产品造型设计材料与工艺 第3版 课件 06无机非金属材料及其成形

第六章非金属材料及其成形产品造型设计材料与工艺26.1无机非金属材料成形概述

非金属材料是除金属材料以外的所有材料的统称，除了有机高分子材料、复合材料之外，其他非金属材料种类多，范围广，并具有许多优良的独特性能，已在工程材料中占据重要地位，它的应用遍及国民经济的各个领域。

本章主要介绍陶瓷和玻璃这二种在产品设计中应用广泛的传统无机非金属材料。第六章非金属材料及其成形

36.1无机非金属材料成形概述

1.陶瓷材料及其成型工艺概述

陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品。

生产工艺流程是：原料配制→坯料成形→制品烧成等三大步骤。原料在一定程度上决定着陶瓷的质量和工艺条件的选择。传统陶瓷的主要原料有三部分：粘土、石英、长石。按照不同的制备过程，坯料可以是可塑泥料、粉料或浆料，以适应不同的成形方法。第六章非金属材料及其成形

46.1无机非金属材料成形概述

2.玻璃材料及其成型工艺概述

玻璃是一种非晶形无机非金属固体材料，在常温范围内属脆性材料。工业上大量生产的普通玻璃是以石英为主要成分的硅酸盐玻璃。

玻璃的成形方法分为两类：热塑成形和冷成形，后者包括物理成形（研磨和抛光等）和化学成形（高硅氧质的微孔玻璃）。通常把冷成形归属到玻璃冷加工中，而这里所言玻璃成形是指热塑成形。第六章非金属材料及其成形

56.2陶瓷及其成形工艺

陶瓷在陶瓷在传统上是指以天然或人工合成的无机非金属物质为原料，经过成形和高温烧结而制成的固体材料和制品。6.2.1陶瓷的分类及特性

1

.陶瓷的分类

陶瓷制品的品种繁多，它们之间的化学成分，矿物组成，物理性质，以及制造方法，常常互相接近交错，无明显的界限，而在应用上却有很大的区别。常用的陶瓷主要分为三类。

（1）日用陶瓷

（2）艺术陶瓷

（3）工业陶瓷第六章非金属材料及其成形

66.2陶瓷及其成形工艺6.2.1陶瓷概述

2.陶瓷的性能

（1）力学特性

（2）热特性

（3）电特性

（4）化学特性

（5）光学特性第六章非金属材料及其成形

76.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

陶瓷成形，就是将坯料制成具有一定形状、强度的坯体（生坯）、其过程取决于坯料的成形性能及工艺方法。

同一产品可以用不同的方法来成形，对于某一类产品采用什么样的成形方法，是可以选择的。生产中可按下列几方面来考虑。

（1）产品的形状、大小、薄厚等。

（2）坯料的性能。

（3）产品的产量和质量要求。第六章非金属材料及其成形

86.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

1.注浆成形注浆成形是指泥浆注人具有吸水性能的模具中而得到坯体的一种成形方法。适于形状复杂、薄的、体积较大且尺寸要求不严的制品。注浆成形后的坯体结构较均匀，但含水量大，干燥与烧成收缩较大。具有适应性强、不需专用设备，易投产的优点，故在陶瓷生产中应用普遍。

第六章非金属材料及其成形

96.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

1.注浆成形（1）空心注浆空心注浆指采用的石膏模没有型芯，故亦称单面注浆。

第六章非金属材料及其成形

图6-4空心注浆106.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

（2）实心注浆实心注浆是将泥浆注入带有型芯的模型中，泥浆在外模与型芯之间同时向两侧脱水，浆料需不断补充，直至硬化成坯，亦称双面注浆。

第六章非金属材料及其成形

图6-5实心注浆116.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

（3）真空注浆真空注浆是利用在模型外抽取真空或将紧固的模型放入负压的空气中，以降低模外压力来增加模型内外的压力差，从而提高了注浆成形的质量和速度，增加致密度，缩短吸浆时间。

（4）离心注浆离心注浆指向旋转模型中注入泥浆，利用旋转模型产生的离心力作用，加速泥浆脱水过程的工艺。

（5）压力注浆将施有一定压力的泥浆通过管道压入模型内，待坯体成形后再取消压力，对于空心注浆的坯体，要倒出多余泥浆。

第六章非金属材料及其成形

126.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

一般情况下,模具的周转次数为60～80次,此后模具丧失有效吸水的能力。所用石膏的类型也很重要。

第六章非金属材料及其成形

图6-6石膏模具使用流程136.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

2.可塑成形可塑成形是指对具有一定可塑能力的泥料，如可塑坯料，进行加工成形的工艺过程。

（1）雕塑与拉坯

1）雕塑。凡产品形状为人物、鸟兽或方形、多角形器物，多采用手捏或雕塑法成形，制造时视器物形状而异，仅用于某些工艺品制做，技术要求高，效率低。

2）拉坯。具有熟练操作技术的工人在人力或动力驱动的辘轳上完全用手工制出生坯的成形方法。

第六章非金属材料及其成形

14

6.2陶瓷及其成形工艺

6.2.2陶瓷成形概述

（2）旋压成形旋压成形是指利用旋转的石膏模与样板刀成形。将经真空练泥的泥团放在石膏模中(模子的含水率在4％～14％之间)，将石膏模放在辘轳机上，使其转动，然后慢慢放下样板刀(型刀)。由于样板刀的压力，泥料均匀地分布在模子的内表面，多余的泥料则粘在样板刀上被清除。这样，模壁和样板刀转动所构成的空隙被泥料填满而旋制成坯件。第六章非金属材料及其成形

图6-9旋压成形156.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

（3）滚压成形滚压成形是在旋压成形基础上发展起来的一种新的可塑成形方法，它与旋压不同之外是将扁平的样板刀改为回转型的滚压头。成形时，盛放泥料的模型和滚压头分别绕自己的轴线以一定速度同方向旋转。滚压头在旋转的同时逐渐靠近盛放泥料的模型，对坯泥进行滚压作用而成形。第六章非金属材料及其成形

图6-10滚压成形166.2陶瓷及其成形工艺

6.2.2陶瓷成形概述

（4）挤压与车坯成形挤压成形，是由真空挤泥机等将坯泥挤压成各种管状、棒状及断面和中孔一致的产品。

（5）塑压成形亦称兰姆成形，是将泥料放在模型内，常温下压制成坯，上、下模一般由石膏制成，模型内盘绕一根多孔性纤维管，以便通压缩空气或抽真空。

（6）注塑成形又称注射成形，是瘠性物料与有机添加剂混合加压挤制成形的方法，由塑料工业移植而来。

（7）轧模成形坯料在轧模机上反复混练反复粗轧，然后逐渐减小轧辊间距进行精轧，直至轧成所需薄膜的厚度。第六章非金属材料及其成形

176.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

3.压制成形压制成形是指在坯料中加入少量水分或塑化剂，然后再在金属模具中经较高压力被压制成形的工艺过程。可用于对坯料可塑性要求不高的生产过程。具有生产过程简单、坯体收缩小、致密度高、产品尺寸精确的优点。

第六章非金属材料及其成形

186.2陶瓷及其成形工艺6.2.2陶瓷成形概述

3.压制成形（1）干压或半干压成形

干压或半干压成形是以坯料的含水量来划分的，干压成形压力较大时，要求粉料的含水率要低，反之应高些。成形时将坯料置于钢模中，由压机加压即可，但需注意加压速度。

（2）等静压成形

等静压成形是近几十年来发展起来的新型压制成形方法。它是利用液体或气体等的不可压缩性和均匀传递压力的特性来实现均匀施压成形。

第六章非金属材料及其成形

196.3玻璃及其成形工艺6.3.1玻璃的分类及性能

1．玻璃的类别

按化学成分可将玻璃分为钠玻璃、钾玻璃、铅玻璃、硼玻璃、石英玻璃及铝镁玻璃等；按用途和性能可将玻璃分为日用玻璃、建筑玻璃、技术玻璃和玻璃纤维等。（1）建筑玻璃包括平板玻璃、控制声光热玻璃、安全玻璃、装饰玻璃及特种玻璃。（2）日用玻璃包括瓶缸玻璃、器皿玻璃、工艺美术玻璃等。（3）技术玻璃包括光学玻璃、仪器和医疗玻璃、电真空玻璃、照明器具玻璃及特种技术玻璃。（4）玻璃纤维及制品包括玻璃棉、玻璃毡、玻璃棉板、玻璃纤维纱、玻璃纤维带、玻璃纤维布等。第六章非金属材料及其成形

206.3玻璃及其成形工艺6.3.1玻璃的特性

2．玻璃的性能

（1）光学性能1）透光性。材料能使光线透过的性能叫透光性。2）折光性。材料能使透过的光线偏离入射线方向的性能叫折光性。（2）力学性能

1）抗拉强度。2）抗压强度。3）脆性。4）硬度。第六章非金属材料及其成形

216.3玻璃及其成形工艺6.3.1玻璃的特性

2．玻璃的性能

（3）热学性能1）热膨胀。玻璃受热后的膨胀大小，一般以线胀系数或体胀系数来表示。2）导热性。玻璃导热能力差，其导热性只有钢的1/400。3）热稳定性。玻璃能经受急剧的温度变化而不致破裂的性能，称为热稳定性或耐热性，玻璃是热稳定性很差的物质，在急冷急热情况下很容易炸裂。（4）化学稳定性

化学稳定性即玻璃抵抗气体、水、酸、碱或各种化学试剂的能力，可分为耐水、耐酸性与耐碱性。（5）导电性第六章非金属材料及其成形

226.3玻璃及其成形工艺6.3.1玻璃的特性

3．常用玻璃

1）普通平板玻璃。普通平板玻璃有较好的透明度，表面平整。用于建筑物采光、商店柜台、橱窗、交通工具、制镜、仪表、农业温室、暖房以及加工其他产品等。2）浮法玻璃。浮法玻璃表面特别平整光滑。厚度非常均匀、光学畸变较小。用于高级建筑门窗、橱窗、指挥塔窗、夹层玻璃原片，中空玻璃原片、制镜玻璃、有机玻璃模具、以及汽车、火车、船舶的风窗玻璃等。3）压花玻璃。由于玻璃表面凹凸不平，当光线通过玻璃时即产生漫反射，因此从玻璃的一面看另一面的物体时，物象就模糊不清，造成了这种玻璃透光不透明的特点。用于办公室、会议室、浴室、厕所、厨房、卫生间以及公共场所分隔室的门窗和隔断等。第六章非金属材料及其成形

236.3玻璃及其成形工艺6.3.1玻璃的特性

3．常用玻璃4）磨砂玻璃及喷砂玻璃。两者均具有透光不透视的特点。由于光线通过这种玻璃后形成漫反射，所以它们还具有避免眩光的特点。用于需要透光不透视的门窗、隔断、浴室卫生间及玻璃黑板、灯具等。5）夹丝玻璃。具有均匀的内应力和一定的冲击韧度，当玻璃受外力引起破裂时，由于碎片粘在金属丝网上，故可裂而不碎，碎而不落，不致伤人，具有一定的安全作用及防震、防盗作用。

6）夹层玻璃。这种玻璃受剧烈震动或撞击时，由于衬片的粘合作用，玻璃仅呈现裂纹，而不落碎片。第六章非金属材料及其成形

246.3玻璃及其成形工艺6.3.1玻璃的特性

3．常用玻璃7）钢化玻璃。具有弹性好、冲击韧度高、抗弯强度高、热稳定性好以及光洁、透明的特点，在遇超强冲击破坏时，碎片呈分散细小颗粒状，无尖锐棱角，因此不致伤人。用于建筑门窗、幕墙、船舶、车辆、仪器仪表、家具、装饰等。8）中空玻璃。具有优良的保温，隔热、控光、隔声性能，如在玻璃与玻璃之间，充以各种漫射光材料或介质等，则可获得更好的声控、光控、隔热等效果。用于建筑门窗、幕墙、采光顶棚、花盆温室、冰柜门、细菌培养箱、防辅射透视窗以及车船挡风玻璃等。

第六章非金属材料及其成形

256.3玻璃及其成形工艺6.3.1玻璃的特性

3．常用玻璃9）电热玻璃。具有透光、隔声、隔热、电加温、表面不结霜冻、结构轻便等特点。用于严寒条件下的汽车、电车、火车、轮船和其他交通工具的挡风玻璃以及室外作业的晾望、探视窗等。10）石英玻璃。具有各种优异性能，有“玻璃王”之称。它具有耐热性能高、化学稳定性好、绝缘性能优良、能透过紫外线和红外线。此外，它的力学强度比普通玻璃高、质地坚硬，但抗冲击性能差，同时具有较好的耐辐照性能。用于各种视镜、棱镜和光学零件，高温炉衬，坩埚和烧嘴，化工设备和试验仪器，电气绝缘材料，各部分在耐高压、耐高温、耐强酸及耐热稳定性等方面有一定要求的玻璃制品。第六章非金属材料及其成形

266.3玻璃及其成形工艺6.3.2玻璃成形工艺玻璃的成形是指从熔融的玻璃液转变为具有固定几何形状的制品的过程。主要的成形方法有吹制法(空心玻璃制品)、压制法(某些容器玻璃)、压延法(压花玻璃)、浇铸法(光学玻璃等)、焊接法(仪器玻璃)、浮法(平板玻璃)、拉制法(平板玻璃)等。

1.日用玻璃的成形日用玻璃主要包括瓶罐玻璃、器皿玻璃等，这类玻璃的成形方法有人工成形和机械成形两种。

（1）人工成形人工成形是一种比较原始的成形方法。这种方法目前最常用的是人工吹制法。

（2）机械成形法玻璃制品的机械成形起源19世纪末，19世纪80～90年代发明的压-吹法和吹-吹法，使玻璃制品的成形完全实现了机械化。第六章非金属材料及其成形

276.3玻璃及其成形工艺6.3.2玻璃成形工艺

1.日用玻璃的成形

（2）机械成形法空心制品的机械成形可以分为供料与成形两大部分。

1）供料不同的成形机。要求的供料方法不同，主要有以下三种。

液流供料；

真空吸料：

滴料供料。

第六章非金属材料及其成形

286.3玻璃及其成形工艺6.3.2玻璃成形工艺

1.日用玻璃的成形

（2）机械成形法

2）成形空心玻璃制品的成形通常有压制法与吹制法两种。

①

压制法压制法所用的主要机械部件有模型、冲头和模杯，采用供料机供料和自动压力机成形。

第六章非金属材料及其成形

图6-15玻璃压制成形296.3玻璃及其成形工艺6.3.2玻璃成形工艺

1.日用玻璃的成形

（2）机械成形法

2）成形

②

吹制法机械吹制可以分为压-吹法、吹-吹法和带式吹制法。压-吹法：该法的特点是先用压制的方法制成制品的口部和雏形，然后再移入成形模中吹成制品。因为雏形是压制的，制品是吹制的，所以称为压-吹法。

第六章非金属材料及其成形

图6-16玻璃压-吹法成形306.3玻璃及其成形工艺6.3.2玻璃成形工艺

1.日用玻璃的成形

（2）机械成形法

2）成形

②

吹制法吹-吹法：该方法的特点，是先在带有口模的雏形模中制成口部和吹成雏形，再将雏形移入成形模中吹成制品。因为雏形和制品都是吹制的，所以称为吹-吹法。

第六章非金属材料及其成形

图6-17玻璃吹-吹法成形316.3玻璃及其成形工艺6.3.2玻璃成形工艺

2.平板玻璃成形平板玻璃的成形方法主要有：浮法、垂直引上法、平拉法、压延法。

（1）浮法成形浮法是指熔窑熔融的玻璃液流入锡槽后在熔融金属锡液的表面上成形平板玻璃的方法。

第六章非金属材料及其成形

图6-19浮法生产示意图326.3玻璃及其成形工艺6.3.2玻璃成形工艺

2.平板玻璃成形（2）

垂直引上法成形

垂直引上法成形可分为有槽垂直引上和无槽垂直引上两种。

1）有槽垂直引上法是使玻璃通过槽子砖缝隙成形平板玻璃的方法，其成形过程如图6-20所示。第六章无机非金属材料及其成形

图6-20有模垂直引上法成形336.3玻璃及其成形工艺6.3.2玻璃成形工艺

2.平板玻璃成形（3）平拉法成形

平拉法与无槽垂直引上法都是在玻璃液的自由液面上垂直拉出玻璃板。但平拉法垂直拉出的玻璃板在500～700mm高度处，经转向辊转向水平方向，由平拉辊牵引，当玻璃板温度冷却到退火上限温度后，进入水平辊道退火窑退火。第六章非金属材料及其成形

图6-22平拉法成形346.3玻璃及其成形工艺6.3.2玻璃成形工艺

2.平板玻璃成形（4）压延法成形