第十四章玻璃的成形

第十四章玻璃的成形第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五本章主要內容：14.1概述14.2玻璃的性能對成形的作用14.3玻璃的成形制度14.4玻璃的成形方法第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14.1概述玻璃的成型，是熔融玻璃液轉變?yōu)榫哂泄潭◣缀涡螤钪破返倪^程。成型：玻璃液作機械運動，即在外力作用下，質點移動，達到所需形狀，此過程與玻璃液的流變性質（粘度、表面張力、彈性等）有關；定型：玻璃液與周圍介質發(fā)生熱傳遞，由粘性液態(tài)轉變?yōu)榭伤軕B(tài)，再轉變?yōu)榇嘈怨虘B(tài)，此過程與玻璃液及周圍介質的熱物理性質（比熱、導熱率、透熱性、熱傳遞系數等）有關。第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14.2玻璃的性能對成形的作用14.2.1黏度對成形的作用玻璃的黏度隨溫度下降而增大的特性是玻璃制品成形和定形的基礎。成型溫度范圍的選擇流變性的大小快速通過結晶傾向區(qū)而不析晶自動調節(jié)制品的厚薄可進行局部反復加工第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14.2.2表面張力對成形的作用表面張力表示表面的自由能，使表面有盡量縮小的傾向，是溫度和組成的函數。使自由的玻璃液滴成為球形。玻璃纖維、玻璃管的拉制中自然得到圓形；在爆口和烘口時，使邊緣變圓；玻璃板收縮，銳角變圓，花紋不清晰等。第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14.2.3彈性對成形的作用粘滯性：粘度為106Pa·s以下；粘彈性：粘度105或106至1015Pa·s；彈性：粘度1015Pa·s以上。對多數玻璃的成型范圍為102~106Pa·s

，已經達到了彈性發(fā)生作用的的溫度，至少在某些部位已經接近這樣的溫度。第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14.2.4、比熱、熱導率、熱膨脹、表面輻射強度和透熱性對成形的作用玻璃成型時的冷卻速度決定于外界的冷卻條件，也和玻璃自身的熱性質有關。比熱：成型過程中需要放出的熱量；導熱率：表示單位時間內傳熱的量；透熱性：紅外線與可見光的透過能力；表面輻射強度：玻璃表面輻射熱量的能力；熱膨脹：與玻璃中應力的產生和制品尺寸公差有關系。第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五需要確定的工藝參數：成型溫度范圍、各工序的溫度及持續(xù)時間、冷卻介質或模型的溫度。合理的成型制度應使玻璃在成型各工序的溫度和持續(xù)時間同玻璃液的流變性質及表面熱性質協(xié)調一致。玻璃液的粘度-時間或溫度-時間曲線是確定成型制度的主要依據。14.3玻璃的成形制度第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14.3.1玻璃成形過程中的熱傳遞——模型成型

玻璃及模型的溫度變化：與模型接觸的玻璃表面溫度下降很大，內部溫度仍較高；而與玻璃接觸的模型內表面溫度升高較小。分析熱傳遞過程熱傳遞是冷卻重熱反復進行。熱阻玻璃的熱阻玻璃與模型臨界層熱阻模型熱阻模型與空氣臨界層熱阻第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14.3.2玻璃冷卻速度的計算玻璃液在成型過程中的冷卻速度受下列因素的影響：玻璃制品的質量m和表面積S，玻璃的比熱Cp，成型開始溫度T1和成型終了溫度T2，玻璃表面輻射強度（用輻射系數C表征），玻璃的透熱性（用在可見光譜紅外區(qū)光能吸收系數K′來表征）以及所接觸冷卻介質（空氣或模型）的溫度θ。第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五對微量玻璃，空氣中的冷卻速度為：其中：S——玻璃制品的表面積；

Cp——玻璃的比熱；

T——玻璃的溫度；

C——玻璃的表面輻射系數；

θ——玻璃所接觸的冷卻介質的溫度。第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五玻璃質量m的冷卻時間t為：其中：m——玻璃質量；

T1——玻璃制品成型開始溫度；

T2——玻璃制品成型終了溫度；

K——計算系數，第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五玻璃表層和內部冷卻到同一溫度的時間差為：

第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五玻璃成型中，表面和內部的溫差和厚度的平方成正比，即：

其中：Tcp——制品中部的溫度；

Td——制品外表面的溫度；

d——制品表面至中部的距離；

B——溫度分布常數，主要決定于玻璃的著色性質與著色程度、玻璃的輻射系數和透熱性。第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五推導：其中第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五根據式14-3和式14-9計算制品成型過程中冷卻所需要的時間，繪制出玻璃的溫度-時間曲線（圖14-7），即玻璃的冷卻曲線；結合黏度-溫度曲線，進一步繪制出玻璃的黏度-時間曲線（圖14-2），即玻璃的硬化曲線，從而制定出相應的成形制度。第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14.3.3成型制度的確定

工藝參數：成型溫度范圍、各工序的持續(xù)時間、冷卻介質或模型的溫度。成型溫度范圍即工作粘度范圍，是以玻璃液應具有完整成型的流動性，在外力作用下易于成型，有一定冷卻硬化速度與不產生析晶和缺陷等考慮的。一般選擇粘度-溫度曲線的彎曲處。102~106帕秒。第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五成型各階段的持續(xù)時間根據玻璃液粘度-時間曲線來確定。模型的溫度制度成型前，模型應加熱到適當的操作溫度；成型中，模型從玻璃中吸取的熱量應等于散失到冷卻介質中的熱量，以維持穩(wěn)定的操作制度。第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14.4玻璃的成形方法14.4.1人工成形1、人工吹制主要工具：吹管、襯碳模主要工序：挑料、吹小泡、吹制、加工因產量低，勞動強度大，目前僅用于吹制少量工藝美術品、高級器皿等制品。第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五挑料滾料、吹泡利用玻璃本身的流動性來整形第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五2、自由成形不用模型，僅用一些特制的工具將玻璃液直接制成制品，主要用于藝術制品的生產。3、人工拉制主要用于拉制玻璃管或玻璃棒；主要工序：挑料、滾料、料泡、拉管。4、人工壓制主要工序：挑料、剪料、壓制、脫模成形部件：模型、沖頭、模環(huán)第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

14.4.2機械成形1、機械成形的供料液流供料：利用池窯中玻璃液本身的流動性進行連續(xù)供料。如平板玻璃池窯的通路。真空吸料：在真空作用下將玻璃液吸出池窯進行供料。吸料頭吸料和雛形模吸料滴料供料：玻璃液流出，達到所要求的成型溫度，由供料機制成一定重量和形狀料滴送入成型機的模型中。第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

2、壓制法成形部件：模型、沖頭、模環(huán)供料：滴料供料機成形：自動壓制成形特點：工藝簡便，生產能力高，能壓出外面帶花紋的制品且比較精確；制品內腔形狀應容許沖頭從中取出；不能生產薄壁和內腔較長的制品；制品表面不光滑。第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3、吹制法壓-吹法特點：先用壓制的方法制成制品的口部和雛形，再移入成型模中吹成制品。主要成形部件：口模、雛形模、成形模、沖頭供料方式：滴料供料應用：廣口瓶、小口瓶等空心制品。第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五吹-吹法特點：先在帶有口模的雛形模中制成口部和吹成雛形，再將雛形移入成型模中吹成制品。應用：小口瓶。供料方式：滴料供料、真空吸料主要成形方法：翻轉雛形法、真空吸料法主要工序：落料補氣、倒吹氣、反轉入成型模、吹制主要成形部件：雛形模、成形模、撲氣頭、頂芯子第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五林取10型制瓶機成形過程示意圖1-接受料滴2-真空吸口及補氣3-倒吹氣4-雛形模翻轉5-雛形模微開進行更熱6-移入成形模7-料泡在成形模中8-吹氣成形9-成品鉗出第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五4、拉制法主要用于生產玻璃管、棒、平板玻璃、玻璃纖維等。玻璃管的拉制水平拉制：丹納法和維羅法垂直拉制：垂直引上和垂直引下第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

丹納拉管法示意圖

第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五平板玻璃的拉制垂直拉制有槽引上法、無槽引上法、對輥法水平拉制浮法、平拉法玻璃纖維的拉制第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第三十六頁，