玻璃工艺学14

1、第十四章第十四章玻璃的成形玻璃的成形本章主要内容：本章主要内容：l 14.1 概述概述l 14.2 玻璃的性能对成形的作用玻璃的性能对成形的作用l 14.3 玻璃的成形制度玻璃的成形制度l 14.4 玻璃的成形方法玻璃的成形方法14.1概述概述l 玻璃的成型，是熔融玻璃液转变为具有固定几何形玻璃的成型，是熔融玻璃液转变为具有固定几何形状制品的过程。状制品的过程。u成型：玻璃液作机械运动，即在外力作用下，质点移动，成型：玻璃液作机械运动，即在外力作用下，质点移动，达到所需形状，此过程与玻璃液的达到所需形状，此过程与玻璃液的流变性质流变性质（粘度、表（粘度、表面张力、弹性等）有关；面张力、弹性等）

2、有关；u定型：玻璃液与周围介质发生热传递，由粘性液态转变定型：玻璃液与周围介质发生热传递，由粘性液态转变为可塑态，再转变为脆性固态，此过程与玻璃液及周围为可塑态，再转变为脆性固态，此过程与玻璃液及周围介质的介质的热物理性质热物理性质（比热、导热率、透热性、热传递系（比热、导热率、透热性、热传递系数等）有关。数等）有关。14.2玻璃的性能对成形的作用玻璃的性能对成形的作用14.2.1 黏度对成形的作用黏度对成形的作用 玻璃的黏度随温度下降而增大的特性是玻璃制品成形和定玻璃的黏度随温度下降而增大的特性是玻璃制品成形和定形的基础。形的基础。l 成型温度范围的选择成型温度范围的选择l 流变性的大小流变

3、性的大小l 快速通过结晶倾向区而不析晶快速通过结晶倾向区而不析晶l 自动调节制品的厚薄自动调节制品的厚薄l 可进行局部反复加工可进行局部反复加工14.2.2 表面张力对成形的作用表面张力对成形的作用 表面张力表示表面的自由能，使表面有尽量缩小表面张力表示表面的自由能，使表面有尽量缩小的倾向，是温度和组成的函数。的倾向，是温度和组成的函数。v使自由的玻璃液滴成为球形。使自由的玻璃液滴成为球形。v玻璃纤维、玻璃管的拉制中自然得到圆形；玻璃纤维、玻璃管的拉制中自然得到圆形；v在爆口和烘口时，使边缘变圆；在爆口和烘口时，使边缘变圆；玻璃板收缩，锐角变圆，花纹不清晰等。玻璃板收缩，锐角变圆，花纹不清晰等

4、。14.2.3 弹性对成形的作用弹性对成形的作用l 粘滞性：粘度为粘滞性：粘度为106Pas以下；以下；l 粘弹性：粘度粘弹性：粘度105或或106至至1015 Pas；l 弹性：粘度弹性：粘度1015 Pas以上。以上。 对多数玻璃的成型范围为对多数玻璃的成型范围为102106 Pas ，已经达，已经达到了弹性发生作用的的温度，至少在某些部位已到了弹性发生作用的的温度，至少在某些部位已经接近这样的温度。经接近这样的温度。14.2.4、比热、热导率、热膨胀、表面辐射强度和透热性对成、比热、热导率、热膨胀、表面辐射强度和透热性对成形的作用形的作用 玻璃成型时的冷却速度决定于外界的冷却条件，也和玻

5、璃玻璃成型时的冷却速度决定于外界的冷却条件，也和玻璃自身的热性质有关。自身的热性质有关。l 比热：成型过程中需要放出的热量；比热：成型过程中需要放出的热量；l 导热率：表示单位时间内传热的量；导热率：表示单位时间内传热的量；l 透热性：红外线与可见光的透过能力；透热性：红外线与可见光的透过能力；l 表面辐射强度：玻璃表面辐射热量的能力；表面辐射强度：玻璃表面辐射热量的能力；l 热膨胀：与玻璃中应力的产生和制品尺寸公差有关系。热膨胀：与玻璃中应力的产生和制品尺寸公差有关系。l 需要确定的工艺参数：成型温度范围、各工序的温需要确定的工艺参数：成型温度范围、各工序的温度及持续时间、冷却介质或模型的温

6、度。度及持续时间、冷却介质或模型的温度。l 合理的成型制度应使玻璃在成型各工序的温度和持合理的成型制度应使玻璃在成型各工序的温度和持续时间同玻璃液的流变性质及表面热性质协调一致。续时间同玻璃液的流变性质及表面热性质协调一致。l 玻璃液的玻璃液的粘度粘度-时间时间或或温度温度-时间时间曲线是确定成型制曲线是确定成型制度的主要依据。度的主要依据。14.3 玻璃的成形制度玻璃的成形制度14.3.1 玻璃成形过程中的热传递玻璃成形过程中的热传递模型成型模型成型 l 玻璃及模型的温度变化：与模型接触的玻璃表面温度下降玻璃及模型的温度变化：与模型接触的玻璃表面温度下降很大，内部温度仍较高；而与玻璃接触的模

7、型内表面温度很大，内部温度仍较高；而与玻璃接触的模型内表面温度升高较小。升高较小。l 分析热传递过程分析热传递过程u热传递是热传递是冷却冷却 重热重热反复进行。反复进行。u热阻热阻n玻璃的热阻玻璃的热阻n玻璃与模型临界层热阻玻璃与模型临界层热阻n模型热阻模型热阻n模型与空气临界层热阻模型与空气临界层热阻14.3.2 玻璃冷却速度的计算玻璃冷却速度的计算 玻璃液在成型过程中的冷却速度受下列因素的影玻璃液在成型过程中的冷却速度受下列因素的影响：玻璃制品的响：玻璃制品的质量质量m和和表面积表面积S，玻璃的，玻璃的比热比热Cp，成型成型开始温度开始温度T1和成型和成型终了温度终了温度T2，玻璃，玻璃表

8、面辐射表面辐射强度（用辐射系数强度（用辐射系数C表征表征 ），玻璃的），玻璃的透热性透热性（用（用在可见光谱红外区光能吸收系数在可见光谱红外区光能吸收系数K 来表征）来表征）以及以及所接触所接触冷却介质冷却介质（空气或模型）的温度（空气或模型）的温度。l 对微量玻璃，空气中的冷却速度为：对微量玻璃，空气中的冷却速度为：其中：其中：S玻璃制品的表面积；玻璃制品的表面积； Cp玻璃的比热；玻璃的比热； T玻璃的温度；玻璃的温度； C玻璃的表面辐射系数；玻璃的表面辐射系数； 玻璃所接触的冷却介质的温度。玻璃所接触的冷却介质的温度。TCCStTpl 玻璃质量玻璃质量m的冷却时间的冷却时间t为：为：其中

9、：其中：m玻璃质量；玻璃质量； T1玻璃制品成型开始温度；玻璃制品成型开始温度； T2玻璃制品成型终了温度；玻璃制品成型终了温度； K计算系数，计算系数，2121PTTlnK1TTlnSCmCtPmCSCK l 玻璃表层和内部冷却到同一温度的时间差为：玻璃表层和内部冷却到同一温度的时间差为： 22pTBd1lnSCmCt 玻璃成型中，表面和内部的温差和厚度的平方成正玻璃成型中，表面和内部的温差和厚度的平方成正比，即：比，即： 其中：其中：Tcp制品中部的温度；制品中部的温度； Td制品外表面的温度；制品外表面的温度； d制品表面至中部的距离；制品表面至中部的距离； B温度分布常数，主要决定于玻

10、璃的着色温度分布常数，主要决定于玻璃的着色性质与着色程度、玻璃的辐射系数和透热性。性质与着色程度、玻璃的辐射系数和透热性。2dcpBdTTT 推导：推导： 其中其中cpddTTKt21ln1dcpcpTTKt21ln122221ln1ln1TBdKTTKtttdcpdcp111TTTcpd22222BdTBdTTdcp 根据根据式式14-3和和式式14-9计算制品成型过程中冷却所需计算制品成型过程中冷却所需要的时间，绘制出玻璃的温度要的时间，绘制出玻璃的温度-时间曲线（时间曲线（图图14-7） ，即玻璃的，即玻璃的冷却曲线冷却曲线；结合黏度；结合黏度-温度曲线，进温度曲线，进一步绘制出玻璃的黏

11、度一步绘制出玻璃的黏度-时间曲线（时间曲线（图图14-2），即玻），即玻璃的璃的硬化曲线硬化曲线，从而制定出相应的成形制度。，从而制定出相应的成形制度。14.3.3 成型制度的确定成型制度的确定 工艺参数工艺参数：成型温度范围、各工序的持续时间、：成型温度范围、各工序的持续时间、冷却介质或模型的温度。冷却介质或模型的温度。l 成型温度范围成型温度范围 即工作粘度范围，是以玻璃液应具有完整成型的即工作粘度范围，是以玻璃液应具有完整成型的流动性，在外力作用下易于成型，有一定冷却硬流动性，在外力作用下易于成型，有一定冷却硬化速度与不产生析晶和缺陷等考虑的。一般选择化速度与不产生析晶和缺陷等考虑的。一

12、般选择粘度粘度-温度曲线的弯曲处。温度曲线的弯曲处。102106帕秒。帕秒。l 成型各阶段的持续时间成型各阶段的持续时间 根据玻璃液粘度根据玻璃液粘度-时间曲线来确定。时间曲线来确定。l 模型的温度制度模型的温度制度u成型前，模型应加热到适当的操作温度；成型前，模型应加热到适当的操作温度；u成型中，模型从玻璃中吸取的热量应等于散失成型中，模型从玻璃中吸取的热量应等于散失到冷却介质中的热量，以维持稳定的操作制度。到冷却介质中的热量，以维持稳定的操作制度。14.4 玻璃的成形方法玻璃的成形方法14.4.1 人工成形人工成形1、人工吹制、人工吹制l 主要工具：吹管、衬碳模主要工具：吹管、衬碳模l 主

13、要工序：挑料、吹小泡、吹制、加工主要工序：挑料、吹小泡、吹制、加工 因产量低，劳动强度大，目前仅用于吹制少量工艺因产量低，劳动强度大，目前仅用于吹制少量工艺美术品、高级器皿等制品。美术品、高级器皿等制品。挑料挑料滚料、吹泡滚料、吹泡利用玻璃本身的流动性利用玻璃本身的流动性来整形来整形2、自由成形、自由成形 不用模型，仅用一些特制的工具将玻璃液直接制成制品，主不用模型，仅用一些特制的工具将玻璃液直接制成制品，主要用于艺术制品的生产。要用于艺术制品的生产。3、人工拉制、人工拉制l 主要用于拉制玻璃管或玻璃棒；主要用于拉制玻璃管或玻璃棒；l 主要工序：挑料、滚料、料泡、拉管。主要工序：挑料、滚料、料

14、泡、拉管。4、人工压制、人工压制l 主要工序：挑料、剪料、压制、脱模主要工序：挑料、剪料、压制、脱模l 成形部件：模型、冲头、模环成形部件：模型、冲头、模环 14.4.2 机械成形机械成形1、机械成形的供料、机械成形的供料v液流供料液流供料：利用池窑中玻璃液本身的流动性进行连续供料。：利用池窑中玻璃液本身的流动性进行连续供料。如平板玻璃池窑的通路。如平板玻璃池窑的通路。v真空吸料真空吸料：在真空作用下将玻璃液吸出池窑进行供料。：在真空作用下将玻璃液吸出池窑进行供料。v 吸料头吸料和雏形模吸料吸料头吸料和雏形模吸料滴料供料滴料供料：玻璃液流出，达到所要求的成型温度，由供料：玻璃液流出，达到所要求

15、的成型温度，由供料机制成一定重量和形状料滴送入成型机的模型中。机制成一定重量和形状料滴送入成型机的模型中。 2、压制法、压制法l 成形部件：模型、冲头、模环成形部件：模型、冲头、模环l 供料：滴料供料机供料：滴料供料机l 成形：自动压制成形成形：自动压制成形l 特点：特点：u工艺简便，生产能力高，能压出外面带花纹的制品且比工艺简便，生产能力高，能压出外面带花纹的制品且比较精确；较精确；u制品内腔形状应容许冲头从中取出；制品内腔形状应容许冲头从中取出；u不能生产薄壁和内腔较长的制品；不能生产薄壁和内腔较长的制品；u制品表面不光滑。制品表面不光滑。3、吹制法、吹制法 l压压-吹法吹法u特点：先用压

16、制的方法制成制品的口部和雏形，特点：先用压制的方法制成制品的口部和雏形，再移入成型模中吹成制品。再移入成型模中吹成制品。u主要成形部件：口模、雏形模、成形模主要成形部件：口模、雏形模、成形模 、冲头、冲头u供料方式：滴料供料供料方式：滴料供料u应用：广口瓶、小口瓶等空心制品。应用：广口瓶、小口瓶等空心制品。l吹吹-吹法吹法u特点：先在带有口模的雏形模中制成口部和吹成雏形，特点：先在带有口模的雏形模中制成口部和吹成雏形，再将雏形移入成型模中吹成制品。再将雏形移入成型模中吹成制品。u应用：小口瓶。应用：小口瓶。u供料方式：滴料供料、真空吸料供料方式：滴料供料、真空吸料u主要成形方法：主要成形方法：

17、翻转雏形法翻转雏形法、真空吸料法、真空吸料法u主要工序：落料补气、倒吹气、反转入成型模、吹制主要工序：落料补气、倒吹气、反转入成型模、吹制u主要成形部件：雏形模、成形模、扑气头、顶芯子主要成形部件：雏形模、成形模、扑气头、顶芯子 林取林取10型制瓶机成形过程示意图型制瓶机成形过程示意图 1-接受料滴接受料滴 2-真空吸口及补气真空吸口及补气 3-倒吹气倒吹气 4-雏形模翻转雏形模翻转 5-雏形模微开进行更热雏形模微开进行更热 6-移入成形模移入成形模 7- 料泡在成形模中料泡在成形模中 8-吹气成形吹气成形 9-成品钳出成品钳出4、拉制法、拉制法 主要用于生产玻璃管、棒、平板玻璃、玻璃纤维主要用于生产玻璃管、棒、平板玻璃、玻璃纤维等。等。l 玻璃管的拉制玻璃管的拉制u水平拉制：丹纳法和维罗法水平拉制：丹纳法和维罗法u垂直拉制：垂直引上和垂直引下垂直拉制：垂直引上和垂直引下 丹纳拉管法示意图丹纳拉管法示意图 l 平板玻璃的