浅论瓶罐玻璃成型

安钢 秦新锋 宋学文 张建礼

（陆军装备部驻秦皇岛地区军事代表室 秦皇岛 066000）

0 引言

玻璃包装容器是能用盖子或塞子密封，可定量盛装各种物料的空心玻璃制品，广泛用作饮料、酒类、化学制品、药品、文教用品和化妆品等。日用瓶罐玻璃是玻璃包装容器的一种，是食品饮料最主要的包装容器，具有透明、易洁净、化学稳定性好、不污染内容物、气密性高、贮存性能优良、造型装饰丰富多采、晶莹剔透、绿色环保等特点，有着悠久的历史，具有其它包装材料无法替代的包装特性，在整个人类社会发展中发挥着非常重要的作用。

瓶罐玻璃种类繁多，有一般瓶罐、带柄瓶罐和管形瓶罐等；按底部形状看有圆形、椭圆形、正方形、长方形、扁平形等瓶罐，以圆形的居多；按瓶口尺寸分，有广口、小口、喷洒口等瓶罐；按瓶罐颜色有无色、有色和乳浊色瓶罐，玻璃瓶罐大多数是清澈无色的，可使内容物保持正常的形象。

成型工艺在瓶罐玻璃生产中是最重要的环节，对瓶罐玻璃的生产质量控制关系最大，了解和掌握好玻璃成型技术对稳定和提高产品质量非常重要。

1 玻璃容器的发展历史

公元前5000年人们就发现了玻璃。我国隋唐以来就有记载。近现代以前，瓶子和餐具一直是用手工吹制的方法生产的。

1880—1890年，发明了“压吹”法和“吹吹”法制瓶工艺。这期间玻璃容器还是半机械化成型。最初玻璃的挑料、模具的开关、雏形和制品的转移是人工操作的，其他则由机械进行。后来成型台发展为转台式，转台由人工成型发展为电动机操纵，再后来除挑料外，模型开关、雏形转移等也逐步为机械操作。

1900年，出现了第一台用电动机传动的制瓶机。

1904—1905年，发明利用初型模浸入玻璃液进行的真空吸料法，几年之内这种全自动制瓶机便开始占据了市场。

1916年，发明滴料式供料机，解决了把玻璃液从熔窑转入初型模的先进性途径，能够广泛地应用于各类制瓶设备。

1925年，在半自动化的基础上发明林取式双转台吹-吹法制瓶机，就是现在广泛使用的行列式制瓶机。

1925—1985年，行列式制瓶机的主力机种是机械定时，机组数量从4组增加到10组，通过组合可以达到12～16组，料滴数量从单滴料到双滴料、3滴料甚至4滴料。其中液压缓冲、自动润滑、机械同步、快换机械机构、平行开启与冷却风最佳配置等多项技术得到创新与发展。从70年代开始，还发展了用压吹法成型小口瓶的新工艺。我国上海晶华玻璃厂在1936年引进了一台林取10型的自动制瓶机，实现了连续自动化大批量的生产。新中国成立后，上海烟草机械厂率先仿制了林取式制瓶机、C型供料机。随后，我国不断研究开发成功解放型制瓶机、行列式制瓶机、回转式制瓶机。我国在上世纪90年代以后，不断改进玻璃成型机械老机型，开发了电子定时系统、电子拨瓶系统、电子伺服分料器、灵活线同步传动系统、变频器多分部同步传动系统、微机调相装置等先进系统，提高了行列机的机电一体化水平。

1980年以后，开始有了电子配时行列式制瓶机，提高了成型的配时精度，满足了高机速多料滴的生产。

2010年以后，我国出现了全伺服行列机，可用电信号进行全控制。在调换品种时输入相关的全套程序可完成整个制瓶系统的改变，速度快且准确。

2 瓶罐玻璃的机械成型

在人类社会发展机械化成型的过程中，主要是解决玻璃液的机器供料，当滴料式供料机发明成功后，玻璃成型才逐步发展全部机械化，广泛地应用于各类制瓶机。

供料机料滴成型的主要步骤：玻璃液通过料道、料盆、在匀料筒下部从料碗处缓慢流出，再经过冲头加速向下挤压，料流变粗，当冲头向上运动时玻璃液流回抽变细，在拉长的料流段由剪刀剪断而成一个料滴，料滴通过大漏斗、导料槽落入成型机的模具中成型，如此往复循环。

目前，玻璃瓶罐和器皿的成型机运动方式主要有行列式成型机和转台式成型机。行列式成型机是分组式的，成型过程是在各组中独立进行的。而转台式成型机在做间歇的或连续旋转的转台上成型制品。它的转台是一个，也可以是两个。第一个（组）转台是成型雏形，第二个（组）转台完成最终成品。

随着科学技术的进步发展，对行列机创新与发展了多项技术，如液压缓冲、自动润滑、机械同步、快换机械机构、平行开启与冷却风最佳配置等一系列的改进与创新。

目前玻璃制品成型机主要有吹吹法和压吹法，都是先从口部来实现机械化成型的。

在两步成型制品时，都是用压缩空气进行吹制的。其基本原理与人工吹制瓶子相同，在料滴通过小漏斗落入初型模后（此过程也叫装料），在小漏斗处通过扑气头吹入压缩空气（称为扑气），与此同时在雏形模下部的口模处，冲头自下而上插入口模内而形成瓶口（也叫顶芯子），等冲头下降退出后向形成的洞穴吹入压缩空气（称为倒吹气），在倒吹气的同时雏形模上面小漏斗移开盖上扑气头（闷头），吹成雏型料泡。

当扑气头（闷头）上升，初型模打开，雏型料泡在被口模夹住的状态下做180°翻转，移送至成型模中，在成型模合上的瞬间，口模放开雏型料泡便完全落入成型模中。在雏型料泡离开初型模进入成型模前，雏型料泡有一个重热过程，达到内外玻璃温度分布均匀。在成型模内，自雏型料泡口部吹入压缩空气（正吹气），形成形状完整的制品。然后成型模打开，钳瓶夹具将制品夹出，再利用拨瓶机构将制品拨送到送瓶机的输送带上，最后再由推瓶机推入退火窑内进行退火。

压吹法通常生产大口瓶，它与吹吹法的区别仅在于初型模中成型方法不同，雏型的内腔是利用冲头压制而成，其他过程都相同。压制出的雏形玻璃瓶壁分布较均匀，成型质量好。生产小口瓶也有采用此类成型机的，相比吹吹法能大幅度地减轻瓶重，比较容易达到轻量化，并且可以大幅度提高机速。但小口压吹法对工艺技术要求十分严格，它的生产是一个系统的工程。

随着玻璃瓶罐生产向自动化方向的发展，逐步实现生产过程的自动消毒、自动灌装、自动密封及自动贴商标等，这就要求玻璃瓶形状和尺寸更准确、机械强度更高，对瓶罐玻璃成型过程提出了更高的要求。

3 行列机机构

行列式制瓶机包括：气动机构、倒料机构、漏斗机构、扑气机构、芯子机构和正吹气机构、初型模和成型模开关机构、初型模和成型模抱钳机构和翻转机构及口钳夹具、成型模垂直冷却机构、钳瓶机构、伺服机构和定时机构、输瓶机和机组框架及内部管路等。

3.1 气动机构

行列式制瓶机的运行大部分是由压缩空气驱动进行动作。

（1）气缸

气缸是将压缩空气的膨胀功（气动能）转化成使活塞及其从动件动作的机械能。目前行列制瓶机上漏斗机构、电子分料器缩回机构、截料机构等使用的是单作用气缸；芯子机构、翻转机构、钳瓶机构是单出轴双作用气缸；扑气机构、模具开关机构是双出轴的双作用气缸；正吹气机构、扑气机构等是双作用一端有缓冲作用的气缸；芯子机构、翻转机构、钳瓶机构、初型模、成型模具开关机构等是双作用两端有缓冲的气缸。

（2）阀

阀是管路中用于控制气体压力、运动方向和流量的组件。气动主控制装置是电子阀箱机构。大部分机构是由电子阀箱中的一条或两条空气管线定时控制的，阀箱中每一管线的功能均相当于一个二位三通柱塞阀。在多数情况下气缸均装有缓冲装置，以避免在活塞行程的末端活塞撞击气缸盖。

3.2 导料机构

玻璃液被供料机剪切形成符合成型要求的料滴后，料滴按一定的顺序准确地分配到行列机各组的初型模正中，这个程序就得由导料机构来完成。导料系统包括分料器、截料器、接料勺、流料槽、冷却水系统等。

（1）分料器

分料器是一种摆动式的料滴分配装置。每台制瓶机使用一套，安装在制瓶机横梁中部的上顶平面上。其作用就是固定和支承一个（单滴料）、二个（双滴料）或三个（三滴料）料勺，并使其同时动作，直接将供料机剪下的料滴通过流料槽系统依一定的导料次序导入各机组的雏形模中。目前行列机使用的分料器基本是电子分料器，应用于各型单滴料、双滴料、三滴料的制瓶机上。分料器的主要组件是大漏斗和料勺，要通过冷却水系统对分料器进行冷却降温，按一定的频率向大漏斗和料勺喷油或喷水乳液，以便于料滴顺利地通过流料槽系统。在大漏斗和料勺的上面有一个截料器装置，通过一个气缸来控制截料板动作。

（2）流料槽系统

把料滴从供料机料盆、料碗孔依次输送至各机组的初型模中，料勺是流料槽系统中的一个运动部件，由分料器带动，由轻质铝合金或耐热不锈钢制成，在料勺底部壁内设有水冷却通道。直槽和转向槽均为铸铁制成，直槽安装在上端的一个支架上，下端安装在转向槽支架上的调整螺钉上，可以通过调整高度与转向槽对准。转向槽一端也安装于转向槽支架上，另一端有一调整器，可以进行位置调整，以使转向槽对准初型模中心，确保料滴落入初型模的合适位置。

3.3 漏斗机构、扑气机构、芯子机构和正吹气机构

（1）漏斗机构

在初型模装料前，小漏斗先置于其上，保证料块顺利地落入初型模中心，在扑气时，小漏斗支承扑气头，使扑气均匀；小漏斗配合扑气工作，通过装在小漏斗上的配气阀控制扑气。漏斗机构用来支承小漏斗臂，当下料时把小漏斗移到初型模上，料滴通过小漏斗进入初型模。漏斗机构由小漏斗、漏斗臂、支架、活塞、阀门等部件组成。

（2）扑气机构

扑气的作用是将压缩空气通入初型模内迫使玻璃料向下进入口模并充分充盈，以便制成瓶头。扑气结束，扑气头又做初型模的底，参加倒吹气的工作。扑气机构用来支承闷头臂及闷头，并带动它们完成上下往复和旋摆动作。在用压吹法生产时，用来为初型模封底，在压吹工艺中因无扑气功能，故往往称之为闷头。

（3）芯子机构

芯子机构是成型瓶口和瓶头端面以及制作气穴的设备。在倒吹气时，压缩空气由气穴进入玻璃料内，吹成雏形。在压吹法生产大口瓶时，将冲头机构装在主体部分上，在吹吹法生产小口瓶时，卸下冲头机构换上芯子机构。

（4）正吹气机构

正吹气机构是用来把吹气头移到成型模上，并向成型模输送压缩空气进行初坯的终吹和瓶子的内冷却。正吹气机构位于机组框架前方的左侧，装配时用一个工装进行定位，并用4个螺钉固定在机组框架顶面上。主要组成零部件有吹气头、吹气头支架、配气阀、吹气阀、活塞、气缸、活塞杆、凸轮和吹气头臂等。

3.4 初型模和成型模开关机构

（1）初型模开关机构

在玻璃料滴供给至各成型机组之前，外接高压气经阀箱至气缸推动活塞向关闭方向移动，通过活塞杆联杆带动中间的三臂曲柄以逆时针方向旋转，三臂曲柄利用两根长联杆带动装有内花键的左右两根联杆臂，使两根联杆臂产生一个向外的对称旋转运动，联杆臂又通过花键轴带动初型模抱钳机构使初型模关闭。当料滴进入初型模制成初坯后，来自阀箱的低压操作空气经气缸后盖气孔进入气缸，推动活塞向打开方向移动。使活塞杆联杆带动中间的三臂曲柄以顺时针方向旋转，两长联杆产生一个向里的对称旋转运动，再通过花链轴和初型模抱钳机构使初型模打开。

（2）成型模开关机构

成型模开关机构的工作原理基本上与初型模开关机构相似，当口钳机构将瓶罐初坯翻转至成型模位置时，来自阀箱的低压操作空气进入三路滑阀一端，推动配气阀芯移至另一端，使来自成型模侧水平岐管组中的低压操作空气与成型模开关气缸的关闭方向气路接通，驱动成型模关闭。当瓶罐产品在成型模内成型后，阀箱相应的气路被切断，柱塞阀的阀芯在弹簧作用下复位，使来自成型模侧水平岐管组中的低压操作空气与成型模开关气缸在打开方向的气路接通，驱动成型模打开。

3.5 初、成型模抱钳机构、翻转机构及口钳夹具

抱钳机构的作用是支承初型模和成型模抱钳，借助花键轴传递来的扭矩，驱动初型模和成型模抱钳的开和关。初型模抱钳机构主要由支架、抱钳、定位心轴、助力气缸、配气阀、联杆、摇臂、花键轴等组成。成型模抱钳机构结构基本上与初型模抱钳机构相似，主要由支架、抱钳、定位心轴、联杆、摇臂、花键轴等组成。

口钳翻转机构用来将口钳连同制品的雏形由初型模送往成型模，并使雏形由倒置翻转180°为正立，以便进一步吹制成型，并在返回过程把口模由成型模侧送回初型模侧。翻转机构的主要构成包括双作用气缸体、上下气缸端盖、活塞、带有齿条的活塞杆、位于气缸两端的行程调节装置及缓冲装置等。

口钳夹具用来支持和定位口钳。将口钳翻转机构和口钳夹具机构搭配使用，即可将料坯从初型侧移到成型侧，并按工艺要求打开和关闭口模。口钳夹具装在成型模支架上，它由阶梯轴、左右气缸、左右轴套、翻转齿轮、限位螺母、口模夹钳以及弹簧和导板所组成。

3.6 成型模垂直冷却机构

成型模垂直冷却机构的作用是能够支撑模底板，并且向成型模开孔供给冷却空气，以控制模具的散热；在应用辅助真空时，从定位在机构外部的真空阀向模底板进行抽真空，对成型模腔应用真空辅助成型。

成型模垂直冷却机构可向成型模底部供应冷却空气，并通过安装在底盘下的蝶形阀进行调节，成型模必须按照模具设计手册中的相应规格进行钻孔，此机构安装在组框架的成型侧。安装在组框架上的左侧导轨可固定垂直冷却机构（能够调节高度），并在垂直方向上为其导向。机构由一个上支架和一个下支架组成。冷却空气会通过底盘从底部进入下支架，而上支架则可作为这些冷却空气的增压室或压力平衡室，从而为成型模提供均匀的冷却空气。真空管路深入到壳体上端内部，在其弯折处设有一个通风盖，可防止成型模内累积过大压力。

3.7 钳瓶机构

钳瓶机构是通过运动部件带动钳瓶臂旋转，从而实现将瓶子从成型模中移至输瓶机停置板上。行列式制瓶机上配置的钳瓶机构有单齿条循环油液压缓冲钳瓶机构和伺服钳瓶机构。

单齿条循环油液压缓冲钳瓶机构主要由上缓冲器、上油缸体、抬头气缸、顶杆、上支架、支架、偏心衬套、带齿条活塞、下气缸盖、下油缸体、下缓冲器、气缸、齿轮调节装置组成。单齿条钳瓶机构的气缸内配有气动的双作用活塞。活塞在齿条驱动下，钳瓶臂可以进行大约180°的扫动。当活塞上行时，钳瓶臂转出（至停置板），当活塞下行时，钳瓶臂转入（至成型模）。执行转出和转入动作以及执行钳瓶动作的操作气是由电气阀箱控制。

伺服钳瓶机构主要由伺服电机、蜗轮减速箱、钳瓶臂、测量筒、底座、外接头、关闭阀、阀针、调节轴、固定销、阀芯、连接块、调节杠杆、冷却风管等组成。伺服钳瓶机构上钳瓶臂的运动由伺服电机控制。伺服电机通过联轴器与蜗轮减速器蜗杆相连，钳瓶臂固定轴穿过蜗轮孔固定在减速器上，钳瓶臂壳体通过两个平键与蜗轮相连。工作时伺服电机驱动蜗杆和蜗轮旋转，蜗轮带动钳瓶臂旋转使得钳瓶夹具平稳地到达成型模上方。钳瓶夹具的动作由阀箱“钳瓶”气路控制。阀箱来气进入外接头、气路连接块驱动钳瓶夹具抓住瓶子。伺服电机驱动钳瓶臂转向输瓶机冷却风和停置板上方，阀箱相应气路断开时，钳瓶钳张开，瓶子放到输瓶机停置板上。

3.8 伺服机构和定时机构

（1）伺服机构

伺服机构是用伺服电机通过联轴器、变速箱或者滚珠丝杠等与执行机构连接，利用伺服电机可以灵活控制和精确定位的特性，用计算机可编程控制伺服电机来驱动机构的运行，取代气动驱动机构的运行，用电子凸轮取代机械凸轮，电子缓冲取代液压缓冲。伺服电机驱动的机构按照设定的凸轮曲线和速度实现定时、定位、定曲线，达到机构的稳定运行和精确定位，节能降耗，降低噪音，简化结构，提高机速。

（2）定时机构

电子定时控制是以电子控制器（包括计算机）和电子控制的阀门组件来取代机械转鼓-阀钮控制的配气装置。它把转鼓上各个阀钮随着转鼓的转动依次打开或关闭某一气路的动作，变为由电子控制器依照一定的时序送出电脉冲启闭电磁阀以控制某一气路。定时程序的设置与修改很容易，可以在离开机器相当距离的控制盘上进行，也能在机器运转中实行。利用计算机编制和更换程序的灵活性，能够实现各种制瓶生产所需的特殊操作，以提高机器的生产效率、生产质量、改善操作工人的劳动条件。行列式制瓶机的各个机构的动作基本都是气动的，早先的成型控制信号是由定时转鼓的阀钮设定来控制的，后来实现了电子配时，大大提高了成型的配时精度。电气阀箱可以将成型控制系统的电信号转换成气动信号，从而直接或通过电磁阀来启动各个气动机构和设备。

3.9 输瓶机和机组框架及内部管路

（1）输瓶机

输瓶机位于行列式制瓶机成型模侧，用以承接自成型模钳出的已经成型好的玻璃瓶并加以冷却，然后由拨瓶器将玻璃瓶拨至运动中的无声链输瓶带上，被平稳、迅速地送至退火炉前端，以便推瓶机将这些玻璃制品推入退火炉炉体中。输瓶机由配有3条管道的横梁构成，两端各有一个支撑装置支撑。两个支撑柱固定在成型侧的机器底座上。冷却空气通过位于两端支撑装置上的两条上部管道供给。冷却空气从上部管道出来后，通过输瓶机网带下的冷却板钻孔，对从成型模取出来是容器进行冷却。输瓶机网带的高度可以通过两个电机（每个支撑柱一个）来进行调整，从而适合容器的实际尺寸，可根据左侧或右侧落料的情况来布置输瓶机。

（2）机组框架及内部管路

机组框架是用来固定各制瓶机构，使其保持在正确的位置，固定外来的压缩空气、真空、冷却风管路。并将从阀箱来的压缩空气供输至各机构，同时用来作为模具冷却风的空气室。由机座、立柱、横梁、定时转鼓托架等组成。行列式制瓶机使用的压缩空气和真空有三条主要的连接管线，即两条压缩空气管线和一条真空管线。为行列机提供的压缩空气必须清洁和干燥，要安装有空气干燥和过滤处理系统。低压空气主要用来驱动大部分成型机构，高压空气主要用来驱动某些机构和用于扑气、内冷却正吹气、倒吹气和芯子冷却及芯子上升等。制瓶机采用真空，主要用于初型模真空辅助和成型模真空成型。制瓶机玻璃成型操作中冷却风主要使用在初型模和成型模的冷却，停置板冷却瓶子和供输瓶机下部网带冷却。

4 瓶罐玻璃模具

模具在瓶罐玻璃生产中占有重要的地位，在一定形状、内腔的模具内成型，其质量很大程度上取决于模具质量，包括模具的设计、材料、加工精度和维修质量等。制瓶机完成一件产品的过程，基本上是靠操作模具的动作顺序来实现的，模具是行列机中的一个重要的部件，它的损坏不仅是模具本身的损失，还会产生大量的产品缺陷，甚至使产品报废。

随着3D软件的发展，玻璃瓶及模具的设计由平面CAD逐渐过渡到3D软件，实现模具的快速设计。通过建立模板，关联传统的设计参数，在3D设计软件中快速修改、调整，实现雏形（初型）图理论上的设计。通过对冷却系统，模拟玻璃瓶初型到成型的料形变化过程，来进一步验证料型是否准确，冷却系统是否合理，进而完成整套模具的设计，但最终还需要进行试样模具上机验证，确定批量成品模具图。

在吹吹法制瓶生产模具里，其中的口板与口模之间的接缝线、芯子与口板之间的接缝线以及口模合缝线最为重要，它们起到了瓶口密封的关键作用。初模与成模等的边缘与四角加焊硬质合金，以防止模具在开、合时撞击造成磨损或者损伤，在模具返修时也要注意喷以硬质合金加以修补。

在现代制瓶过程中除了要用压缩空气对玻璃料滴进行倒气、扑气与正吹气等吹制工序，其模具还必须适时地排除其模腔空间里所占有的气体，让出空间使得玻璃液迅速贴紧模腔，生产出合格的玻璃瓶。初模侧模具的排气包括芯子的排气、口模的排气、初模的排气、闷头的排气等。成模侧模具的排气包括成模模壁处的排气孔、模底部的排气、吹气头的排气等。排气平槽的深度一般仅相当于一根头发丝，在验收新模具时要特别注意测量其加工的深度与宽度，在模具车间返修时更要注意。成模的排气孔孔径仅为0.3～0.7 mm，非常容易堵塞，返修时要特别注意观察此小孔通畅与堵塞的情况。

模具的冷却制度要加强。料滴从供料机落下进入初模腔，它的温度约为1150 ℃，经制瓶机近三十个制瓶工序到钳瓶钳出，此时此热瓶的温度为600 ℃左右，期间玻璃液温度下降550 ℃以上。这些大量的热能由玻璃液传递到模具，模具又通过冷却风将此热量散发出去。控制初模的温度则是制瓶的关键，目前普遍使用风嘴、垂直风冷却等方式冷却模具。

模具的保养与维修使模具保持在最佳状态，尽可能长的使用寿命。模具的清理方法有喷砂清理法、用金刚砂皮手工或机械清理、化学清理法、蒸汽喷射清理法、电子清理法、液体磨孔清理法。目前使用喷砂清理法较为普遍。模具损坏有80%～90%是由于使用不当而造成损坏而无法修理的，所以要落实好模具使用的维护与保养制度。

5 结语

瓶罐玻璃成型工艺对产品质量关系较大，当前的行列机操作人员要加强技术和操作经验的培训，练好内功，对成型工艺和行列机设备运行过程要知其然，更要知其所以然，提高员工的技术水平和素质。学习和了解清楚玻璃成型工艺，对企业管理人员来说也是一个管理水平的提高，进而提高瓶罐玻璃产品质量和附加值水平，促进企业产品的市场竞争力。