Las botellas livianas tienen paredes delgadas y el moldeo a alta velocidad requiere una alta calidad de fusión del líquido de vidrio. Las ligeras fluctuaciones en la uniformidad y la temperatura del líquido de vidrio afectarán el moldeo. Por lo tanto, bajo la premisa de que el material del lote esté completamente fundido, la estabilidad de los indicadores del proceso de operación del horno es crucial. La carga y descarga del horno de fusión mantienen un equilibrio dinámico y la capa de carga debe ser delgada para garantizar que la fluctuación del nivel del líquido de vidrio se controle dentro de un rango muy pequeño.
Para garantizar indicadores de proceso de producción de alta precisión, se promueven los hornos de fueloil, se mejoran los tipos de hornos y se utilizan hornos de sección amplia y alta temperatura. Se implementan una serie de medidas para el horno, que incluyen aislamiento completo, burbujeo en el fondo de la piscina, fusión eléctrica, umbral del horno y control de parámetros térmicos por microcomputadora.
Para garantizar que el líquido de vidrio derretido y clarificado se enfríe uniformemente hasta la temperatura de formación de gotas, los países extranjeros han adoptado un canal de alimentación largo con una longitud de 6~9m, un ancho de 0.4~0.9m, y una profundidad de 0.15~0.25m desde los años 1960, y lo han dividido estrictamente en una sección de enfriamiento y una sección de homogeneización, y se utiliza un quemador de mezcla proporcional (gas natural o gas de lavado) o un sistema de calentamiento eléctrico auxiliar solo para el control de temperatura, sin verse afectado por la fluctuación de temperatura del horno de fusión. Debido al alto poder calorífico del aceite pesado, no se pueden configurar varios grupos de quemadores para calentar uniformemente el líquido de vidrio. Por lo tanto, no es apropiado utilizar aceite pesado como combustible de calefacción para el canal de alimentación, y solo se utiliza como sustituto cuando es necesario. Debido a la corta vida útil del elemento calefactor de varilla de carbono de silicio, por esta razón, se han utilizado una gran cantidad de varillas (placas) de molibdeno como electrodos en el exterior, que se sumergen directamente en el líquido de vidrio del canal de alimentación, confiando en el "efecto Joule" de la conductividad iónica del vidrio a alta temperatura para calentar. Para evitar la oxidación del extremo expuesto del electrodo de molibdeno, se utiliza un mandril refrigerado por agua o un mandril refrigerado por aire. Usando el método de calentamiento directo del electrodo de molibdeno, la fluctuación de temperatura del canal de alimentación se puede controlar dentro del rango permitido. Si los electrodos de molibdeno se usan correctamente, su vida útil puede alcanzar más de 8 años. Con la mejora continua del nivel de control electrónico, el control de temperatura de goteo de los canales de alimentación modernos puede alcanzar + (0,5 ~ 1) grado. Además, se utilizan el control de zonificación y la tecnología de enfriamiento longitudinal para enfriar y homogeneizar el líquido de vidrio, de modo que la fluctuación de temperatura del líquido de vidrio en la salida del canal de alimentación esté dentro del rango de + 0,5 grados, lo que crea las condiciones para proporcionar gotas de vidrio de alta calidad a las máquinas de fabricación de botellas de alta velocidad, reduciendo los defectos del proceso en el proceso de moldeo y fabricando botellas ligeras de alta calidad.
Para reducir el rango de fluctuación del peso del goteo, el nivel del líquido de vidrio en el canal de alimentación se controla con precisión y su rango de error es de 0.2-0.5 mm.
El proceso de fabricación de productos de vidrio a partir de líquido de vidrio se puede dividir en dos etapas: moldeo y finalización. La operación de moldeo suele estar controlada por tres valores de temperatura característicos: temperatura de ablandamiento, temperatura de recocido y punto de deformación. Para diferentes productos, se deben determinar parámetros de proceso razonables mediante experimentos. Además, los sistemas avanzados de fabricación de botellas, alimentación y calentamiento y el uso de procesos de moldeo avanzados son la garantía fundamental para obtener un espesor de pared uniforme y lograr un peso ligero.
El último diseño del horno de recocido de temperatura constante con aire acondicionado es una de las claves para resolver el problema del recocido de botellas ligeras. Dado que el espesor medio de la pared de las botellas ligeras es 2 mm menor que el de las botellas estándar, la velocidad de calentamiento de las botellas de vidrio y la velocidad de disipación de calor de las botellas de vidrio calientes son más rápidas, lo que requiere el uso de una velocidad de conducción de calor acelerada para cumplir con este requisito, es decir, el uso de la temperatura del aire acondicionado cerrado para hacer que el flujo de aire se mueva rápidamente desde la superficie de vidrio de la botella. El horno de recocido se divide en 10 áreas. Las áreas 1 a 4 son zonas de calentamiento (aire acondicionado). Por lo general, no es necesario calentar necesariamente en la cuarta área, y la cantidad de calentamiento en la tercera área también es muy pequeña. Cada área tiene 1,8 m de largo. En las zonas 1 y 2 se utiliza un acondicionador de aire con un solo ventilador, mientras que en las zonas 3 y 5, especialmente en la zona 6, se deben utilizar acondicionadores de aire con dos ventiladores, y en las zonas 7 y 10 todavía se utilizan acondicionadores de aire con un solo ventilador. Se utilizan termopares para medir y controlar la temperatura en cada zona del horno de recocido. En la zona de enfriamiento rápido, también se utiliza un soplador para soplar aire frío para el ajuste. La práctica ha demostrado que cuando la temperatura de las botellas ligeras es inferior a 400 grados, la velocidad de enfriamiento de las botellas es de 20 °C/min y no se producen daños en las botellas ligeras. El horno de recocido es una estructura totalmente metálica, sin mampostería refractaria, calentada por electricidad o gas natural, y se utilizan los últimos materiales aislantes para garantizar un buen rendimiento de aislamiento térmico. Por tanto, el peso del horno de recocido es mucho más ligero que el de un horno de recocido general.
Proceso de moldeo de botellas ligeras
La característica principal de las botellas ligeras son sus paredes delgadas y uniformes. La clave para su moldeo es obtener una preforma de gran tamaño y forma razonable y asegurar que se recaliente de forma completa y razonable. Para solucionar este problema, depende del método de moldeo básico que se utilice.
Hasta ahora, los métodos básicos de moldeo para botellas y latas de uso diario no son más que el soplado por succión, el soplado por soplado y el soplado por presión. Sus principios y efectos son diferentes. Sin embargo, el mismo método de moldeo adopta diferentes sistemas de trabajo y los efectos no son consistentes. La situación del moldeo está estrechamente relacionada con el método de moldeo, que es particularmente prominente en el moldeo de botellas livianas.
Método de succión-soplado
A excepción de la cavidad central, la preforma es básicamente un bloque sólido de material. Su tamaño es bastante pequeño en comparación con el producto terminado. Este método de moldeo requiere que la preforma tenga una temperatura muy alta al ingresar al molde de moldeo, que el vidrio tenga buena fluidez y que se deslice mucho y se redistribuya para obtener el producto terminado. Sin embargo, si la pared de la botella es delgada, la temperatura del vidrio en el molde de moldeo también es baja y es imposible que se deslice mucho, y la distribución no será uniforme, y no se puede soplar una botella liviana calificada.
Método de soplado-soplado
La medida principal para reducir el peso de la botella en el método de soplado-soplado es el diseño de la forma interna de la preforma, lo que significa que el tamaño de la preforma se agranda y la forma es razonable, y el aumento de tamaño debe ser el aumento del volumen de la burbuja de aire de soplado hacia atrás para reducir el peso del material. La práctica de producción ha demostrado que cuando el volumen de la burbuja de aire de soplado hacia atrás alcanza el 20% ~ 30% del volumen del material de vidrio, se puede aumentar la velocidad de producción. Esto se debe a que se aumenta la eliminación de calor del molde de la preforma y se reduce la carga térmica del molde de moldeo. Sin embargo, dado que el aumento del volumen de la burbuja de aire de soplado hacia atrás en el método de soplado-soplado se basa en la premisa de aumentar la disipación de calor del molde primario, la temperatura de la pieza en bruto de la botella primaria se reduce, la capacidad de recalentamiento disminuye y el tiempo de trabajo del molde primario se prolonga, el tiempo de recalentamiento de la botella primaria también se acorta, por lo que el espesor de la pared del producto terminado es delgado pero desigual. Además, cuando la burbuja de aire de soplado hacia atrás alcanza un cierto volumen en el método de soplado, generalmente aparecerá un anillo de distorsión del espesor de la pared en la cintura de la botella terminada, es decir, aparece un "aro de gas" (o "cintura de dos secciones") en el cuerpo de la botella. Aunque se puede utilizar el vacío en lugar de soplar con gas los cabezales de las botellas para reducir el "aro de gas", el efecto es muy limitado, lo que limita el método de soplado para obtener un espesor de pared uniforme.
Método de prensado y soplado
La característica principal del método de prensado y soplado es que la boca de la botella y la preforma se presionan al mismo tiempo mediante el punzón. Si se utiliza este método para prensar la preforma de boca pequeña, el tamaño puede ser mayor, el rango de fluencia es pequeño cuando el vidrio se redistribuye después de ingresar al molde de formación y no se producirá ningún "aro de soplado de aire", y se puede garantizar la uniformidad del espesor de la pared del producto terminado. En el método de prensado y soplado de máquina de hilera común, el punzón sostiene el material de abajo hacia arriba y estampa la preforma paso a paso. Este método es muy eficaz para producir botellas de boca grande. Con el rápido desarrollo de la tecnología de enfriamiento y la tecnología de procesamiento mecánico, la máquina de hilera puede prensar la preforma de boca pequeña. La temperatura de la preforma de boca pequeña prensada es más alta que la del método de soplado y soplado, y la temperatura de la pared es más uniforme, el tamaño es mayor y la forma es más razonable. Al ingresar al molde de formación para soplar, el vidrio tiene buena fluidez y un pequeño rango de fluencia. La uniformidad del espesor de la pared del producto final obtenido es mejor y la botella puede hacerse más ligera. Por lo tanto, en comparación con el método de soplado-soplado, el método de prensado-soplado tiene una superioridad incuestionable en la producción de botellas ligeras.
Sin embargo, cuando la máquina para fabricar botellas de tipo lineal produce botellas de boca pequeña mediante el método de soplado a presión, debido al principio estructural de la propia máquina de tipo lineal, aparecen algunos defectos graves que dificultan el desarrollo posterior de botellas ligeras. Las principales manifestaciones son las siguientes.
1 La reproducibilidad del ciclo operativo es pobre.
El proceso de aceleración del mecanismo carece de un control preciso.
El amortiguador de punto final (o colchón de aire) es inadecuado, la longitud y el tiempo de carrera del pistón son inadecuados y el rango de ajuste es muy estrecho. 4 La coordinación y el diseño entre los diversos componentes del mecanismo son demasiado complicados y se requiere personal experimentado para realizar ajustes precisos.
Tecnología de soplado a presión de boca pequeña (NNPB)
Hermann Haye es uno de los pioneros de la fabricación de botellas de vidrio en Europa. A mediados de los años 00, utilizó por primera vez el método de soplado-soplado (BB) para probar la reducción de peso de botellas y frascos. Los resultados de la prueba mostraron que cuando se utiliza el método de soplado-soplado para el moldeado, el peso de la botella solo se puede reducir dentro de un rango limitado, pero el producto no puede alcanzar el nivel de las botellas livianas. La razón principal es que la diferencia en el tiempo de contacto entre el metal y el vidrio en la ubicación de la burbuja en la etapa de moldeado conduce a una distribución desigual del vidrio en la burbuja y la pared del producto final.
La solución al problema anterior es utilizar el método NNPB. El proceso de moldeo NNPB es: introducir la gota en el molde inicial → presionar la burbuja → voltear la burbuja hacia el molde de moldeo → recalentar → aspirar el molde de moldeo → moldeo auxiliar → soplado final → sujetar la botella a la mesa de enfriamiento.
Del proceso se desprende que no existe el problema de que las burbujas tengan diferentes tiempos de contacto con el método NNPB, el proceso se simplifica y la burbuja prensada tiene un espesor de pared más uniforme. Además, el método NNPB tiene un tiempo de recalentamiento más suficiente que el método BB, lo que ayuda a igualar la temperatura del vidrio en la pared de la botella después del soplado final.
Como se puede ver en la Tabla 2-39, la esencia del método NNPB es hacer que el vidrio se distribuya uniformemente y tenga suficiente tiempo de recalentamiento, para así aprovechar al máximo el potencial de resistencia del material, a fin de lograr el propósito de reducir el peso de la botella y mantener la resistencia.
Las principales características del método de soplado a presión de boca pequeña son: la uniformidad de temperatura de las gotas de vidrio es buena, se introduce el control automático del dispositivo de peso de las gotas, se mejora el grado de prensado, el tiempo de proceso se asigna de acuerdo con los requisitos del proceso de la botella liviana, se mejora la lubricación del molde, se reduce el microdaño en las superficies internas y externas de la botella y se adopta el sistema de enfriamiento axial del molde para formar un producto uniforme de paredes delgadas. El proceso de moldeo por soplado a presión de botellas de boca pequeña se muestra en la Figura 2-38.
Proceso de moldeo: En primer lugar, las gotas caen en la matriz de moldeo y caen a la parte superior del punzón de metal que sube a la posición de recepción de material. El cabezal de troquelado se mueve a la posición especificada del molde inicial y sella la boca superior del molde inicial. Luego, el punzón se mueve hacia arriba para troquelar la forma de la pieza inicial. Luego, el cabezal de troquelado se aleja y voltea la pieza inicial en la matriz de moldeo.
Se cierra la matriz de moldeo, se abren las mordazas y se coloca la pieza inicial en bruto en la matriz de moldeo para recalentarla y estirarla. A continuación, el cabezal de soplado se mueve a la posición correcta por encima del molde de formación, formando al vacío la pieza en bruto en el molde de formación y, al mismo tiempo, se realiza un soplado positivo, utilizando aire comprimido para enfriar internamente para formar la botella. Finalmente, la botella formada se sujeta con el molde de formación. Para lograr con éxito la operación de soplado a presión de boca pequeña, en primer lugar, se debe disponer del hardware pertinente y, además, se deben cumplir las siguientes condiciones básicas de funcionamiento.
(1) Boca de la botella Cuando se utiliza una operación de soplado a presión de boca pequeña, el diámetro interior de la boca de la botella producida puede ser tan pequeño como 18 mm. Dependiendo de la altura debajo de la boca de la botella y del diámetro del cuerpo de la botella, se puede producir un tamaño de orificio interior de boca de botella más pequeño.
(2) La altura por debajo de la boca de la botella depende del diseño de la pieza en bruto. La altura máxima de la pieza en bruto del límite de carrera del mecanismo de punzonado está entre 160 y 170 mm. La altura máxima de la botella por debajo de la boca de la botella está relacionada con la extensión de la pieza en bruto, que a su vez está relacionada con el diseño, la calidad y el volumen de la botella. Se han producido botellas con una altura por debajo de la boca de la botella de hasta 280 mm, pero este límite puede superarse dependiendo del diseño y el peso de la botella. La tabla 2-40 enumera la relación entre la masa y el volumen de la botella.
Las dimensiones límite de diámetro anteriores corresponden a moldes que utilizan termoformado al vacío. Si no se utiliza termoformado al vacío o se reduce el ancho del tanque de vacío, se pueden producir botellas que superen las dimensiones anteriores.
(2) En el proceso deberán tenerse en cuenta los siguientes factores:
1. Se deben mantener altos estándares de uniformidad química y térmica del líquido de vidrio.
2. La temperatura de ablandamiento del vidrio más baja posible, es decir, la temperatura de trabajo más baja.
3. El vidrio debe tener una buena estabilidad química y física en todo el rango de temperatura en el que se utiliza la botella.
Se puede consultar la siguiente relación de viscosidad y temperatura.
La producción de botellas ligeras mediante soplado a presión de botellas de boca pequeña tiene altos requisitos de tecnología y equipo. Además de los estrictos requisitos para la preparación, transporte y almacenamiento de materias primas y materiales de lote y la fundición de hornos mencionados anteriormente, se requiere que la máquina para fabricar botellas tenga los mecanismos y dispositivos necesarios para reducir el desgaste mecánico y mantener un buen estado de funcionamiento; existen altos requisitos para el material y el procesamiento de componentes clave, como punzones y tuberías de enfriamiento. Debido a sus pequeños diámetros, los punzones deben estar hechos de acero de alta calidad para el diseño del mecanismo y para cumplir con los requisitos del dispositivo de moldeo; el procesamiento general es eliminar el desgaste del metal tanto como sea posible; los punzones deben pulirse con precisión a lo largo de su eje longitudinal; las dimensiones de conexión de los punzones y las juntas de punzón deben mantenerse dentro del rango de tolerancia. Además, el diseño del molde inicial y la forma de la botella deben cumplir con los requisitos del proceso de soplado a presión de botellas de boca pequeña.
En los últimos años, la empresa Haiye ha desarrollado sucesivamente el método HAP y varios tipos de máquinas para fabricar botellas, entre ellas H1-2, H6-12 y H1-9, basándose en el proceso de soplado a presión de boca pequeña. El espesor de pared de las botellas y latas que produce se puede reducir a 1 mm, lo que la convierte en una máquina ideal para producir botellas ligeras. El método de soplado a presión de Haiye se utiliza para producir botellas ligeras de boca pequeña. Debido a la distribución uniforme del espesor, la tasa máxima de reducción de peso puede alcanzar el 33 %. El estándar de resistencia de las botellas ligeras se mejora significativamente en comparación con el estándar de las botellas pesadas. La figura 2-39 muestra la estructura de la máquina para fabricar botellas H1-2 de Haiye.
Las características técnicas de la máquina para fabricar botellas Haiye son las siguientes.
1 La mesa giratoria se utiliza para hacer que las gotas caigan directamente en el molde primario.
2 Tanto las botellas de boca pequeña como las de boca grande se forman mediante el método de soplado a presión.
3 Tiene una fuerte adaptabilidad y puede producir botellas y latas pesadas, livianas y ultralivianas.
Al utilizar un molde primario y dos moldes de formación, el rendimiento de una sola cavidad es alto, lo que no tiene comparación con ninguna otra máquina para fabricar botellas.
5 El molde primario tiene suficiente tiempo de recalentamiento durante el proceso de transferencia y se puede ajustar.
No es necesario dar vuelta el molde primario cuando se transfiere del molde primario al molde de formación.
El tiempo de contacto entre el vidrio y el molde de formación y el tiempo de contacto con el molde primario están en una proporción adecuada.
La botella queda sujetada por el molde de boca durante todo el proceso de moldeo.
9 Enfriar todos los moldes de manera uniforme.