Le bottiglie leggere hanno pareti sottili e lo stampaggio ad alta velocità richiede un'elevata qualità di fusione del liquido di vetro. Lievi fluttuazioni nell'uniformità e nella temperatura del liquido di vetro influenzeranno lo stampaggio. Pertanto, premesso che il materiale del lotto sia completamente fuso, la stabilità degli indicatori di processo del funzionamento del forno è fondamentale. Il caricamento e lo scaricamento del forno di fusione mantengono un equilibrio dinamico e lo strato di caricamento deve essere sottile per garantire che la fluttuazione del livello del liquido di vetro sia controllata entro un intervallo molto piccolo.
Per garantire indicatori di processo di produzione ad alta precisione, promuovere forni a olio combustibile, migliorare i tipi di forno e utilizzare forni ad alta temperatura e a sezione larga. Per il forno vengono implementate una serie di misure, tra cui isolamento completo, gorgogliamento del fondo della piscina, fusione elettrica, soglia del forno e controllo microcomputerizzato dei parametri termici.
Per garantire che il liquido di vetro fuso e chiarificato venga raffreddato uniformemente alla temperatura di formazione delle gocce, i paesi stranieri hanno adottato un lungo canale di alimentazione con una lunghezza di 6~9 m, una larghezza di 0.4~0.9 m e una profondità di 0.15~0.25 m sin dagli anni '600, e lo hanno rigorosamente suddiviso in una sezione di raffreddamento e una sezione di omogeneizzazione, e un bruciatore di miscelazione proporzionale (gas naturale o gas di lavaggio) o un sistema di riscaldamento elettrico ausiliario viene utilizzato solo per il controllo della temperatura, senza essere influenzato dalla fluttuazione della temperatura del forno di fusione. A causa dell'elevato potere calorifico dell'olio pesante, non è possibile configurare più gruppi di bruciatori per riscaldare uniformemente il liquido di vetro. Pertanto, non è appropriato utilizzare l'olio pesante come combustibile per il riscaldamento della vasca di alimentazione e viene utilizzato solo come sostituto quando necessario. A causa della breve durata dell'elemento riscaldante in barre di carbonio al silicio, per questo motivo, un gran numero di barre di molibdeno (piastre) sono state utilizzate all'estero come elettrodi, che sono direttamente immerse nel liquido di vetro del canale di alimentazione, basandosi sull'"effetto Joule" della conduttività ionica del vetro ad alta temperatura per il riscaldamento. Per prevenire l'ossidazione dell'estremità esposta dell'elettrodo di molibdeno, viene utilizzato un mandrino raffreddato ad acqua o un mandrino raffreddato ad aria. Utilizzando il metodo di riscaldamento diretto dell'elettrodo di molibdeno, la fluttuazione della temperatura della mangiatoia può essere controllata entro l'intervallo consentito. Se gli elettrodi di molibdeno vengono utilizzati correttamente, la loro durata può raggiungere più di 8 anni. Con il continuo miglioramento del livello di controllo elettronico, il controllo della temperatura di gocciolamento delle moderne mangiatoie può raggiungere + (0,5~1) gradi. Inoltre, il controllo della zonizzazione e la tecnologia di raffreddamento longitudinale vengono utilizzati per raffreddare e omogeneizzare il liquido di vetro, in modo che la fluttuazione della temperatura del liquido di vetro all'uscita del canale di alimentazione sia compresa nell'intervallo di + 0,5 gradi, il che crea le condizioni per fornire gocce di vetro di alta qualità alle macchine per la produzione di bottiglie ad alta velocità, riducendo i difetti di processo nel processo di stampaggio e producendo bottiglie leggere di alta qualità.
Per ridurre l'intervallo di fluttuazione del peso di gocciolamento, il livello del liquido di vetro nella mangiatoia è controllato con precisione e il suo intervallo di errore è 0.2-0.5mm
Il processo di fabbricazione di prodotti in vetro da liquido di vetro può essere suddiviso in due fasi: stampaggio e finalizzazione. L'operazione di stampaggio è solitamente controllata da tre valori di temperatura caratteristici: temperatura di rammollimento, temperatura di ricottura e punto di deformazione. Per prodotti diversi, parametri di processo ragionevoli dovrebbero essere determinati tramite esperimenti. Inoltre, sistemi avanzati di fabbricazione, alimentazione e riscaldamento delle bottiglie e l'uso di processi di stampaggio avanzati sono la garanzia fondamentale per ottenere uno spessore di parete uniforme e ottenere leggerezza.
L'ultimo design del forno di ricottura a temperatura costante con aria condizionata è una delle chiavi per risolvere il problema della ricottura delle bottiglie leggere. Poiché lo spessore medio della parete delle bottiglie leggere è di 2 mm inferiore a quello delle bottiglie standard, la velocità di riscaldamento delle bottiglie di vetro e la velocità di dissipazione del calore delle bottiglie di vetro calde sono entrambe più veloci, il che richiede l'uso di una velocità di conduzione del calore accelerata per soddisfare questo requisito, ovvero l'uso di una temperatura di condizionamento dell'aria chiusa per far muovere rapidamente il flusso d'aria dalla superficie di vetro della bottiglia. Il forno di ricottura è diviso in 10 aree. La prima alla quarta area sono zone di riscaldamento (aria condizionata). Di solito, il riscaldamento non è necessariamente richiesto nella quarta area e anche la quantità di riscaldamento nella terza area è molto piccola. Ogni area è lunga 1,8 m. Un condizionatore d'aria a ventola singola viene utilizzato rispettivamente nella 1a e 2a area, mentre nella 3a e 5a area, in particolare nella 6a area, devono essere utilizzati condizionatori d'aria a doppia ventola e le aree dalla 7a alla 10a utilizzano ancora condizionatori d'aria a ventola singola. Le termocoppie vengono utilizzate per misurare la temperatura e controllare la temperatura in ciascuna area del forno di ricottura. Nella zona di raffreddamento rapido, viene anche utilizzato un ventilatore per soffiare aria fredda per la regolazione. La pratica ha dimostrato che quando la temperatura delle bottiglie leggere è inferiore a 400 °C, la velocità di raffreddamento delle bottiglie è di 20 °C/min e non vengono causati danni alle bottiglie leggere. Il forno di ricottura è una struttura completamente in metallo, senza muratura refrattaria, riscaldata da elettricità o gas naturale e vengono utilizzati i più recenti materiali isolanti per garantire buone prestazioni di isolamento termico. Pertanto, il peso del forno di ricottura è molto più leggero di quello di un forno di ricottura generale.
Processo di stampaggio di bottiglie leggere
La caratteristica principale delle bottiglie leggere sono le pareti sottili e uniformi. La chiave per il suo stampaggio è ottenere una preforma di grandi dimensioni e di forma ragionevole e assicurarsi che venga completamente e ragionevolmente riscaldata. Per risolvere questo problema, è correlato al metodo di stampaggio di base utilizzato.
Finora, i metodi di stampaggio di base per bottiglie e lattine quotidiane non sono altro che aspirazione-soffiaggio, soffiaggio-soffiaggio e soffiaggio a pressione. I loro principi ed effetti sono diversi. Tuttavia, lo stesso metodo di stampaggio adotta sistemi di lavoro diversi e gli effetti non sono coerenti. La situazione di stampaggio è strettamente correlata al metodo di stampaggio, che è particolarmente evidente nello stampaggio di bottiglie leggere.
Metodo di aspirazione-soffiaggio
Ad eccezione della cavità centrale, la preforma è fondamentalmente un blocco solido di materiale. Le sue dimensioni sono piuttosto ridotte rispetto al prodotto finito. Questo metodo di stampaggio richiede che la preforma abbia una temperatura molto elevata quando entra nello stampo di stampaggio, che il vetro abbia una buona fluidità e che si muova notevolmente e si ridistribuisca per ottenere il prodotto finito. Tuttavia, se la parete della bottiglia è sottile, anche la temperatura del vetro nello stampo di stampaggio è bassa ed è impossibile che si muova notevolmente e la distribuzione non sarà uniforme e una bottiglia leggera qualificata non può essere soffiata via.
Metodo soffia-soffia
La misura principale per ridurre il peso della bottiglia nel metodo soffiaggio-soffiaggio è il design della forma interna della preforma, il che significa che la dimensione della preforma è ingrandita e la forma è ragionevole, e l'aumento delle dimensioni deve essere l'aumento del volume della bolla d'aria di soffiaggio posteriore per ridurre il peso del materiale. La pratica di produzione ha dimostrato che quando il volume della bolla d'aria di soffiaggio posteriore raggiunge il 20%~30% del volume del materiale in vetro, la velocità di produzione può essere aumentata. Questo perché la rimozione del calore dello stampo della preforma è aumentata e il carico termico dello stampo di stampaggio è ridotto. Tuttavia, poiché l'aumento del volume della bolla d'aria di soffiaggio posteriore nel metodo soffiaggio-soffiaggio si basa sulla premessa di aumentare la dissipazione del calore dello stampo primario, la temperatura del grezzo della bottiglia primaria diventa più bassa, la capacità di riscaldamento diminuisce e il tempo di lavoro dello stampo primario è prolungato, anche il tempo di riscaldamento della bottiglia primaria è ridotto, quindi lo spessore della parete del prodotto finito è sottile ma irregolare. Inoltre, quando la bolla d'aria di back-blowing raggiunge un certo volume nel metodo di soffiaggio-soffiaggio, generalmente apparirà un anello di distorsione dello spessore della parete sulla vita della bottiglia finita, ovvero un "cerchio di gas" (o "vita a due sezioni") appare sul corpo della bottiglia. Sebbene l'aspirazione possa essere utilizzata al posto delle teste delle bottiglie di soffiaggio a gas per ridurre il "cerchio di gas", l'effetto è molto limitato, il che limita il metodo di soffiaggio-soffiaggio per ottenere uno spessore di parete uniforme.
Metodo di soffiaggio-pressatura
La caratteristica principale del metodo di soffiaggio-pressa è che la bocca della bottiglia e la preforma vengono pressate contemporaneamente dal punzone. Se questo metodo viene utilizzato per pressare la preforma a bocca piccola, le dimensioni possono essere maggiori, l'intervallo di scorrimento è piccolo quando il vetro viene ridistribuito dopo essere entrato nello stampo di formatura e non verrà prodotto alcun "cerchio di soffiaggio d'aria" e può essere garantita l'uniformità dello spessore della parete del prodotto finito. Nel comune metodo di soffiaggio-pressa della macchina a file, il punzone sostiene il materiale dal basso verso l'alto e stampa la preforma passo dopo passo. Questo metodo è molto efficace nella produzione di bottiglie a bocca grande. Con il rapido sviluppo della tecnologia di raffreddamento e della tecnologia di lavorazione meccanica, la macchina a file può pressare la preforma a bocca piccola. La temperatura della preforma a bocca piccola pressata è superiore a quella del metodo di soffiaggio-soffiaggio e la temperatura della parete è più uniforme, le dimensioni sono maggiori e la forma è più ragionevole. Quando si entra nello stampo di formatura per soffiaggio, il vetro ha una buona fluidità e un piccolo intervallo di scorrimento. L'uniformità dello spessore della parete del prodotto finito ottenuto è migliore e la bottiglia può essere resa più leggera. Pertanto, rispetto al metodo soffiaggio-soffio, il metodo pressa-soffio ha un'indiscutibile superiorità nella produzione di bottiglie leggere.
Tuttavia, quando la macchina per la produzione di bottiglie di tipo lineare produce bottiglie a bocca piccola con il metodo di soffiaggio a pressione, a causa del principio strutturale della macchina di tipo lineare stessa, compaiono alcuni gravi difetti, che ostacolano l'ulteriore sviluppo di bottiglie leggere. Le principali manifestazioni sono le seguenti.
1 La riproducibilità del ciclo operativo è scarsa.
Il processo di accelerazione del meccanismo non è controllato con precisione.
Il buffer del punto finale (o cuscino d'aria) non è appropriato, la lunghezza e il tempo della corsa del pistone non sono appropriati e l'intervallo di regolazione è molto ristretto. 4 Il coordinamento e la progettazione tra i vari componenti del meccanismo sono troppo complicati e per effettuare regolazioni precise è necessario personale esperto.
Tecnologia di soffiaggio a pressione a bocca piccola (NNPB)
Hermann Haye è uno dei pionieri della produzione europea di bottiglie di vetro. A metà degli anni '00, ha utilizzato per la prima volta il metodo blow-blow (BB) per testare la riduzione di peso di bottiglie e barattoli. I risultati del test hanno mostrato che quando si utilizza il metodo blow-blow per la formatura, il peso della bottiglia può essere ridotto solo entro un intervallo limitato, ma il prodotto non può raggiungere il livello delle bottiglie leggere. Il motivo principale è che la differenza nel tempo di contatto tra metallo e vetro nel punto della bolla nella fase di formatura porta a una distribuzione non uniforme del vetro nella bolla e nella parete del prodotto finale.
La soluzione al problema di cui sopra è usare il metodo NNPB. Il processo di stampaggio NNPB è: alimentazione della goccia nello stampo iniziale → pressatura della bolla → capovolgimento della bolla nello stampo di stampaggio → riscaldamento → aspirazione dello stampo di stampaggio → stampaggio ausiliario → soffiaggio finale → serraggio della bottiglia sul tavolo di raffreddamento.
Dal processo, si può vedere che non vi è alcun problema di diverso tempo di contatto delle bolle nel metodo NNPB, il processo è semplificato e la bolla pressata ha uno spessore di parete più uniforme. Inoltre, il metodo NNPB ha un tempo di riscaldamento più sufficiente rispetto al metodo BB, il che aiuta a equalizzare la temperatura del vetro nella parete della bottiglia dopo la soffiatura finale.
Come si può vedere dalla Tabella 2-39, l'essenza del metodo NNPB è quella di distribuire il vetro in modo uniforme e di avere un tempo di riscaldamento sufficiente, in modo da sfruttare appieno il potenziale di resistenza del materiale, in modo da raggiungere lo scopo di ridurre il peso della bottiglia e mantenerne la resistenza.
Le caratteristiche principali del metodo di soffiaggio a pressione a bocca piccola sono: buona uniformità della temperatura delle gocce di vetro, introduzione del controllo automatico del dispositivo di peso delle gocce, miglioramento del grado di pressatura, allocazione del tempo di processo in base ai requisiti di processo della bottiglia leggera, miglioramento della lubrificazione dello stampo, riduzione dei microdanni sulle superfici interna ed esterna della bottiglia e adozione del sistema di raffreddamento assiale dello stampo per formare un prodotto uniforme a parete sottile. Il processo di stampaggio a soffiaggio a pressione della bottiglia a bocca piccola è illustrato nella Figura 2-38.
Processo di stampaggio: prima, le gocce cadono nella matrice di stampaggio e cadono sulla parte superiore del punzone di metallo che sale nella posizione di ricezione del materiale. La testa di tranciatura si sposta nella posizione specificata dello stampo iniziale e sigilla la bocca superiore dello stampo iniziale. Quindi il punzone si sposta verso l'alto per perforare la forma del pezzo grezzo iniziale. Quindi la testa di tranciatura si allontana e capovolge il pezzo grezzo iniziale nella matrice di stampaggio.
Lo stampo di stampaggio viene chiuso, le ganasce vengono aperte e il grezzo iniziale viene posizionato nello stampo di stampaggio per essere riscaldato e stirato. Quindi la testa di soffiaggio si sposta nella posizione corretta sopra lo stampo di formatura, formando sotto vuoto il grezzo nello stampo di formatura e contemporaneamente viene eseguito il soffiaggio positivo, utilizzando aria compressa per il raffreddamento interno per formare la bottiglia. Infine, la bottiglia formata viene bloccata con lo stampo di formatura. Per ottenere con successo l'operazione di soffiaggio a pressione a bocca piccola, prima di tutto, deve essere disponibile l'hardware pertinente e, inoltre, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni operative di base.
(1) Bocca della bottiglia Quando si utilizza un'operazione di soffiaggio a pressione a bocca piccola, il diametro interno della bocca della bottiglia prodotta può essere piccolo quanto 18 mm. A seconda dell'altezza sotto la bocca della bottiglia e del diametro del corpo della bottiglia, è possibile produrre una dimensione del foro interno della bocca della bottiglia più piccola.
(2) L'altezza sotto la bocca della bottiglia dipende dal design del pezzo grezzo. L'altezza massima del pezzo grezzo del limite di corsa del meccanismo di punzonatura è compresa tra 160 e 170 mm. L'altezza massima della bottiglia sotto la bocca della bottiglia è correlata all'estensione del pezzo grezzo, che a sua volta è correlata al design, alla qualità e al volume della bottiglia. Sono state prodotte bottiglie con un'altezza sotto la bocca della bottiglia fino a 280 mm, ma questo limite può essere superato a seconda del design e del peso della bottiglia. La tabella 2-40 elenca la relazione tra massa e volume della bottiglia.
Le dimensioni limite del diametro sopra indicate sono per stampi che utilizzano la formatura sotto vuoto. Se la formatura sotto vuoto non viene utilizzata o la larghezza del serbatoio sotto vuoto viene ridotta, è possibile produrre bottiglie che superano le dimensioni sopra indicate.
(2) Nel processo si dovrebbero considerare i seguenti fattori:
1. Devono essere mantenuti elevati standard di uniformità chimica e termica del liquido di vetro.
2. La temperatura più bassa possibile di rammollimento del vetro, cioè la temperatura di lavorazione più bassa.
3. Il vetro deve avere una buona stabilità chimica e fisica nell'intero intervallo di temperatura in cui la bottiglia viene utilizzata.
Si può fare riferimento alla seguente relazione tra viscosità e temperatura.
La produzione di bottiglie leggere mediante soffiaggio a pressione di bottiglie a bocca piccola ha elevati requisiti per tecnologia e attrezzature. Oltre ai severi requisiti per la preparazione, il trasporto e lo stoccaggio di materie prime e materiali di lotto e la fusione dei forni sopra menzionati, la macchina per la produzione di bottiglie deve avere i meccanismi e i dispositivi necessari per ridurre l'usura meccanica e mantenere un buono stato operativo; ci sono elevati requisiti per il materiale e la lavorazione di componenti chiave, come punzoni e tubi di raffreddamento. A causa dei loro piccoli diametri, i punzoni devono essere realizzati in acciaio di alta qualità per la progettazione del meccanismo e per soddisfare i requisiti del dispositivo di stampaggio; la lavorazione complessiva è quella di eliminare il più possibile l'usura del metallo; i punzoni devono essere lucidati con precisione lungo il loro asse longitudinale; le dimensioni di collegamento dei punzoni e dei giunti dei punzoni devono essere mantenute entro l'intervallo di tolleranza. Inoltre, la progettazione dello stampo iniziale e la forma della bottiglia devono soddisfare i requisiti di processo del soffiaggio a pressione di bottiglie a bocca piccola.
Sulla base del processo di soffiaggio a pressione a bocca piccola, negli ultimi anni, Haiye Company ha sviluppato in successione il metodo HAP e diversi tipi di macchine per la produzione di bottiglie, tra cui H1-2, H6-12 e H1-9. Lo spessore della parete delle bottiglie e delle lattine che produce può essere ridotto a 1 mm, rendendolo una macchina ideale per la produzione di bottiglie leggere. Il metodo di soffiaggio a pressione Haiye viene utilizzato per produrre bottiglie leggere a bocca piccola. Grazie alla distribuzione uniforme dello spessore, il tasso massimo di riduzione del peso può raggiungere il 33%. Lo standard di resistenza delle bottiglie leggere è notevolmente migliorato rispetto allo standard delle bottiglie pesanti. La figura 2-39 mostra la struttura della macchina per la produzione di bottiglie H1-2 Haiye.
Le caratteristiche tecniche della macchina per la produzione di bottiglie Haiye sono le seguenti.
1 Il tavolo rotante viene utilizzato per far cadere le gocce direttamente nello stampo primario.
2 Sia le bottiglie a bocca piccola che quelle a bocca grande vengono realizzate con il metodo del soffiaggio a pressione.
3 Ha una forte adattabilità e può produrre bottiglie e lattine pesanti, leggere e ultraleggere.
4 Utilizzando uno stampo primario e due stampi di formatura, la produttività della singola cavità è elevata, senza pari rispetto a qualsiasi altra macchina per la produzione di bottiglie.
5 Lo stampo primario ha un tempo di riscaldamento sufficiente durante il processo di trasferimento e può essere regolato.
6 Non è necessario capovolgere lo stampo primario quando si trasferisce dallo stampo primario allo stampo di formatura.
7 Il tempo di contatto tra il vetro e lo stampo di formatura e il tempo di contatto con lo stampo primario sono in un rapporto adeguato.
8 La bottiglia viene bloccata dallo stampo a bocca durante l'intero processo di stampaggio.
9 Raffreddare uniformemente tutti gli stampi