玻璃模具材料的发展和应用_图文

1、第期年月机械设计与制造一一文章编号：（）也玻璃模具材料的发展和应用韦玉屏陈勇（广西机电职业技术学院。南宁），（，）中图分类号：文献标识码：氧化可大大减轻，抗氧化性能明显提高。随着人民生活水平的不断提高，耐热玻璃餐具、微波炉玻璃盘、建筑玻璃砖、玻璃工艺品等高档玻璃制品大量进入人们的生活中。而中国汽车工业的飞速发展，又促使车灯玻璃的需求量急剧上升，给中国传统的玻璃工业提供了良好的发展机遇。在玻璃产量增大的同时，对玻璃制品质量的要求也越来越高，加上玻璃制品成型速度的不断提高，对模具材料提出了更高的要求。模具材料在玻璃工业生产中的作用非常关键，而我国目前尚未制定玻璃模具材料标准，更没有形成完整的玻璃模

2、具材料系列，这种状况严重制约了我国玻璃工业的发展，在此，试图对目前应用的玻璃模具材料作个概括，以便于生产中合理选用。良好的导热性能热导率是反映材料传热能力大小的物理量。在实际生产中，玻璃料滴入玻璃模具内腔的温度大约为。，冷却到以下从模具中取出。为此，模具温度应尽快降至。，以提高生产效率，适应成型速的要求，因此模具的散热能力是非常重要的。良好的抗热疲劳性能抗热疲劳性能是指在交变温度条件下，材料抵抗产生裂纹及变形的能力。在生产中，玻璃模具的温度交替变化，热疲劳是模具的主要失效形式，提高热疲劳抗力能大幅度提高模具寿命。抗热疲劳性能受到多种因素的影响，如材料的导热性、塑性、强度，以及模具的加热速度、冷

3、却速度、加热温度、温度循环间隔等。模具材料的基体组织不同，抵抗热疲劳裂纹萌生和扩展的能力也不同。石墨的形态、数量及分布状况直接影响铸铁的基体强度、热传导能力、抗氧化能力、热膨胀系数、弹性模量等，从而影响热疲劳裂纹的萌生与扩展，而石墨的形态最为重要。对模具材料的性能要求在玻璃制品的成型过程中，模具频繁地与以上的熔融玻璃接触，承受氧化、生长及热疲劳等作用。同时，模具的接触面由于与玻璃制品的摩擦而被磨损，这就要求模具材料具有良好的耐热、耐磨，耐腐蚀、抗热冲击、抗氧化、抗生长、抗热疲劳性能，其中抗氧化性能是最主要的性能指标。此外，还要求模具材质致密、易于加工、导热性好、热膨胀系数小。材质致密、硬度适当

4、、加工性能好在模具生产中，材料的可铸性和性能也是两个基本性能。许多因素影响！性能，如共晶碳化物的存在等。可焊性也是很重要的性能，有利于模具的修复。良好的抗氧化性能铸铁在高温条件下工作时，通常会产生氧化和生长等。铸铁的生长是指铸铁在高温下发生的由于化学冶金变化而产生的体积或尺寸的增大，而在冷却后仍然保留的不可逆膨胀，通常伴随着化学（如氧化）和冶金变化（如相变）。铸铁的生长过程取决于温度、组织和化学成分等。为了防止铸铁氧化生长，常常加入合金元素、等元素，以提高铸铁的抗氧化性能。铸铁中的石墨为碳质材料，在高温氧化性气氛下会被氧化，石墨片越粗大、连续，石墨数量越多，氧化性气氛越易侵入铸件内部，氧化也越

5、严重。当石墨为球状、点状时，由于石墨互不连续，气体不易沿石墨侵入，铸件来稿日期：常用玻璃模具材料国外的玻璃模具材料主要为耐热铸铁、不锈钢和耐热合金钢，加工后再经表面强化处理，模具寿命高达（）万次。国内普遍采用灰铸铁，使用寿命一般为（）万次，与国外的差距较大。近年来，我国研制了多种新型玻璃模具材料，模具寿命普遍提高。普通低合金铸铁铸铁广泛用做模具材料始于世纪，铸铁具有优良的铸造一一韦玉屏等：玻璃模具材料的发展和应用第期性能、良好的加工性、成本低、热而不粘的性能，目前国内外普遍都采用铸铁作为玻璃模具材料，合金铸铁在可预见的未来仍然是主要玻璃模具材料。铸铁是碳、硅、锰等元素组成的铁合金，可看作是由石

6、墨和基体组织组成。在铸铁中，石墨以缩减和切割两种作用影响铸铁的性能，主要取决于石墨的数量、大小、形状、分布等。用于制造玻璃模具的合金铸铁主要有灰铸铁、卜灰铸铁、低灰铸铁、灰铸铁等，表和表为几种新型铸铁的化学成分及组织形态。表几种新型铸铁的化学成分（）目前型石墨铸铁用作玻璃模具材料已成热点，国内外已有许多研究，从国外进口的模具分析表明，大都采用型石墨铸铁材质。通常采取加入元素钛，采用金属型等来获得型石墨。球墨铸铁同灰铸铁相比，球墨铸铁中的石墨为球状，提高了材料的致密性，减小了石墨对基体的切割作用，孕育作用使晶粒度比灰铸铁小，使球墨铸铁的综合性能提高。球墨铸铁虽然有较高的强度和韧性，并有良好的抗氧

7、化性能，其抗热疲劳性能也优于其它铸铁，但由于其石墨呈孤立的球状，导热性较差，使玻璃制品在模腔中不能快速冷却，从而限制了成型速度的提高，不能适应机械化生产的要求，也限制了其在玻璃模具中的应用，故只用于制造小型玻璃模具。蠕墨铸铁由于蠕墨铸铁的力学性能与球墨铸铁相近。具有较高的导热性、抗氧化性和抗生长能力，又有像灰铸铁那样良好的铸造性能和机械加工性能，使蠕墨铸铁具有良好的综合性能，而用于制造玻璃模具材料。蠕墨铸铁朝着合金化方面也得到快速发展，如采用合金、合金制造蠕墨铸铁。，形形形基体石墨保护膜低锡蠕墨铸铁石墨形状对铸铁性能的影响很大，片状石墨的抗氧化、抗生长能力较差，而球状石墨的导热性较差，因此，采

8、用蠕虫状石墨铸铁制造模具是理想的选择，尤其以低锡蠕铁制作玻璃模具较低锡铸铁铜铬铸铁中硅稀土中硅钼稀土低锡蠕铁低铝蠕铁黧型啪蠕细蠕蠕状片状状嚣蛳为合适。合铝蠕墨铸铁含铝蠕墨铸铁中加入最有效的抗氧化元素铝，与铜铬铸铁相比，抗氧化性提高倍，抗生长性提高倍。模具使用寿命最高达万次，模，平均寿命达到万次，模，比铬钼铜合金铸铁模具提高（。）倍，比普通铸铁模具提高（）倍。一型合金铸铁一型合金铸铁经（）浇注成形，铸态硬度为（。），经时效处理，硬度为（）。抗氧化性、抗生长及抗热疲劳性能均优于灰铸铁，使用寿命比灰铁高（）倍。灰铸铁由于灰铸铁具有优良的铸造性能和易加工性，而被广泛用于制造玻璃模具，而且特别适合于中小

9、型铸造厂生产，制造玻璃瓶成形模具的最常用材料就是。但普通灰铸铁中的石墨为型，耐热性较差，长期受热会出现生长和膨胀，使其结构疏松、强度降低、脆性增大，常习氧化剥落、磨损、变形而失效。通过往铸铁中加入、等合金元素，并选择合理的工艺，来改善石墨的形态和基体组织，从而获得性能良好的模具。为了提高模具的寿命，在铸铁中加入、等元素，促进珠光体的形成，提高模具的抗磨损能力。加入、等元素，形成致密的：和：，氧化膜，从而提高模具表面的抗氧化能力。合金钢由于对玻璃制品的质量要求越来越高，近年来开始采用合金钢制模，合金钢在大多数情况下比铸铁能更好地满足对玻璃模具提出的性能要求。钢的导热性次于铸铁，因此使用时易出现过

10、热，产生黏附现象。因此必须采用强制冷却、合理设计模具结构、用硅酮脂润滑等方法。玻璃模具要承受很大的压力和很高的温度，因此要求模具材料的强度高、热变形小、耐热性好，通常采用耐热合金钢。如、和等，在实际生产应用中取得了良好的经济效益和社会效益。不锈钢是一种耐腐蚀、强度高、耐氧化及韧性好的材料，热膨胀小，英国很早就用于制造冲头、衬模等，美国用和等不锈钢制造玻璃成型模具。国内开发了代号为的高温玻璃模具钢。该钢是系预硬钢，具有良好的冷热疲劳性能，优异的抗氧化性能和较高型石墨铸铁型石墨灰铸铁以其优异的抗氧化性能近年来赢得了人们的关注，型石墨铸铁由于比型石墨铸铁具有更高的抗拉强度，更好的抗氧化性和耐磨性等优

11、异性能，正受到玻璃模具行业的广泛重视。型石墨属于片状石墨的一种，它是在奥氏体树枝晶间生长，奥氏体的连续性割裂了石墨片的连续性，且型石墨与基体间的间隙比其他片状石墨与基体问的间隙小。型石墨组织中的初生奥氏体具有骨架结构，而共晶奥氏体又像网络一样把初生奥氏体的各个枝干连接在一起，提高了骨架抵抗外力的能力。再加上型石墨细小、卷曲、端部较钝的形态，决定了它对基体的切割作用小，不易引起较大的应力集中，所以型石墨铸铁具有较高的强度。机械设计与制造的玻璃粘附温度。该钢的预硬硬度在左右，加工性能良特殊性能的表面复合材料层，以提高接触表面的高温耐磨性、耐好，尤其适用于制造玻璃熔化或成型温度较高、表面质量要求高高

12、温、抗氧化性能，既可充分发挥铸铁的导热性，又能克服铸铁抗的玻璃成型模具。高温氧化及抗机械磨损能力差的弱点，这样就可以在不改变工件镍基合金整体性能的基础上，使模具的寿命大幅度提高。用灰铸铁制造的这类合金的耐热性比铸铁好，所以用它制作的模具表面裂玻璃模具，热喷涂镍基自熔合金，可使模具寿命提高倍以上。纹少、寿命长、生产率高，并能提高玻璃制品的光洁度，但这类材结论料的价格高。为了提高玻璃制品的表面光洁度或延长模具的使（）铸铁作为制造玻璃成型模具的材料的主导地位，预计在用寿命，仍然使用这类材料制模，如用镍基合金制作冲头。常用镍合金的成分为（）：形，。，今后相当长时间内不会发生改变，但会通过改变化学成分和

13、组形萨，肜庐，其余均为镍，其导热系数约为铸铁的一半，镍基织来优化铸铁的性能。合金的主要优点是模具可以铸造成型，无须机械加工。（）型石墨铸铁由于比型石墨铸铁具有更高的抗拉强铜基合金度，更好的抗氧化性和耐磨性等优异性能，正受到玻璃模具行业的广泛重视。主要是铝青铜，（），适当加入镍、铬、锌等元素，主要用于高质、高速成型模具。铜基合金的导热性很好，高速（）钢具有良好的冷热疲劳性能，优异的抗氧化性能，成型时仍能保证玻璃制品的质量，因此颇受人们的重视。现主要优良的抗热触性能和较高的玻璃粘附温度，适用于制造玻璃熔有两类：一类含有、和，这类合金对提高表面光洁度化或成型温度较高、表面质量要求高的玻璃制品模具。最

14、为有效。这种合金的抗氧化、导热性、热稳定性和热塑性都很（）提高模具材料生产的专业化水平。建议成立专门的模具好，显著改善了成型机的操作条件，这种模具的失效原因主要是材料生产厂，提高设备配套水平，提高生产水平，创建知名的模机械损伤，无热裂和氧化裂纹。另一类含、和，不含具材料品牌。，与铸铁相比可使成型速度提高（），能使模具的工作（）提高国内模具材料供应的专业水平。目前流通领域中的面寿命延长倍左右，模具易于修复，制品质量好，常用于制作经、代销商大都为非专业的，销售公司的经营规模停留在较低水显像管模具，冲头和口模等。平上，有必要建立专业的模具材料销售公司。耐热合金参考文献耐热合金主要有、等，一般尽量选用

15、含镍量较低唐英玻璃器皿冲模表面强化材料的研究刀新技术新工艺，（）：的合金，避免导热性太差，主要用于压制模具。模具表面强化叶宏玻璃模具的激光合金化处理模具工业。（）：玻璃模具的模腔温度可达（），模具的合模面容李崇礼稀土微合金化铸铁玻璃模具的应用【模具技术，（）：易发生变形，使玻璃制品的合缝线粗大，因此，模具的合缝线部纪胜如等金属型型石墨铸铁抗氧化性的研究田现代铸铁，位需要进行强化。主要强化方法有火焰加热表面淬火、激光加热（）：表面淬火、等离子喷涂和热喷涂等。詹长书热喷焊技术工艺设计及其应用叨材料工程，（）：热喷涂，就是在模具表面喷焊一层镍铬合金粉末，形成具有机械设计与制造杂志投稿须知来稿必须具有

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