在遠(yuǎn)古大約在公元前100年用手工制作玻璃瓶時(shí)當(dāng)年是沒有模具的。工人們在爐臺(tái)旁用鐵管挑出玻璃液吹制，玻璃液料團(tuán)在他們的手中轉(zhuǎn)動(dòng)、吹氣、變形、凝固冷卻而成形。由于沒有模具做出的玻璃瓶個(gè)個(gè)都不一樣。大小長短是個(gè)人的技巧，他們完全是自由發(fā)揮，如圖一。
圖一 當(dāng)年人工無模具吹制生產(chǎn)及玻璃瓶
此種玻璃瓶帶來的是重量與容量不一，外部形狀也不一。這樣在外形包裝與灌裝時(shí)等都產(chǎn)生了不少問題。隨著社會(huì)的發(fā)展無模具生產(chǎn)逐步被淘汰，但作為手工藝術(shù)品現(xiàn)在某些地方還有保留。
一、早期歷史上玻璃瓶模具的產(chǎn)生與使用：
為了使玻璃瓶外形統(tǒng)一，當(dāng)年玻璃行業(yè)先人們用陶土揉捏成玻璃瓶外形然后燒制定型，也有在石頭上雕成玻璃瓶形狀用它們作為模具造成玻璃容器。但是陶制的容易破裂而石頭的加工不易，人們又想到使用木材使用木頭制造模具，木材加工方便可用水冷卻，它得到了很長時(shí)間的運(yùn)用。據(jù)使用過木頭模具的老工人回憶，我國在民國時(shí)期使用木頭模具是較為普遍。他們在使用時(shí)在其木頭模腔內(nèi)墊襯一張報(bào)紙，損壞后再換一張。模具熱后用水淋一下降溫。可惜當(dāng)年的木頭模具實(shí)物未能保留下來。圖二是國外玻璃工廠所留下的木制玻璃瓶模具。
圖二 木制玻璃瓶模具
它約使用在十八世紀(jì)末人工吹瓶時(shí)使用。觀其模具內(nèi)腔十分粗糙，二個(gè)手柄可供開模小工們操作的開啟與關(guān)閉，鎖塊在模具關(guān)閉吹氣是用來鎖住成模的。
二、金屬模具的發(fā)明與使用
在第一次工業(yè)革命后冶金工業(yè)大發(fā)展，金屬鋼鐵在各領(lǐng)域得到廣泛地使用。1811年，金屬模子在英國首先發(fā)明并使用。
1821年英國又發(fā)明了金屬二瓣模可開啟的模具來生產(chǎn)玻璃瓶，并且申請了專利。
1847年美國人馬古恩約瑟夫發(fā)明并申請使用鑄鐵模具專利，但直到1866年玻璃瓶鑄鐵模具使用了連續(xù)冷卻風(fēng)后，才取得了良好的效果。
圖三是當(dāng)年手工吹瓶時(shí)，圖左可見開模小工在操作金屬模以及圖右是當(dāng)年推廣金屬模具的廣告。
圖三是當(dāng)年手工吹瓶時(shí)，圖左可見開模小工在操作金屬模以及圖右是當(dāng)年推廣金屬模具的廣告。
圖三 當(dāng)年吹瓶人工在操作金屬模及推廣金屬模具的廣告
金屬模具的廣泛使用它使得玻璃瓶外形統(tǒng)一、玻璃瓶光潔以及模具壽命長等一些列優(yōu)點(diǎn)。從此玻璃瓶的制造迎來一個(gè)新紀(jì)元。
三、模具使用發(fā)展的步伐：
1.二瓣模式：
初期的金屬模具它從成模到模底均是二瓣模的，它是從木制模具樣式拷貝而來。它是一個(gè)完整的合縫線（HalfSeams）。當(dāng)年最簡單的想法是：模具必定是二瓣的，玻璃瓶成形后，工人可以把成形的玻璃瓶從模具“拿”出來，他們原始設(shè)計(jì)如圖四。
圖四 1860年的二瓣哈夫模及生產(chǎn)出的玻璃瓶
圖四左是該二瓣式模具的示意圖，初料胚轉(zhuǎn)到此模具后，工人操作二側(cè)的手柄將其關(guān)閉，吹成熱瓶后將其打開，把熱玻璃瓶鉗出完工。圖四中是當(dāng)年實(shí)際使用的二瓣式成模留下的照片，此類模具制造出的玻璃瓶如圖四右，據(jù)考證它約是1860年的二瓣哈夫模所生產(chǎn)的玻璃瓶。
這類玻璃瓶模底有一道合縫線，玻璃瓶擺放時(shí)受此線的影響，擺不穩(wěn)特別是細(xì)長玻璃瓶時(shí)更是如此。
2.三瓣模小模底形式：
后來人們發(fā)覺成模與模底應(yīng)該分開，因此逐步發(fā)展加了模底。成模由三部分組成，開始設(shè)計(jì)此模底很小。俗稱小模底式見圖五。
圖五 三瓣模小模底的模具與其玻璃瓶
圖五左是該三瓣式模具的示意圖，圖五中是當(dāng)年實(shí)際使用的三瓣式成型模的照片，圖五右是此類模具制造出的玻璃瓶，其瓶底有一深深的接縫線。因此這種玻璃瓶它也擺不穩(wěn)。
3.三瓣模高模底形式：
當(dāng)年還有人改進(jìn)設(shè)計(jì)了另一種成模，它也是由三部分組成，模底像是一高圓筒。圖六左是該工藝的示意圖。俗稱高模底。
圖六 三瓣高模底模具與其生產(chǎn)的玻璃瓶
這種成模它有一個(gè)高高的模底見圖六左，其模底占整個(gè)瓶身的一半。它的接縫線在瓶身的中部。此類模具制造出的玻璃瓶如圖六右。
此種玻璃瓶雖然瓶底沒有接縫線了，但是在瓶身中部有一圈接縫線顯得十分不美觀，特別對于貼標(biāo)簽的瓶帶來不少問題。由于其模底十分高，約占玻璃瓶總高的一半，要將吹制好的熱玻璃瓶鉗出也是十分不易，常會(huì)將熱瓶鉗傷。
4 手工制瓶的芯子
圖七 手工操作制瓶的芯子
5.手工制瓶的鉗瓶（送瓶）
圖八 鉗出熱瓶后送入退火窯的工具
以上創(chuàng)造發(fā)明出的有合縫線的玻璃模具，今天看來好像十分簡單幼稚，但是當(dāng)時(shí)的每一步都是一種進(jìn)步，是長長制瓶歷史過程中必由之路，這些制瓶先驅(qū)者探索與實(shí)踐的精神值得我們敬佩。
四、現(xiàn)代模具使用的幾點(diǎn)認(rèn)識
1.合縫線（接縫線）的分類與名稱
合縫線（接縫線）是現(xiàn)代模具的重要參數(shù)之一，現(xiàn)歸納如下：
⑴ 接縫線（Parting Lines），(也稱：水平合縫線Horizontal Seams)
它包括：
① 口板與口模之間的接縫線（Ring Mould PartingLines），
② 芯子與口板之間的接縫線（Plunger PartingLines），
③ 口模與初模之間的接縫線（Neck Ring Parting Lines），
④ 模底與成模之間接縫線（Bottom Plate Parting Lines）；
⑵ 合縫線（Side Seams） （也稱：垂直合縫線 Vertical seams）
它包括：
① 口模合縫線（Neck Ring Seams），
② 初模合縫線（Blank Seams），
③ 成模合縫線（Blow Mould Seams）；
⑶ 瓶底悶頭線（Basal Scars）它是模底平面的一種接縫線
① 悶頭印，（Baffle Mark），
② 悶頭閥印（Valve Mark）。
綜上所敘吹&吹法在制瓶生產(chǎn)中模具里，其中的口板與口模之間的接縫線（Ring Mould Parting Lines）、芯子與口板之間的接縫線（PlungerParting Lines）以及口模合縫線（Neck Ring Seams）是最為重要的，它們起到了瓶口密封的關(guān)鍵作用。
合縫線（接縫線）在制瓶生產(chǎn)中的注意點(diǎn)：
⑴ 初模與成模等的邊緣與四角加焊硬質(zhì)合金（Hard Edging），以防止模具在開、合時(shí)撞擊造成磨損或者損傷。在模具返修時(shí)也要注意噴以硬質(zhì)合金加以修補(bǔ)。
⑵ 初模與成模的弧線（Hollow Milling），模具在成形時(shí)其內(nèi)外表面有較大的溫差（約300℃左右），致使模具向外翹起變形，為了彌補(bǔ)此種變形。要在模具平面向下磨削形成向下的弧線（通常在陰模面上），此弧線深度h的計(jì)算方式如下：[1]
初模：h=H/1000
成模: h=H/2000
式中：H---模具的總長，h--弧線深度；
由于此弧線向下凹的尺寸相當(dāng)小，因此在驗(yàn)收和返修時(shí)要特別注意。
⑶ 模具夾具夾力的調(diào)整與模具開啟的緩沖。在壓&吹法工藝時(shí)，當(dāng)沖頭向上沖壓初模夾具必須要有足夠的夾持力，以防止初模與口模漲開。
2.模具在制瓶過程中的的排氣
在現(xiàn)代制瓶過程中除了要用壓縮空氣對玻璃料滴進(jìn)行倒氣、撲氣與正吹氣等吹制工序，其模具還必須適時(shí)地排除其模腔空間（Voids）里所占有的氣體，讓出空間使得玻璃液迅速貼緊模腔，生產(chǎn)出合格的玻璃瓶。
當(dāng)年制瓶完全處在手工操作的階段，制瓶人對模具的排氣也沒有概念，制瓶的速度也全在于制瓶師傅們“手中的活”。但經(jīng)過多年的實(shí)踐，當(dāng)時(shí)的制瓶人也逐步認(rèn)識到模具排氣在制瓶過程中的重要性。因此在手工操作的模具排氣上也開始受到重視并做了大量的工作。
圖九的專利就是關(guān)于模具排氣當(dāng)年的例子之一：[2]
圖九 1874年4月7日模腔排氣的專利，專利號：149461；
此專利距今天已有144年，從此專利圖中我們可以看到其成模上、中、下均有排氣孔C，然后與大孔B鉆通由G孔排出成模。可見當(dāng)年還在手工操作時(shí)的情況下，我們同行前輩們就已經(jīng)認(rèn)識到模具排氣的重要性，它排氣原理與今天的排氣基本相似。
現(xiàn)代隨著制瓶高速化以及輕量化的發(fā)展，現(xiàn)在模具的合縫線等配合精度已經(jīng)做到了可謂嚴(yán)絲合縫，其模具的腔室（Cavity）幾乎是密閉的。因此現(xiàn)代制瓶過程中模具排氣的問題日趨凸出。人們不僅在成模處打排氣孔，還在其他模具中也采取了不同的排氣措施。
⑴ 初模側(cè)模具的排氣包括有：
① 芯子的排氣（Vent），② 口模的排氣（Vent），③ 初模的排氣（Vent），④ 悶頭的排氣（Vent）；
⑵ 成模側(cè)模具的排氣包括有：
① 成模模壁處的排氣孔（Exhaust）,② 模底部的排氣（Vent）,③ 吹氣頭的排氣（Exhaust）它可將熱瓶內(nèi)部熱量排出（Internal Cooling）,④ 吹氣頭端面的排氣（Vent）。
模具排氣在制瓶生產(chǎn)中的注意點(diǎn)：
⑴ 排氣平槽它包括：芯子的S槽、口模平槽、初模的平槽、悶頭上的平槽以及吹氣頭端面的平槽，其深度一般僅相當(dāng)于一根頭發(fā)絲，在驗(yàn)收新模具時(shí)要特別注意測量其加工的深度與寬度，在模具車間返修時(shí)更要注意此槽的情況，是否被油灰覆蓋等情況，以便進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑偌庸ぁ?/div>
⑵ 排氣孔它包括：成模的排氣孔、模底、芯子的排氣孔等。孔徑僅為0.3-0.7毫米左右非常容易被熱碎玻璃與油灰等堵塞。在模具車間返修時(shí)要特別注意觀察此小孔通暢與堵塞的情況。
⑶ 由于吹氣頭的特殊性，在修理疏通完工后，最好用專用設(shè)備對其進(jìn)氣與排氣的情況進(jìn)行校驗(yàn)。
⑷ 在初、成模涂油時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，此煙氣它對模具排氣會(huì)產(chǎn)生很大的阻力，將會(huì)產(chǎn)生各種的缺陷。在現(xiàn)代制瓶涂油后一般要剔除3-4個(gè)熱瓶（手動(dòng)或者自動(dòng)）。
⑸ 真空是自然排氣的重要補(bǔ)充，是強(qiáng)制排氣的一種形式。其作用不可小視。初模側(cè)如采用真空輔助其口部成形只需6-9゜,而沒有真空輔助口部成形需要35-40゜。成模的真空能使初胚瞬間貼住成模模壁快速地成形。現(xiàn)代隨著制瓶高速化以及輕量化的進(jìn)程，真空輔助排氣得到廣泛的使用。
3.模具的冷卻
料滴從供料機(jī)落下進(jìn)入初模腔，它的溫度約在1150℃左右，經(jīng)制瓶機(jī)近三十個(gè)制瓶工序到鉗瓶鉗出，此時(shí)此熱瓶的溫度在600℃左右，期間玻璃液溫度下降550℃以上。這些大量的熱能由玻璃液傳遞到模具，模具又通過冷卻風(fēng)將此熱量散發(fā)出去。現(xiàn)在人們普遍使用風(fēng)嘴（Stacher）、垂直風(fēng)冷卻（Vertical Cooling）等方式冷卻模具。而控制初模的溫度則是制瓶的關(guān)鍵。國外制瓶機(jī)目前裝有如：模具測溫裝置、溫度補(bǔ)償措施甚至裝有模具溫度控制回路。有經(jīng)驗(yàn)證明裝備模具溫度控制的制瓶機(jī)可提高合格率3～5%。
4.模具的維修
根據(jù)一般玻璃瓶廠的操作水平，一臺(tái)六祖雙滴料吹&吹法I.S制瓶機(jī)配備一套標(biāo)準(zhǔn)模具應(yīng)包括：[3]
18只成模和模底，24只初模和悶頭，50只口模，25只套管，25只芯子，16只吹氣頭，18只鉗子。如果I.S制瓶機(jī)能夠經(jīng)常適當(dāng)保養(yǎng)，并且操作正確，成模正常的壽命一般可生產(chǎn)100萬左右個(gè)玻璃瓶[4]。但其壽命是建立在模具的數(shù)次修理基礎(chǔ)上的。模具修理的主要目的是：⑴.使得模具保持在最佳狀態(tài)，⑵.使模具獲得盡可能長的壽命。
修理模具的流程：
⑴ 對換下模具的評估：
對那些部位損壞要修理并畫圈作好記號，對于模具損壞嚴(yán)重，修理在價(jià)值上得不償失作報(bào)廢處理，此工作較為重要，一般是由有經(jīng)驗(yàn)的主管擔(dān)任；
⑵ 模具的清理方法：
① 噴砂清理法，② 用金剛砂皮手工或機(jī)械清理，③化學(xué)清理法，④ 蒸汽噴射清理法，⑤ 電子清理法，⑥ 液體磨孔清理法。目前我們使用噴砂清理法較為普遍。
⑶ 修補(bǔ)與加工:
首先要對損壞部位進(jìn)行磨削，噴焊后選用不同的工具對模具進(jìn)行切、銼、磨和拋光等再加工。其關(guān)鍵維修部位一般為:① 初模頸部、悶頭和底模配合直徑，② 內(nèi)模腔直徑、容量，③ 口模與悶頭等配合處，④ 模縫的處理，⑤ 冷卻孔、排氣孔以及真空長孔的清潔，⑥外徑和掛耳，⑦ 表面處理預(yù)涂等。
有經(jīng)驗(yàn)證明：從玻璃瓶工廠報(bào)廢模具分析來看，其中80-90%是由于使用不當(dāng)而造成損壞而無法修理的，并不是由于長期生產(chǎn)玻璃瓶用壞的。
最后結(jié)束語：一個(gè)良好的模具也會(huì)造出壞瓶，一個(gè)不合格的模具只能造出廢瓶。
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