瓶罐玻璃瓶几种制瓶工艺差异对比

四川天马玻璃 田文忠

通过对比分析了吹- 吹法和压- 吹法（大口压吹和小口压吹）两种成型方法的异同,找出两种成型方法共性的技术问题,以使玻璃瓶成型操作者对两种成型方法有较系统的认识,便于某些介于两种成型方法均可使用的玻璃瓶确定适合的生产成型工艺。

1 　玻璃瓶成型的工艺过程

自1925 年第1 台4 组行列式制瓶机研制成功至今,从单滴料到双滴料、三滴料甚至多滴料生产,从单组机到12 组机甚至16 组机,七十余年的演进变化,行列式制瓶机已成为玻璃瓶生产的主流机型,其产品产量占玻璃瓶总产量的80 %以上。吹- 吹法(BB) 和压- 吹法(PB) 作为行列机的两种成型方法,适应着各式各样的玻璃瓶罐的生产。

1. 1 　吹- 吹法( Blow and Blow)

吹- 吹法经入料、扑气、倒吹气、初型翻转、重热与延伸、正吹气、钳瓶、瓶子冷却及输送等过程完成玻璃瓶的成型。入料:由滴料式供料机经料滴制作过程供给初型模合适的料滴。料滴经分料机构分料依次经导料系统落入初型模。扑气:料滴经漏斗落入初型模,由第1 次闷头完成扑气,经与芯子、套筒配合完成瓶口成型。倒吹气:芯子下降后,让出倒吹气通路,由压缩空气完成初型。

初型翻转:初型经由初型模翻转到成型模上方。重热与延伸:在倒吹气结束和正吹气开始之前,初型进行重热并延伸。正吹气:经吹气头由压缩空气将初型吹制成与成型模相符合的形状。钳瓶:在成型模打开后,完成将玻璃瓶从成型模取出移至停滞板上方。瓶子冷却及输送:玻璃瓶在停滞板上方经过冷却,由拨瓶机构移至输送网带。

1. 2 　压- 吹法( Press and Blow)

压- 吹法又分为大口压- 吹法和小口压- 吹法(NNPB) 。压- 吹法经入料、冲压、初型翻转、重热与延伸、正吹气、钳瓶、瓶子冷却及输送等过程完成玻璃瓶的成型。入料:除受料位置异于吹- 吹法外,其余工艺过程与吹- 吹法相同。冲压:玻璃料滴亦经漏斗落入初型模,经冲头冲压使玻璃料滴形成初型。初型翻转:与吹- 吹法相同。重热与延伸:指冲压后到正吹气开始前的过程,其重热原理与吹- 吹法相同。正吹气:除在吹气头的加工方面有所不同,其过程与吹- 吹法相同。钳瓶:与吹- 吹法相同。瓶子冷却及输送:与吹- 吹法相同。

2 　玻璃瓶成型方法的异同点对比分析

2. 1 　吹- 吹法与压- 吹法成型的相同点

相同点之一:入料。第1 ,对料滴形状的要求。料滴形状以其是否适合初型模内腔的形状为判定标准。对于吹- 吹法,因其初型模多为细长形,相对于料滴,也以细长形为主。尽量调整供料机的各个与料滴形状有关的参数,使制作的料滴形状与初型模的内腔形状相似或相近,以最大限度地减少因料滴形状不适合初型模内腔形状而造成的条纹、气泡等成型缺陷。对于压- 吹法,因其初型模多为粗短形,其料滴形状与吹- 吹法所需要的料滴形状正好反。而尤为需要注意的是吹- 吹法生产需要的料碗要稍微小一些,压- 吹法则稍大些,小口压- 吹法则比上述两者都要小一些。因料碗的尺寸直接决定于料滴的直径和重量,是一个比较关键的工艺参数。吹- 吹法的料碗直径依经验公式(玻璃瓶重量×0. 041 + 34) mm 选定;压- 吹法的料碗直径依经验公式(玻璃瓶重量×0. 055 + 36) mm 选定(玻璃瓶的重量以g 为单位) 。第2 ,对流料系统的要求。流料系统由中间滴料管、料瓢、直料槽、转向槽组成。对于是否设置中间滴料管机构,一般依以下基准判定:料滴从剪切后落入分料器的漏斗时能否准确对正中心。若能对正可不使用中间滴料管。中间滴料管的直径约为料碗直径的四分之三。对于料瓢和直料槽一般采用同一系列的尺寸,而对于转向槽的选定要求则比较严格,转向槽的分类也比较细致。表1 有助于对流料系统的尺寸进行选择。除对流料系统的尺寸要求外,其内表面的涂层也相当重要。流料系统经预涂在其表面形成一层隔离膜,减小流料过程中的温降,使料滴接触流料系统的表面温度与不接触流料系统的表面温度的温差最小,料滴落入初型模时其外表面的温度趋向一致。同时,有助于料滴更顺滑地落入初型膜。流料系统预涂前首先要经清洗,在400 ℃以下脱脂,再进行涂刷,每次涂刷后干燥30min ,连续进行3 次,然后自然干燥24h ,经烘炉120 ℃烘烤3h ,修理流料系统中的涂层均匀后即可备用或投入使用。烘烤温度不同,烘烤的时间也不尽相同。110 ℃需烘烤4h ,120 ℃需烘烤3h ,130 ℃需烘烤1. 5h ,140 ℃需烘烤50min ,150 ℃需烘30min。经过预涂的料瓢一般每月更换一次,而直料槽、转向槽则视具体情况,3 个月甚至更长时间更换一次。第3 ,对于漏斗的要求。漏斗的形状为喇叭形,其与初型模上端接合部位的直径为关键尺寸,其直径比初型模上部直径小1～2mm。而对于漏斗设计在初型

模(初型模的上方带有漏斗形状并起漏斗作用的一种初型模) 上的情形除外。相同点之二:初型翻转。初型翻转机构有恒定液压缓冲翻转机构和电动翻转机构(又称伺服翻转机构)两种。无论采用何种形式,均需达到平稳地将初型由初型侧翻送到成型侧。翻转速度的过快过慢均可造成底部的玻璃料分布不均匀,导致玻璃瓶的均匀度不良。另外,翻转机构在初型侧和成型侧分别要保持口钳与口模成型装置的相互垂直,口钳与成型模的相互垂直,口钳与口部成型装置须适度配合,口钳在成型模上方保持0. 75～1. 75mm 的间距,有利于预防玻璃瓶口颈部裂纹和形成良好的初型。相同点之三:重热和延伸。两种成型方法在重热和延伸的间隔上是一致的,只在描述上有所差异。第1次重热在倒吹气结束(冲头下) 后、初型膜打开前进行;第2 次重热在初型模打开后至正吹气开始前进行,且第2 次重热伴随着延伸。重热利用玻璃自身的热量使初型的内外表面温度趋向均匀,使内外表面重新软化,减少了因与金属模具相接触或倒吹气所造成的温差。这对于玻璃瓶壁厚分布、表面皱纹的消除极为有利,因其不受机械动作时间分配的影响,是独立的工艺过程,且由于初型玻璃在自重作用下的延伸过程直接影响成型后的瓶壁分布,所以比较重要,其重热和延伸的时间随机速和玻璃瓶的重量的不同而略有差异,一般在3～6s 之间。对于重量大于或等于容量的玻璃瓶,重热时间较短;对于重量小于或等于容量的玻璃瓶,重热时间较长。极重或轻量玻璃瓶的重热和延伸时间因其成型工艺的特殊性有所不同。国外出现的1∶2 成型法,即一个初型模供两个成型模初型的生产方式是为了增加重热和延伸时间的最好例证。相同点之四:正吹气。压- 吹法尤其是大口压- 吹法因玻璃瓶口部直径较大,易于变形,因而吹气头的设计上有所不同。但正吹气所需的压力和时间大致相同。正吹气的压力以0. 08MPa 为宜,过低不宜成型起不到冷却作用,过高易造成瓶身及口部裂纹等成型缺陷。随着成型机速的提高,在正吹气的同时以真空辅助成型也被广泛采用,以增加冷却效果。以垂直冷却替代传统的冷却方式—模具两侧风冷也日益普及。相同点之五:钳瓶。钳瓶机构与初型翻转机构有着同样的形式和性质。调整时钳移器在成型模上方的垂直(间距以钳瓶爪下部与瓶口加强环下部对齐为准) 和在停滞板上方的垂直(间隙以瓶底部与停滞板上方保持4～6mm 为宜) ,避免钳瓶过程中造成玻璃瓶口部和身部的变形缺陷。在钳瓶爪的设计和使用上要防止

产生新的裂纹和变形,其材料一般采用散热性能良好的黄铜,要求较高时采用石墨制作嵌入式钳瓶爪。相同点之六:瓶子冷却及输送。玻璃瓶经过的最后外部冷却必须充分,以使其固化良好,在输送至退火炉的过程中不再变形。这要求对停滞板冷却风孔及冷却风压力进行合理调整。拨瓶爪应采用隔热材料制成,以石墨材料加工后镶嵌或用石棉布粘贴,使瓶子在输送过程中不与金属直接接触,避免微裂纹产生。

表1 　流料系统的选定依据( 括号内单位为mm)

2. 2 　吹- 吹法与压- 吹法成型的差异

差异之一:口部成型装置不同。吹- 吹法使用小口吹制装置成型过程中芯子上到位,套筒上到位与芯子、口模形成瓶口的内腔,芯子下后实行倒吹气。芯子上的压力适当减小,以减轻对瓶口内腔的冲击,避免机械外力产生裂纹,以0. 08～0. 12MPa 为宜,倒吹气压力应充足,以0. 28～0. 30MPa 为宜。压- 吹法使用大口压吹装置,成型过程中依靠调节螺钉长度调整受料位置,此位置依料滴落入初型模后闷头下落时不压到玻璃料为宜,不同的玻璃瓶可选用与之相适应的调节螺钉。冲头的最佳压制位置以冲头驱动活塞离上止点的间隙为5mm 时为宜。冲头的翻转位置依靠冲头垫管的高度来调节,在不影响初型翻转的情况下,冲头应尽量地高,以利于冷却,冲头与口模的间隙调整在6～7mm 间。冲头垫管的外径依瓶口外径的不同分为3 种,瓶口直径小于70mm ,选用60mm 垫管;瓶口直径在70～83mm ,选用70mm 垫管;瓶口直径在83～90mm ,选用80mm 垫管。其长度从12. 5mm 至112. 5mm 不等,每种垫管的长度差为12. 5mm ,根据玻璃瓶形状的不同和操作经验选用。压制过程中,冲头上的压力以0. 06～0. 08MPa 为宜,尽可能地降低冲头上的压力。冲头冷却的压力约为0. 30MPa 。差异之二:两种成型方法的口部成型工艺不同。吹- 吹法时,口部成型依靠扑气来完成,扑气以不影响料滴正常落入初型模为前提,尽量提早,且扑气时间不易过长,以能形成完整的瓶口为宜。生产皇冠口玻璃瓶以20°的定时间隔为宜,生产螺纹口玻璃瓶以30°的定时间隔为宜,生产特殊瓶口玻璃瓶可适当延长,最长不超过40°的定时间隔,否则应检查各相关的工艺参数是否出现异常。扑气压力保持在0. 30MPa 。压- 吹法时,口部成型与玻璃瓶的重量关系密切,模具的容积与玻璃料滴的重量在设计时应适宜,对玻璃料滴的重量误差要求较高,应在±1g 甚至±0. 5g 间。若重量超过标准值,易出现口部毛刺缺陷;若重量低于标准值,易出现口部不足缺陷。冲压的迟早与吹- 吹法中的扑气时间在原则上相同。差异之三:两种成型方法的初型成型工艺不同。吹- 吹法在口部形成之后还要进行倒吹气以完成初型,加重了对口部的冷却,增加了口部产生缺陷的机会。而压- 吹法在口部成型的同时一并完成了初型,因此,压- 吹法相对地缩短了初型时间,增加了重热和延伸的时间,也就获得了比吹- 吹法更好的均匀度。压- 吹法生产的玻璃瓶壁厚比为1∶1. 25 ,而吹- 吹法最好也仅为1∶1. 75 。

3 　结论

两种玻璃瓶成型方法虽各有不同,且每一种玻璃瓶成型方法只对一种玻璃瓶比较合适,一部分玻璃瓶却既可使用吹- 吹法,亦可使用压- 吹法。在具体到特定的玻璃瓶生产时可灵活运用。故通过对比分析可得出以下结论:

⑴对玻璃瓶两种成型方法进行持续工艺改进和技术创新,做到有的放矢,弥补成型方法自身不足。吹-吹法针对提高瓶身均匀度(俗称“两节料”) ,压- 吹法针对口部变形进行吹气头改进,使之加强口部冷却。

⑵玻璃瓶的两种成型方法的快速转换。首先要有充分的准备,对小口装置与大口装置互换的备品备件的准备,各种工艺参数的预设定,从而缩短停机转换时间,提高生产效率。

⑶适应市场对玻璃瓶需求的不断变化,使可生产的玻璃瓶种类齐全,拓展产品覆盖面,提高产品质量,增强企业的竞争力。