小口玻璃瓶成型模设计.docx
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小口玻璃瓶成型模设计
小口玻璃瓶成型模设计
——行列机吹-吹法制瓶
陈忠祥，王忠和
摘要：
介绍用行列机吹-吹法生产小口玻璃瓶时成型模的设计与制造。
关键词：
玻璃瓶模具；成型模；吹-吹法
中图分类号：
TQ171.6文献标识码：
B文章编号：
1000-2871（1999）04-0024-06
DesignofNarrowNeckBottleMould
CHENZhong-xiang,WANGZhong-he
1 引言
在行列机吹-吹法制瓶中，玻璃成型模设计、制造的质量取决于产品的规格尺寸和容积公差等各项要求。
因此，在按照瓶子形状对其进行成模内腔设计时主要考虑的是成模（含底）的满口容量、内腔尺寸制造公差、容量公差及模具翻转中心值y或x、安装方式的选择和冷却等方面的问题，并结合行列机生产的实际和不同瓶型的成型特点综合考虑后，才能设计制造出符合产品质量标准的高品质模具。
成型模的设计是产品制造中的重要环节。
本文就小口玻璃瓶成型模设计作一系统的介绍，供玻璃行业同仁们参考。
2 设计方法
2.1 成模内腔（含底）满口容量VFO设计
首先根据所要设计的瓶型瓶重G、满口容量Vf，由公式⑴计算出其瓶口以下的成模内腔（含底）满口容量VFO。
VFO=（Vf+VG）-V□+ΨVf
（1）
式中：
VG—玻璃料所占的容量，VG=0.4G（ml），一般玻璃料密度取2.5g/cm3
V□—瓶子的口部所占容量
Ψ—瓶子的收缩率，因瓶型而异，一般地：
（1）长颈圆瓶（如640ml啤酒瓶），Ψ取0.9%～1.2%，
（2）多角形瓶（如方瓶、六棱形角等瓶），Ψ取1.2%～1.5%，
（3）椭圆形瓶、扁瓶，Ψ取1.5%～1.8%。
2.2 计算成模满口（含底）容量VF
VF计算一般根据瓶子形状按1:
1比例精确绘制，然后分段进行测值计算累加而得。
一般瓶子分4段：
口部容量VA、瓶颈与瓶肩部容量VB、瓶身部容量VC和瓶底容量VD。
VF由公式⑵确定：
VF=（VB+VC+VD）-VA+Ψ（VB+VC+VD）=（1+Ψ）（VB+VC+VD）-VA
（2）
分段求积法同初模内腔容量求法是一样的，即把每一段又分割成许多间隔均匀的平截正圆锥体和圆柱体组成。
其平截正圆锥体和圆柱体容积公式如下：
V平截正圆锥体=πh（D12+D1D2+D22）/12000 （3）
V平截圆柱体=πhD2/4000 （4）
每一“小段”分割的间隔一般取10mm或5mm，取值越小，计算越精确。
口部VA计算方法一般是把口部外观放大5倍绘制测算其值较精确，或者把每一“小段”都看成圆柱体计算直径平均值，其值按算术平均值计算代入公式⑷，把一段值累加求VA。
640ml啤酒瓶冠形口为标准型，VA=9.31ml，一般瓶口是冠形口系列产品，设计成模VF时，其VA值都按9.3ml处理。
对于瓶底为深凹底的（如图1所示），所占球缺体积计算按公式⑸处理。
V球缺体=πh2（3R-h）/3000
=πh（3a2+h2）/6000 （5）
对于成模内腔（含底）容量VF计算也可用微积分法建立函数来求解，但计算过程过于繁琐，如借助于计算机辅助设计制图，则整个过程变得简易。
图1
2.3 成模满口（含底）容量校核
首先把设计的VFO视为理想满口容量，而计算的VF当作所要加工的成模内腔满口（含底）容量，容量核算就是计算两者差值｜VFO-VF｜，一般若｜VFO-VF｜≥2ml，则需重新修改成模内腔尺寸。
通常情况下是修改成模内腔瓶身直径尺寸D，瓶身容量VC对整个成模的VF影响最大。
｜VFO-VF｜=πh｜D2-Di2｜/4000 （6）
因为修改后直径Di值相对于瓶身D值来说一般相差很小，当｜D-Di｜≥0.3～0.6mm时，则对瓶身高度值h进行微量修改。
必须注意成模在实际加工中，首先应按设计图纸尺寸加工制造出1副成模，并测得其成模的VF，然后同设计的VFO进行比较，其误差不超过2ml，则设计和制造出的成模视为合格，否则采取修改模底圆弧面高度及其他相关尺寸的方法来修正其成模满口容量值。
2.4 模具内腔尺寸制造公差及瓶子公差
在设计成模内腔的加工精度时应给定一个合理的加工制造公差值，则可制造出精度较高的成模内腔，从而能生产出高精度几何尺寸的瓶子来。
成模内腔制造尺寸公差由公式⑺确定。
对所确定的公差值应使其能补偿模具可能发生的误差和制造变形，最重要的公差是变化幅度最窄的瓶口尺寸公差，这在设计瓶口尺寸时应予以认真考虑。
为了保证所制制品高度，其内腔高度尺寸按每100mm增加0.25mm设计。
由于制造方面的误差和内腔磨损程度的不同及玻璃料温、机速的波动而造成所吹制的瓶子重量、满口容量、尺寸等产生波动，这是正常的，成模内腔设计是否成功主要是看所吹制的瓶子是否满足产品质量国标GB4544-96及企标检验标准。
一般地：
（1）瓶子的满口容量公差规定：
200～300ml（公称容量）△V=±6ml
500～1000ml（公称容量）：
△V=±10ml
（2）高度公差：
TH=±（0.6+0.004H）
（3）瓶身外径公差（圆形瓶）:
△T=±（0.5±0.012D）
2.5 成模翻转值y及安装方式的选择
2.5.1 单滴成模翻转值y及安装方式的选择
根据瓶口以下的高度h兼顾行列机更换产品便捷而定。
常见的翻转值y或x选择见表1所示。
表1
高度h（mm）
130～180
180～210
210～270
270～310
x或y（mm）
80
100
115
120或130
对于瓶口以下高度h≥220mm的瓶子，在设计时最好采用高抱钳，高抱钳比普通抱钳可增加50mm高的夹紧位置，特别是用于初模抱钳可使模具抱合得更紧密。
单滴模具常用的抱钳直径为φ130、φ150、φ175三种，选择时圆柱形瓶子按瓶身直径，而异形瓶是按最大对角线长度相对应，其成型模安装方式（抱钳直径、安装定位孔距M、特征值Sy或初模Sx）见表2。
表2
抱钳直径（mm）
安装定位孔距M（mm）
特征值Sy（或初模Sx）
130
22
y-10（初模Sx=x+10）
150
28
55（高抱钳）
y-16（Sx=x+16）
（Sx=x+66高抱钳）
175
34
62（高抱钳）
y-23（Sx=x+23）
（Sx=x+73高抱钳）
*成模安装的特征值Sy：
抱钳止口根部至成模上平面距离
Sy=y-Hy
初模安装的特征值Sx：
抱钳止口根部至初模口模上平面距离
Sx=x+Hx
Hx、Hy为成模安装尺寸，见图2所示。
图2
2.5.2 双滴模具翻转值x或y和安装方式选择
一般双滴料行列机生产批量大、机速快，适用于啤酒瓶、酒瓶等系列产品，BLH86X140行列机常用的模具抱钳为2#板式四点夹持式抱钳，2#抱钳直径有φ136、φ152两种。
2#抱钳适用于瓶口以下高度为92～343、瓶体最大外径为φ114的产品。
在选择成型模装配方式之前，必须先选定初模的装配方式，对于同一台行列机来说，在瓶型、瓶口以下高度相近时（h≤50mm），尽量选择同一翻转值x或y和模具安装方式。
如450ml和500ml啤酒瓶口以下的高度相差值为13mm，同在六双行列机上生产，则可选择其模具翻转值和安装方式相同，这样有利于模具安装与调节。
双滴料行列机BLH86X140、2#抱钳的模具翻转值x或y和模具安装方式（成模4种、初模3种）见表3。
一般情况下，⑴翻转值x或y选择就应考虑成、初模悬挂“耳朵”厚度尽量相近，即结合Sx、Sy特征值和耳朵相对厚度（δ≥25mm）。
（2）成、初模安装方式的选择基本一致。
在瓶口以下高度尺寸为135～250mm时，成模与初模安装方式可能不一致。
3 模具的冷却
为了保证产品成型的质量和数量，希望成型模具能在高温下工作，且模内温度波动越小越好，这样成型的瓶子表面就越光滑，玻璃料分布越均匀，强度就越高，但这与成模快速冷却成型实际生产要求是相矛盾的。
若成模内腔过热（温度550～650℃），则模具会粘连玻璃，瓶子则变形；若过冷（温度350～400℃），会造成瓶子表面锻造状缺陷。
因此必须把握好成型模内腔温度的冷与热的“度”，处理好这一矛盾体。
瓶子在成型模内的冷却适当与否，除了和模具的设计有关外，还与冷却内压力与风量、玻璃在成型模内的时间、正吹气压力与时间的波动、对模具的重量比和表面积比等因素有关。
因此，模具的冷却应从其结构上进行如下处理：
（1）为了提高散热能力，六双、八双行列机双滴成模在模具外径表面车削散热槽或铣散热片（见图2所示）以增加散热面积，十双带真空辅助成型的进口行列机模具，由于机速更快，一般采用成模内部冷却方式，即在成模内腔周围均布加工几十个8垂直冷却孔，通过模底风板冷却，相对地单滴行列机由于机速较低，其冷却只要调节风冷与机速即可，其模具结构上不需作特别处理。
（2）如要求成模某一特定部位热一些，则将该部位的模具外径车削小些；反之效果相反。
（3）若成模某一部位要冷却快一点，如成型深凹底750ml的葡萄酒瓶时其模底太热，则在模底部位打孔通冷却风或循环水，或车削散热槽。
在其他部位一般是在该部位外表面打孔，把孔打到接近内表面的地方，孔内压入导热率高的黄铜圆销或φ6～φ8钢球，这样就可较快地降低成型模某部位的温度。
表3
安装类型
安装方式示意图（夹板与抱钳组合方式）
适用条件
特征值
Sy.Sx.M
成模
初模
第1种
夹板相对位置
（下、上）
92＜h*＜200
Lmin≥89
32≤y≤80
130＜h＜200
Lmin≥116
32≤x≤51
Sy=y-10.2
Sx=x+70.2
M=67
第2种
夹板相对位置
（上、上）
127＜h＜250
Lmin≥124
67≤y≤130
170＜h＜250
Lmin≥152
32≤x≤80
Sy=y-57.2
Sx=x+117.2
M=114
第3种
夹板相对位置
（上、下）
170＜h＜343
Lmin≥167
67≤y≤130
190＜h＜343
Lmin≥218
48≤x≤130
Sy=y-57.2
Sx=x+117.2
M=156
第4种
夹板相对位置
（下、下）
135＜h＜250
Lmin≥132
32≤y≤80
Sy=y-10.2
M=109
注：
h表示瓶口以下高度尺寸。
4 总结
⑴为了提高生产率及保证产品质量，所加工的同类模具必须保证其标准化和互换性，并建立统一的检测规范。
⑵成型模（初型模）由于热应力的产生而引起的模具变形出现哈夫线上、下两端变大。
在成模凹半模（或凸半模）加工曲线面凹弧高h=H/2000一般最深处为0.20～0.30mm。
⑶为了减少制品的哈夫线变粗，结构上采用内腔轮廓窄凸台接触，使接触面积同原来相比有所缩小，凸台深0.5～0.8mm。
成模哈夫线分模面的确定见参考文献〔1〕。
⑷排气槽应合理畅通，在凸半模铣排气槽宽10mm，深0.12～0.15mm，间隔15～20mm，在空气易滞留处，排气槽应开得相对密些。
⑸对于不易成型的部位（即不能完好地吹制出所需制品的轮廓），如瓶肩、方瓶瓶身的棱、瓶底图案和字迹要清晰处都要加工排气孔。
孔径一般为φ0.6～φ0.8mm。
⑹为了提高模具的使用寿命，建议在成模内腔瓶颈、模底处用Ni-Mo焊粉进行喷涂。
⑺在生产轻量化瓶子时必须充分考虑成模内腔的壁“厚”与“薄”问题。
在兼顾厚壁的蓄热作用（机速波动时起衡温作用）与薄壁模具轻、机速快的特点设计时，要在模具结构上进行特殊处理。
⑻在进行成模设计时必须充分考虑瓶子成型特点和瓶子的物理性能（应力、强度），以提高企业经济效益。
总结⑵～⑹如图2所示。
作者单位：
（蚌埠华光鲲鹏玻璃厂，安徽 蚌埠233030）
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