包装制品设计的内容是 包装容器， 包装容器中的产品为 １５０ｍｌ 透明爽肤水，包装材料已经选定 为 ＰＥＴ（ 聚 酯 ） 材 料 ， 包 装 形 式 为 透 明 瓶， 采用表面印刷。基于以上条件， 结 构设计相关计算方法与步聚如下。 ２．１ 瓶形结构
因为瓶子在开启或堆放时都会受 到垂直载荷作用， 垂直载荷强度随壁 厚的减小而成比例降低。由图 ５ 可知： 瓶肩垂直曲率半径越大， 平均载荷强 度越大。考虑到这些因素， 为了保险起 见， 将瓶肩高度定为 ｈ１＝３ｍｍ， 并且带
图 ５ 瓶肩形状与垂直曲率半径 Ｆｉｇ ．５ Ｂｏｔｔｌｅ ｓ ｈｏｕｌｄ ｅ ｒ ｓ ｈａ ｐ ｅ ａ ｎｄ ｖｅ ｒｔｉｃ ａ ｌ ｃ ｕｒｖａ ｔｕｒｅ ｒａ ｄ ｉｕｓ
又因为瓶身内应力计算公式为： δ＝Ｐ（Ｒ２ 十 ｒ２） ／（Ｒ２－ ｒ２）
式中： Ｐ 为瓶内压力， 那么： Ｐ＝δ（Ｒ２－ ｒ２） ／（Ｒ２ 十 ｒ２） ＝１８ ×（２１．５２ － ２０．５２ ） ／（２１．５２ ＋ ２０．５２ ） ＝ ０ ．８ ６ ＭＰ ａ 而 瓶 身 环 状 应 力．ｓ 的 校 核 公 式
对于瓶颈和瓶肩， 影响垂直载荷 强 度 的 因 素 是 瓶 肩 倾 斜 角 （ α） 和 瓶 肩 长度（ Ｌ） 或瓶肩高度（ Ｈ） 。合理地确定 瓶肩倾斜角可使瓶颈所受垂直载荷能 部分地分解到瓶身上， 改善瓶肩受力 状况。
根据经验， 我们设计瓶肩宽大于 相应瓶肩倾角， 瓶肩窄小于相应瓶肩 倾角。另外， 在瓶肩与瓶身结合处， 我 们采用了较大的过渡半径（ Ｒ） ， 以降低 该处应力集中， 提高瓶体的垂直载荷 强度。
２．５ 瓶底圆角半径 瓶底结构设计的好坏， 直接影响
瓶体强度。瓶身与瓶底角隅处应采用 大曲率渐变过渡， 否则会使该处吹塑 厚度过小和应力集中， 易产生凹陷和 破坏。
本课题中经过造型修饰后， 瓶身 下端壁厚最大处的外直径 Ｄ ＝ ３９．５ｍｍ， 壁厚 ｔ ＝１ｍｍ。因此选择图 １ 所示的瓶底圆角类型， 这一型瓶底圆 角刚好处在瓶根处， 这样可以有效解 决因瓶底根壁加厚而带来的凹底缺 陷。此型圆角的尺寸系列见表 １。