淺談瓶罐玻璃輕量化之思考論文
1 輕量瓶的分類及輕量指數(shù)L 值
基于輕量瓶的種種優(yōu)點，它在世界瓶罐玻璃包裝行業(yè)越來越流行，也必將成為中國玻璃包裝業(yè)的發(fā)展方向。
生產(chǎn)輕量瓶，玻璃廠獲益點:
( 1) 節(jié)省每個瓶子的原材料和能耗;
( 2) 機速更快，可生產(chǎn)更多瓶子;
( 3) 提高質(zhì)量，瓶子賣價更高;
( 4) 提高競爭優(yōu)勢;
( 5) 更多產(chǎn)量，增加收入，提高利潤率。使用輕量瓶，客戶獲益點:
( 1) 更好的質(zhì)量，減少灌裝線破損;
( 2) 包裝重量較輕，降低運輸成本;
( 3) 灌裝機的運行速度更快，可灌裝更多的瓶子;
( 4) 每個瓶子較低的單位成本;
( 5) 更好的外觀，更好的市場營銷;
( 6) 提高競爭優(yōu)勢;
( 7) 降低成本，增加收入，提高利潤率。
輕量瓶依據(jù)輕量指數(shù)L 值可以分成4 類，這種分類方法是通過使用一個簡單的公式來確定每個玻璃瓶各自的指數(shù)水平，它適用于所有由行列式制瓶機通過吹-吹法( Blow & Blow ) 、壓-吹法( Press & Blow ) 或小口壓-吹法( Narrow Neck Press & Blow ) 工藝生產(chǎn)的玻璃瓶。
1.1 輕量指數(shù)水平L 值的計算方法( 日本)
圓形瓶: L = 0.44×瓶重( g) /滿口容量( mL) 0.77
正方形瓶: L = 0.396×瓶重( g) /滿口容量( mL) 0.77
橢圓形瓶: L = 0.352×瓶重( g) /滿口容量( mL) 0.77
1.2 輕量瓶分類
第1 類: L>1.4( 正常重量級)
第2 類: 1.0<l<1.4( p="">
第3 類: 0.7<l<1.0( p="">
第4 類: L< 0.7 ( 特超輕量級)
例: 某瓶罐滿口容量375 mL，重量為245 g，則其指數(shù)水平
L = 0.44×245 /3750.77 = 1.12( 圓形)
L = 0.396×245 /3750.77 = 1.01( 方形)
L = 0.352×245 /3750.77 = 0.90( 橢圓形)
玻璃的理論強度和實際強度:
( 1) 玻璃的實際強度為理論強度的1 /100 以下;
( 2) 所用的玻璃產(chǎn)品也僅有實際強度的1 /2 左右;
( 3) 瓶身厚度2.7 mm 以下的玻璃瓶，在成形工序中若內(nèi)表面黏上異物，則機械沖擊強度降1 /2; 如果再加上因異物引起產(chǎn)生的氣泡，則機械沖擊強度又降1 /10。
2 生產(chǎn)工藝的注意點
( 1) 指數(shù)水平超過1.4 的玻璃瓶屬于常規(guī)玻璃重量類別，通常這種瓶罐很適合玻璃的成型。
( 2) 指數(shù)水平在1.0～1.4 的玻璃瓶屬于輕量類別，一般指數(shù)水平超過1.1 的玻璃瓶仍可采用常規(guī)的吹-吹法工藝生產(chǎn)，但在模具設(shè)計時需要特別小心，要特別注意模具質(zhì)量及具備良好的玻璃成型設(shè)備和技術(shù)。指數(shù)水平小于或等于1.1 的玻璃瓶可以通過小口壓-吹法工藝來生產(chǎn)。
( 3) 通常用吹-吹法工藝生產(chǎn)的輕量瓶在瓶身部將帶有“撲氣波痕”( 即所謂兩節(jié)料或斷腰) ，指數(shù)水平越小，該現(xiàn)象越突出。這對于承受外部沖擊及內(nèi)部壓力而言是一個弱點，易出現(xiàn)問題。355 mL 啤酒瓶( 吹-吹法) 、滿口容量375 mL、瓶重245 g。
瓶子的強度取決于瓶身的最弱點，也就是說如果仍然有薄壁部位，瓶子重不等于強度強。典型的吹-吹法工藝產(chǎn)生的撲氣波痕使得瓶身玻璃分布不均勻。為此改善初模的設(shè)計，以抵消或減少瓶壁厚薄不均帶來的風險，進而增加瓶子的強度。采用電腦模擬軟件，準確地設(shè)計出其初坯輪廓，使瓶壁的厚度得以改善，其厚薄分布變均勻。
3 小口壓-吹法
指數(shù)水平在0.7～1.0 之間的玻璃瓶屬于“超輕級”，這類瓶子必須用小口壓-吹法工藝生產(chǎn)。指數(shù)水平低于0.7 的玻璃瓶是“特超輕級”，這類瓶子也必須用小口壓-吹法工藝生產(chǎn)，但需要更可靠的玻璃成型專門技術(shù)。小口壓-吹法工藝能運用于任何組數(shù)、任何料滴數(shù)和任何模具中心距。行列式制瓶機需帶電子定時，并帶有效的模具冷卻系統(tǒng)，比如初/成型模側(cè)的垂冷或軸向冷卻，并且要有真空輔助。其它所需的基本成型設(shè)備為一套自動料滴重量控制系統(tǒng)及能在較低的操作氣壓下運行良好的沖頭機構(gòu)。擁有完善的設(shè)備來嚴格控制從玻璃“原料”到“成品出貨”的過程。小口壓-吹法工藝的.成功不僅依賴于良好的玻璃成型機械和模具設(shè)備條件，還依賴于整個生產(chǎn)過程。
3.1 小口壓-吹法工藝生產(chǎn)中的一些重要要求
( 1) 全自動配料車間來處理原料，以保證玻璃液的一致性;
( 2) 熔窯玻璃液面應(yīng)該維持在1.0 mm 的波動范圍內(nèi);
( 3) 料滴重量應(yīng)該維持在小于1%的偏差范圍內(nèi);
( 4) 行列式制瓶機應(yīng)該維持在最佳的條件下使用;
( 5) 伺服電子式的翻轉(zhuǎn)、鉗瓶、撥瓶、供料機、剪刀和料滴分配裝置等都是必不可少的;
( 6) 模具設(shè)備應(yīng)維持在極佳條件下，使用沖頭、初型模和悶頭的容量要保持在可接受的公差范圍內(nèi);
( 7) 因為小口壓-吹法工藝需要在更高的機速下運行，所以初/成型模應(yīng)該采用合金鑄鐵或者更好的材料來承受更高的成型溫度、扭曲和磨損;
( 8) 口模應(yīng)該采用銅合金或者更好的材料;
( 9) 沖頭應(yīng)該采用司鈦立#12 或者碳化鎢噴焊，沖頭一般是不維修的，一旦受損就要作報廢處理;
( 10) 需要熱端和冷端噴涂來增加較薄玻璃壁表面的強度及減少摩擦。
3.2 小口壓-吹法中工藝基礎(chǔ)和前提條件
( 1) 玻璃分布的控制;
( 2) 玻璃強度的控制;
( 3) 隨瓶重減輕而不斷增加的機速;
( 4) 目前世界上對沖壓的沖頭和供料機沖料機構(gòu)均采用高精度的傳感器，它可極大地提高小口壓-吹法工藝精準度和技術(shù)水平。
最佳的輕量瓶生產(chǎn)工藝過程需要較長的重熱時間。良好被動重熱的初坯內(nèi)外表面在成型過程一直要與金屬接觸，正吹氣前，需要一個相對低的降溫梯度。重熱過程可消除玻璃與初型模/沖頭接觸面的微小損傷。
輕量化不僅僅靠行列式制瓶機，而是事關(guān)從玻璃原料化學檢驗到整個生產(chǎn)工藝的綜合技術(shù)。吹-吹法與小口壓-吹法縱向剖面的比較。
4 生產(chǎn)玻璃瓶輕量化的要素
4.1 玻璃的均勻性、均溫性
( 1) 減少玻璃液中的氣泡、結(jié)石;
( 2) 熔窯/供料道的燃燒情況、出料量、條紋等;
( 3) 提高碎玻璃的品質(zhì);
( 4) 使料滴溫度均一;
( 5) 消除料滴溫度差異;
( 6) 讓玻璃液均等地延伸;
( 7) 供料機效率。
4.2 玻璃瓶內(nèi)表面缺陷( 內(nèi)部異物對策)
由于是輕量瓶，瓶壁很薄，瓶內(nèi)面如有微小雜物，灌裝時非常容易碎裂。它一般是由以下原因引起的:
( 1) 脫模劑引起的碳異物;
( 2) 模具配件、機械配件的磨損產(chǎn)生的屑粒;
( 3) 溜料槽材質(zhì);
( 4) 沖頭與玻璃液間的金屬磨損;
( 5) 剪刀片的金屬磨損;
( 6) 悶頭與漏斗;
( 7) 口模和初型模間的金屬磨損;
( 8) 口環(huán)與沖頭之間的金屬磨損。
解決方法為:
( 1) 清理沖頭定位器;
( 2) 清理正吹氣和沖頭冷卻氣;
( 3) 增強沖頭材質(zhì)，消除磨損;
( 4) 足夠的重熱時間;
( 5) 提高玻璃液的熔化質(zhì)量;
( 6) 清潔溜料槽系統(tǒng)，正確地涂層。
4.3 玻璃瓶厚度分布( 四周方向、高度方向)
為了改善瓶的圓周方向、上下( 高度) 方向的瓶身壁厚分布，應(yīng)做到:
( 1) 最合適的初坯設(shè)計;
( 2) 玻璃液溫度、模具溫度穩(wěn)定，測量模具溫度并且進行控制;
( 3) 下料料滴要垂直地落入模腔。
4.4 玻璃瓶外表面保護( 冷/熱端噴涂)
玻璃瓶的輸送、搬運過程要防止瓶間碰撞，防止外表面產(chǎn)生傷痕。
( 1) 適當增加熱噴量且均勻噴涂;
( 2) 冷噴劑呈霧化狀態(tài);
( 3) 實施冷熱雙噴涂;
( 4) 提高玻璃瓶的滑動性。
4.5 退火
減少玻璃瓶內(nèi)部殘余的應(yīng)力，保證玻璃瓶的強度。
( 1) 最合適的溫度上升、下降曲線;
( 2) 最合適的退火的時間。
4.6 自動檢驗( 強度、瓶壁厚度檢查)要去除不良瓶，檢驗線上應(yīng)配備:
( 1) 底部、瓶身部的負荷檢驗機( BIT: 瓶子撞擊測試機; QS: 撞碎測試機) ;
( 2) 瓶身厚度檢查機。
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