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玻璃的成形原理与制度

发布时间:2016/6/1

玻璃成形是将熔融的玻璃液转变为具有固定几何形状制品的过程,这个过程是极其复杂的多 种性质不同作用的综合,其中,机械的和热的作用具有重要的意义。

玻璃材料的表现物态可以为非定形材料和定形(或半定形)材料。

玻璃材料在进入成型模(型腔模)或成型装置一瞬间的物态为一定的粉末、颗粒构成的非定 形整体或它们的非定形熔融黏流状态的整体,称之为非定形玻璃。非定形玻璃通过一般由金属 (或其他材料)制成的成型模,在一定的工艺参数(如温度、压力等)下,由非定形状态成为定 形的或半定形的固定状态而成型。这种非定形状态玻璃材料通过成型模或不通过模具,而变形制 成玻璃制品的工艺叫“成型”。

玻璃材料在进入成形模或成形装置一瞬间的物态,既具有完整固体形状的性质,又具有一些 熔融黏流的非定形性质(主要指在加工过程中),宏观上呈定形或半定形状态。定形和半定形玻 璃也是通过一般由金属(或其他材料)制成的成形模,也在一定的工艺参数(如温度、压力) 下,由定形状态和半定形状态成为定形的固定状态而成形。这种把定形状态和半定形状态玻璃材 料通过成形模或不通过模具,而变形制成玻璃制品的工艺叫“成形”。

由上可以得出如下结论。

(1) 玻璃制品的被加工形式是由定形和半定形到定形的过程,即将预定形型坯或已定形的半 成品,采用吹制胀形或其他成形法制造制品的加工成形,其相应的模具称之为成形模。如制瓶机 成形模、玻璃热造型成形模、玻璃纤维缠绕成形模、拉挤成形模等。

(2) 玻璃制品的被加工形式是由非定形到定形或半定形的过程,即将非定形玻璃材料成形成 制品的加工和预定形型坯(初型模制造的雏型)的加工成型,其相应的模具称之为成型模。如玻 璃压制模、玻璃吹制成型模、制瓶机初型模、玻璃拉制成型模、玻璃离心法成型模、玻璃浇铸成 型模、玻璃烧结成型压模等。

(3) 玻璃制品加工中,虽实际的成型所占的份额远大于成形,但为了叙述的方便和尊重行业 的习惯,本手册将玻璃制品加工中的“成型”和“成形”,都统称为“成形”。

玻璃制品成形同时涉及玻璃熔体(玻璃液)流动和传热。流动通常取决于玻璃液的牛顿行 为,即可假设流动与所受应力成正比。然而,在成形期间,随着玻璃液的冷却,其温度和黏度的 急剧变化,以及复杂的几何尺寸等,使得大多数玻璃制品成形操作的数学分析成为一项艰巨的任 务。流动和传热处理需要借助于解决其他大多数问题所不可缺少的数值方法,其需要求解的方程 通常容易建立,但问题往往在于确定现实的边界条件,尤其是传热的边界条件以及有效热导的 测定。

玻璃制品的成形过程可分为两个阶段,即成形阶段和定形阶段。第一阶段赋予制品以要求的 外形(内形);第二阶段是使第一阶段所成的形状固定下来。这两个阶段都与玻璃黏度有关,从 玻璃的黏度-温度曲线(图10-1)可以看出,在比较高的温度范围内,黏度的增长速度较缓慢,

随着温度的降低,黏度指数急剧增加,整个黏度-温度曲线呈弯曲状,而在最弯曲部分,玻璃液 最适宜成形。由于成形方法各异,其开始的成形黏度当然不同。即使相同的成形方法,由于单位 时间的产量不同或相同制品因规格尺寸不同,其成形对玻璃的黏度要求也不同。由于玻璃液可以 具有任何所要的黏度,所以它可以有各种不同的成形方法。

成形的开始和终结的必要黏度是因成形方法、制品的形状和尺寸、制品的质量、玻璃的颜色 等不同而变化的。这是因为上述因素对于成形中玻璃液冷却速度,即黏度的增大速度有着很大

影响。

玻璃制品的成形制度指在成形各阶段的黏度-时间或温度-时间制度,它由玻璃制品的成形方 法所决定,不同的成形方法和不同的玻璃液性质,有不同的工艺参数。工艺参数的内容须包括成 形温度范围、成形时玻璃的黏度、冷却介质温度和要求、模具温度、制品成形的持续时间等主要 因素。合理的成形制度应使玻璃在成形各工序的温度和持续时间与玻璃液的流变性质及表面热性 质相协调一致,即在需要变形的工序,玻璃应有充分的流动性,使其迅速充满模具,表面得到迅 速的冷却,出模时不变形,表面不产生裂纹等缺陷。

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