中空玻璃生產(chǎn)的核心工藝是熱端成型，而熱端成型的重點(diǎn)在于溫度控制。此方案適用于各種玻璃瓶罐、醫(yī)藥玻璃和特殊中空玻璃。

模具在熱端成型工藝中的功能，不僅僅是讓料滴成型為正確形狀的瓶罐，也要保證料滴有合適的成型溫度。在中空玻璃行業(yè)，通常會(huì)應(yīng)用如下模具冷卻方式：

垂直冷卻和倒垂直冷卻法 - 冷卻風(fēng)從模具下方 (垂直冷卻) 或上方 (倒垂直冷卻) 進(jìn)入模具橫截面的軸向通道對(duì)模具進(jìn)行軸向冷卻。當(dāng)模具落料關(guān)閉時(shí)，冷卻風(fēng)進(jìn)入模具。模具冷卻時(shí)間和時(shí)長(zhǎng)通過(guò)成型設(shè)備的配時(shí)進(jìn)行設(shè)定。此時(shí)，模具動(dòng)作為“模具關(guān)”狀態(tài)。

360°冷卻、E-MOC冷卻、軸向冷卻法的工作原理類(lèi)似。區(qū)別在于，360°冷卻氣是通過(guò)模具掛鉤或其它可活動(dòng)通道進(jìn)入模具冷卻，不受限于行列機(jī)的任何動(dòng)作。掛鉤通常位于模具中部位置，冷卻風(fēng)從中部位置進(jìn)入模具后往上往下流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)360°冷卻。

堆疊冷卻徑向冷卻法 - 通過(guò)對(duì)模具外部進(jìn)行吹氣來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻。冷卻風(fēng)通過(guò)置于組段外緣的風(fēng)嘴進(jìn)行冷卻風(fēng)分配。疊冷同樣可以實(shí)現(xiàn)360°冷卻，不受限于成型設(shè)備的任何動(dòng)作。

當(dāng)然，隨著玻璃工藝的發(fā)展，也會(huì)有其他特殊的冷卻方式。

根據(jù)生產(chǎn)的需要，我們可以在同一個(gè)組段使用多種冷卻方式組合。如下圖所示：

玻璃成型生產(chǎn)因以下因素各有不同：設(shè)備組段數(shù)、料滴數(shù)、最大生產(chǎn)速度、設(shè)備可用的模具尺寸、模具冷卻方式、設(shè)備機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式、中空玻璃類(lèi)型等， 但設(shè)備運(yùn)行的原理通常是趨同的。

模具冷卻系統(tǒng)使用獨(dú)立風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)管連接至行列機(jī)各組段模具。通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)不同的風(fēng)壓和風(fēng)量供應(yīng)，從而使模具獲得需要和適宜的溫度。

模具冷卻效率是影響成型設(shè)備生產(chǎn)速度的一個(gè)重要因素。冷卻工藝也是能源消耗密集的工藝過(guò)程。玻璃成型作為一個(gè)持續(xù)性的閉環(huán)工藝，不能有任何中斷或干擾，模具長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，如果沒(méi)有及時(shí)的冷卻，溫度會(huì)不斷上升。而模具中的玻璃溫度是不允許有很大波動(dòng)的，因此當(dāng)模具到達(dá)一個(gè)臨界高溫，玻璃成型也就無(wú)法繼續(xù)下去了。同時(shí)，冷卻不足也會(huì)導(dǎo)致玻璃成型缺陷、模具快速磨損甚至損壞。模具冷卻不足帶來(lái)的還有能源的大量消耗（玻璃重熔、冷卻風(fēng)機(jī)不得不超負(fù)荷工作），無(wú)形中增加了工廠的能源成本。

有的工廠不得已只能降低設(shè)備生產(chǎn)速度，或者使用更少的組段（如一臺(tái)十組機(jī)只開(kāi)其中的八個(gè)組段）來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，使得工廠的盈利大受影響。

因此，模具溫度控制對(duì)于玻璃成型減少缺陷率和提高機(jī)速至關(guān)重要。

那么影響模具溫度的因素有哪些呢？

通常有如下因素：玻璃液溫度、CRV生產(chǎn)速度 (模腔速率和料滴剪切速度)、 模具材料、模具構(gòu)造、成型機(jī)配時(shí)、冷卻類(lèi)型、冷卻風(fēng)參數(shù)。這些因素界定了每一種生產(chǎn)的特性。   

為了使模具溫度保持在一個(gè)合適的水平，就必須保證模具和冷卻風(fēng)之間最合適和準(zhǔn)確的熱交換。針對(duì)冷卻工藝過(guò)程，我們需要重點(diǎn)考量：風(fēng)機(jī)入口的空氣溫度、模具冷卻風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)位的正確選擇、冷卻風(fēng)類(lèi)型（包括風(fēng)壓和風(fēng)量參數(shù)）的設(shè)置、成型機(jī)的恰當(dāng)配時(shí)設(shè)定。

風(fēng)機(jī)入口的空氣溫度，特別對(duì)于年平均氣溫很高或者夏天溫度極高地區(qū)的玻璃工廠來(lái)說(shuō)，是一個(gè)值得重點(diǎn)考量的因素，如沙特阿拉伯、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)。因?yàn)檫^(guò)高的空氣溫度會(huì)引起冷卻風(fēng)熱容量減少，導(dǎo)致模具的熱量不能有效被傳遞出來(lái)。

通常，風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)是由玻璃廠人員基于經(jīng)驗(yàn)或玻璃成型設(shè)備制造商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的不恰當(dāng)選擇會(huì)引起模具冷卻不足或無(wú)法正常冷卻等問(wèn)題。而風(fēng)機(jī)類(lèi)型的選擇錯(cuò)誤，則會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行偏離最佳工作點(diǎn)位，從而出現(xiàn)風(fēng)管內(nèi)空氣浪涌和過(guò)載等現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致軸承損傷、機(jī)罩開(kāi)裂、電機(jī)過(guò)熱、噪音過(guò)大、風(fēng)管裂縫等。

另一個(gè)重要參數(shù)是冷卻風(fēng)類(lèi)型（徑向冷卻情況下）和/或冷卻通道 （軸向冷卻情況下）。層流方式下的模具和冷卻風(fēng)之間的熱對(duì)流低于渦流方式下的熱對(duì)流。冷卻類(lèi)型同時(shí)也和風(fēng)管構(gòu)造以及成型機(jī)底座構(gòu)造相關(guān)。同時(shí)，風(fēng)壓和風(fēng)量也需要密切配合，從而適應(yīng)冷卻需求。

成型機(jī)正確的配時(shí)設(shè)定對(duì)模具冷卻影響非常大，配時(shí)長(zhǎng)度受限于既定的生產(chǎn)速度。生產(chǎn)速度越高，冷卻配時(shí)越短。這個(gè)問(wèn)題特別存在于非360°軸向冷卻情況下，特別是垂冷和倒垂冷，當(dāng)然也包括堆疊冷。

除開(kāi)上述的主要影響因素，我們同時(shí)也可以關(guān)注如下幾點(diǎn)：

模具構(gòu)造和材料類(lèi)型直接影響模具機(jī)械耐用性，但模具構(gòu)造在熱性能、熱交換和正確的冷卻供應(yīng)等方面的影響卻往往不太被重視。從而導(dǎo)致新的玻璃產(chǎn)品打樣過(guò)程難、久且繁瑣。

風(fēng)機(jī)入口的空氣濕度對(duì)模具冷卻效率、空氣和模具之間的熱交換的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小。潮濕的空氣比干燥的空氣具有更大的熱容量。僅僅當(dāng)濕度發(fā)生很大的變化，才可能引起冷卻效率的較大變化。

在中空玻璃成型工藝中，通常使用空氣作為冷卻氣，并由徑向風(fēng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)風(fēng)管和調(diào)節(jié)閘板至成型機(jī)底床，進(jìn)而分配到各個(gè)組段，進(jìn)入模具區(qū)域?qū)δ＞哌M(jìn)行冷卻。冷卻過(guò)程實(shí)際就是將玻璃料滴的適當(dāng)熱量傳遞至模具，進(jìn)而與冷卻風(fēng)進(jìn)行熱交換，確保料滴在模具里保持適宜的溫度，從而正確成型。而料滴的成型溫度范圍（無(wú)任何缺陷）通常是非常小的，這就要求冷卻工藝必須非常精確。

那么，我們迫切需要一套系統(tǒng)，既能有效解決模具冷卻精確性的問(wèn)題，又能對(duì)冷卻參數(shù)和冷卻效率進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和即時(shí)調(diào)整。“實(shí)時(shí)監(jiān)控和即時(shí)調(diào)整”是這里的重點(diǎn)，它能保證生產(chǎn)在不被中斷的前提下及時(shí)調(diào)整各種設(shè)置，從而保證高的冷卻效率，進(jìn)而保障高機(jī)速和高成品率，做到隨時(shí)隨地優(yōu)化玻璃的成型生產(chǎn)過(guò)程，從而大大提升玻璃工廠的盈利能力。良好的玻璃成型溫度控制也會(huì)有利于玻璃產(chǎn)品的退火，從而降低整個(gè)成型過(guò)程的能源消耗。操作工的工作量也會(huì)大大減少，工廠因此也可以節(jié)省更多的人力成本。

那么，這套風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和智能控制是如何工作的呢？

下面以“德國(guó)LWN冷卻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)”為例，簡(jiǎn)述其工作原理和流程。

1、通常，在玻璃成型過(guò)程中對(duì)模具進(jìn)行精確冷卻和有效控制，需要從以下幾個(gè)步驟著手：

分析模具構(gòu)造對(duì)玻璃、模具和冷卻風(fēng)之間的熱交換的影響；

傳感器收集如下數(shù)據(jù)：風(fēng)管中的壓力損失、成型設(shè)備中的壓力損失、進(jìn)入模具的冷卻風(fēng)壓力、料滴進(jìn)入模具前的溫度、風(fēng)管中的空氣溫度和濕度、并將這些數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)計(jì)算模塊。

將需要的生產(chǎn)速度、配時(shí)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)或可接受的冷卻風(fēng)最大配時(shí)時(shí)長(zhǎng)，以及模具材料、模具最大耐受溫度導(dǎo)入計(jì)算模塊。

基于如上導(dǎo)入和從傳感器接收到的數(shù)據(jù)，計(jì)算模塊通過(guò)運(yùn)行數(shù)字運(yùn)算，得出風(fēng)機(jī)合適的工作點(diǎn)位和以及準(zhǔn)確的冷卻配時(shí)，從而使得風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)冷卻效率最大化。

在如上步驟“d”中，如果計(jì)算模塊顯示模具無(wú)法獲得正確的成型溫度，據(jù)此也可以判斷出成型生產(chǎn)速度沒(méi)有被提升的可能，或者生產(chǎn)時(shí)間需要延長(zhǎng)。

冷卻參數(shù)選擇時(shí)，也會(huì)參考如上(a) 中提到的模具結(jié)構(gòu)分析，包括對(duì)生產(chǎn)中已經(jīng)應(yīng)用的模具或者是已經(jīng)打樣尚未投入生產(chǎn)的模具的分析。

冷卻系統(tǒng)選擇的另一個(gè)重點(diǎn)就是風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)位的選擇，靜態(tài)壓力和冷卻風(fēng)流量值構(gòu)成了坐標(biāo)軸中的風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)位。

另外，數(shù)字計(jì)算模塊能還原模具冷卻風(fēng)道以及冷卻風(fēng)嘴的架構(gòu)參數(shù)，形狀、位置及尺寸大小，方便工廠對(duì)問(wèn)題進(jìn)行回溯。

冷卻風(fēng)泵開(kāi)關(guān)柜的電流數(shù)據(jù)，以及和料滴剪切速度相關(guān)的數(shù)據(jù)都能導(dǎo)入計(jì)算模塊進(jìn)行運(yùn)算。

冷卻系統(tǒng)會(huì)對(duì)如上數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性運(yùn)行，所以正在進(jìn)行的生產(chǎn)當(dāng)前狀況能即時(shí)顯示并更新在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)顯示屏，以及辦公區(qū)域相關(guān)人員的電腦上，不管相關(guān)人員身處何處都能及時(shí)查看生產(chǎn)情況。如有冷卻異常，相關(guān)警報(bào)以及系統(tǒng)給出的改善建議也會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在顯示屏或電腦上，智能模式下，系統(tǒng)甚至?xí)鶕?jù)計(jì)算結(jié)果主動(dòng)將信號(hào)傳遞給冷卻風(fēng)機(jī)變頻器，并自動(dòng)對(duì)變頻器進(jìn)行頻率調(diào)整以適應(yīng)生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人化車(chē)間模式。

2、冷卻控制系統(tǒng)是一個(gè)用于控制玻璃成型過(guò)程中的模具冷卻工藝的系統(tǒng)，其運(yùn)算模塊和成型設(shè)備配時(shí)控制模塊、風(fēng)機(jī)控制器以及提供即時(shí)數(shù)據(jù)的傳感器相連。

提供即時(shí)數(shù)據(jù)的感應(yīng)器組件包括：冷卻風(fēng)溫度感應(yīng)器、濕度感應(yīng)器、靜態(tài)壓力感應(yīng)器、主要管道壓力差感應(yīng)器、玻璃料滴溫度感應(yīng)器、模具溫度感應(yīng)器，從成模出來(lái)的玻璃瓶罐溫度感應(yīng)器。

風(fēng)機(jī)可以配備兩套互換性葉輪，風(fēng)葉具備不同的幾何形狀，使得成型設(shè)備在生產(chǎn)差異很大的玻璃產(chǎn)品時(shí)依然可以保持最優(yōu)的冷卻效率。

根據(jù)生產(chǎn)的需求，初模和成模側(cè)也可以配備不同的風(fēng)機(jī)。

冷卻系統(tǒng)可額外增加空氣加濕器，提高冷卻風(fēng)熱容量。

或增加一個(gè)熱交換裝置，降低從入口到玻璃成型機(jī)組段的冷卻風(fēng)上游溫度。

對(duì)冷卻和生產(chǎn)進(jìn)行最大限度的優(yōu)化可以從以下三個(gè)方面著手：

a) 通過(guò)模具結(jié)構(gòu)分析和改善，來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化玻璃料、模具和冷卻風(fēng)之間的熱交換，以及冷卻風(fēng)的配時(shí)和冷卻時(shí)長(zhǎng)設(shè)定；

b) 通過(guò)對(duì)設(shè)定生產(chǎn)速度的分析，來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)速度和模具溫度、風(fēng)機(jī)能耗之間的配合；減少生產(chǎn)損失；

c) 根據(jù)不同玻璃制品的尺寸和類(lèi)型，來(lái)分析和正確選擇風(fēng)機(jī)參數(shù)（靜態(tài)壓力和流量）以及最高效率的風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)位，從而實(shí)現(xiàn)最低的能源消耗。

引入數(shù)字運(yùn)算可以帶來(lái)顯著的生產(chǎn)成本降低，在某種程度上甚至可以消除之前生產(chǎn)中的很多不必要成本。生產(chǎn)損失大大減少，成品率提升。機(jī)速同時(shí)提升。每次運(yùn)算的時(shí)間短于每組段每瓶罐生產(chǎn)周期時(shí)間。

數(shù)字運(yùn)算有利于優(yōu)化和控制當(dāng)前生產(chǎn)正在使用模具的冷卻工藝從而優(yōu)化當(dāng)前生產(chǎn)，同時(shí)也可用于對(duì)暫未投產(chǎn)的打樣模具進(jìn)行分析和優(yōu)化，從而避免打樣模具因?yàn)槿毕輲?lái)的生產(chǎn)損失。

基于第一種情況進(jìn)行的運(yùn)算，我們就能發(fā)現(xiàn)，針對(duì)現(xiàn)有的模具和冷卻方式，以及成型設(shè)備速度，需要進(jìn)行怎樣的改善來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)前生產(chǎn)，如，是否需要調(diào)整風(fēng)機(jī)參數(shù)，是否需要更換風(fēng)機(jī)葉輪或者是否需要對(duì)模具進(jìn)行改良。

而對(duì)于如上第二種情況，運(yùn)算則可以測(cè)試出模具在設(shè)定生產(chǎn)速度下，為達(dá)到最大的冷卻效率需要進(jìn)行怎樣的改良。

數(shù)字運(yùn)算主要考量如下參數(shù)：冷卻風(fēng)在風(fēng)管內(nèi)的壓力損失，在玻璃成型設(shè)備內(nèi)的壓力損失，模具當(dāng)前材質(zhì)或模具設(shè)計(jì)材質(zhì)，載入初模前的料滴溫度，風(fēng)機(jī)壓縮做功后的風(fēng)管內(nèi)空氣溫度，空氣濕度，設(shè)定生產(chǎn)速度，實(shí)現(xiàn)冷卻的最大配時(shí)時(shí)間，風(fēng)機(jī)最優(yōu)工作點(diǎn)位，以便實(shí)現(xiàn)最大的冷卻效率。

根據(jù)預(yù)期和設(shè)定參數(shù)，通過(guò)數(shù)字運(yùn)算我們將可以做到如下優(yōu)化：風(fēng)機(jī)類(lèi)型選擇以及風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)優(yōu)化；模具內(nèi)冷卻通道以及冷卻風(fēng)嘴的形狀、位置以及尺寸優(yōu)化；冷卻配時(shí)優(yōu)化；生產(chǎn)最大速度優(yōu)化。如此一來(lái)，之前因?yàn)槟＞邷囟鹊牟粶?zhǔn)確或不穩(wěn)定而導(dǎo)致的生產(chǎn)損失將顯著減少，直至完全消失。

此運(yùn)算可以在自動(dòng)化模具冷卻系統(tǒng)安裝之前執(zhí)行，可針對(duì)單個(gè)產(chǎn)品或一組尺寸相似的產(chǎn)品進(jìn)行。

模具冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)位于冷卻風(fēng)泵下游的熱交換裝置。不管環(huán)境條件有何變化，熱交換裝置的應(yīng)用可以維持冷卻風(fēng)的恒定溫度和濕度。熱交換裝置可以利用現(xiàn)有循環(huán)的冷卻風(fēng)或使用額外冷卻器。模具冷卻系統(tǒng)還可包括一個(gè)加濕器 (蒸汽冷凝器)，安裝在冷卻風(fēng)泵下游。如此布局可提高冷卻風(fēng)的熱容量，從而在更短的時(shí)間內(nèi)將更多熱量從模具上轉(zhuǎn)移出來(lái)。

在冷卻風(fēng)管內(nèi)，初模側(cè)和成模側(cè)組段入口的上游安裝控制閘板，閘板開(kāi)關(guān)位置信號(hào)將傳輸至運(yùn)算模塊。控制系統(tǒng)由一系列感應(yīng)器提供信號(hào)，感應(yīng)器分為兩組：一組感應(yīng)器提供計(jì)算模塊內(nèi)周期運(yùn)算所必需的數(shù)據(jù)；另一組感應(yīng)器則核查計(jì)算數(shù)據(jù) (選擇項(xiàng))。

第一組感應(yīng)器包括如下：冷卻風(fēng)的溫度感應(yīng)器和濕度感應(yīng)器，靜態(tài)壓力感應(yīng)器，壓力差感應(yīng)器，料滴溫度感應(yīng)器，冷卻風(fēng)溫度感應(yīng)器，濕度感應(yīng)器。感應(yīng)器數(shù)量可根據(jù)玻璃成型設(shè)備的組段來(lái)布局，或使用中央感應(yīng)器用于所有組段 (前者的控制精度會(huì)更好)。

第二組感應(yīng)器包括：模具溫度感應(yīng)器，離開(kāi)成模后的玻璃產(chǎn)品溫度感應(yīng)器。

模具溫度感應(yīng)器可以有不同的應(yīng)用。例如，僅在成模側(cè)第一個(gè)和最后一個(gè)組段上，或成模側(cè)和初模側(cè)的第一個(gè)和最后一個(gè)組段上。

另外，運(yùn)算模塊接收來(lái)自冷卻風(fēng)泵開(kāi)關(guān)箱的電流數(shù)據(jù)，以及剪切速率 (生產(chǎn)速度) 和配時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

設(shè)定的模具內(nèi)溫度和離開(kāi)模具后玻璃產(chǎn)品的溫度，以及計(jì)劃達(dá)到的生產(chǎn)速度數(shù)據(jù)將提前輸入運(yùn)算系統(tǒng)。運(yùn)算系統(tǒng)通過(guò)執(zhí)行運(yùn)算會(huì)判斷出如上的溫度和速度數(shù)據(jù)是否能被實(shí)現(xiàn)。

基于第一組感應(yīng)器的數(shù)據(jù)以及提前導(dǎo)入的玻璃模具結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)將在每個(gè)設(shè)備工作周期后，或每次輸入?yún)?shù)改變時(shí)，對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)定工作點(diǎn)位和設(shè)備的冷卻配時(shí)進(jìn)行周期性運(yùn)算，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。

控制系統(tǒng)屏幕顯示示例如下（每一個(gè)參數(shù)和機(jī)構(gòu)都可以點(diǎn)擊進(jìn)去查看更詳細(xì)的信息）：

（鑒于篇幅，關(guān)于控制系統(tǒng)本身的介紹將另文細(xì)述）

在軸向和徑向冷卻方式同時(shí)存在的成型設(shè)備中，徑向風(fēng)機(jī)作為冷卻風(fēng)泵，此時(shí)每個(gè)風(fēng)機(jī)最好配備兩個(gè)可換式葉輪：第一個(gè)葉輪可產(chǎn)生低壓高流量冷卻風(fēng)，第二個(gè)葉輪可產(chǎn)生高壓低流量冷卻風(fēng)。亦可配備多變幾何形狀的葉輪。使用這些方法，可以極大降低電機(jī)能耗，且極大提高風(fēng)機(jī)冷卻效率。

對(duì)冷卻系統(tǒng)的選型和對(duì)冷卻工藝各參數(shù)的精確計(jì)算可以極大地提高冷卻效率、從而達(dá)到高機(jī)速、低能耗、提高產(chǎn)品成品率，進(jìn)而提升玻璃工廠的盈利能力。而在成型過(guò)程中對(duì)冷卻工藝進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控和即時(shí)調(diào)整的控制系統(tǒng)，則無(wú)疑如同增加了一個(gè)可同時(shí)負(fù)責(zé)幾條生產(chǎn)線(xiàn)的“智能機(jī)器人”：它可以將幾條線(xiàn)的當(dāng)前冷卻數(shù)據(jù)通過(guò)彩圖完整展示、且能迅速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、自動(dòng)優(yōu)化參數(shù)，是當(dāng)之無(wú)愧的“冷卻衛(wèi)士”。得十分明顯。