第五章玻璃成型ppt课件.ppt

成型就是将制备好的坯料用各种方法加工成具有一定形状和尺寸的坯件 生坯 半成品 成型工序应满足以下要求 形状 尺寸 根据收缩率经过放尺后的尺寸 一定的机械强度 以保证后继工序的进行 结构均匀 有一定的致密度 成型过程应能多 快 好 省的组织生产 第四章成型 成型是陶瓷生产过程的一个重要步骤 在成型过程中形成的某些缺陷 如不均匀性等 仅靠烧结工艺的改进是难以克服的 成型工艺已经成为制备高性能陶瓷材料的关键技术 它对提高陶瓷材料的均匀性 重复性和成品率 降低陶瓷制造成本具有十分重要的意义 第一节可塑成型 一 可塑成型工艺原理 一 可塑泥团的成型性能固相 液相及少量气相组成的弹性 塑性系统 当泥团受到外力作用而发生变形时 既有弹性性质又有假塑性性质 生产中控制的两个重要参数 屈服值和最大变形量 应力 二 成形工艺对流变特性的要求泥料的流变特性 在成形工艺中 决定着泥料的成形能力及其操作适应性 并通过屈服值和延展量这两个重要参数进行描述 二 成形工艺对流变特性的要求 泥料的屈服值与延展变形量 二者相互依存 一般说来 对同一坯料 若含水率低时 屈服值增高而延展变形量减小 含水率高时 屈服值则降低但延展变形量增大 即两者随含水率不同而相互转化 但其乘积值变化不大 因此 可用屈服值与破裂前延展变形量的乘积来评价泥料的成形能力 积值越高 泥料的成形适应能力越好 成形时采用的工艺方法不同 对泥料屈服值的要求就不同 滚压成形和刀压成形相比 因泥料所承受的成形作用力大 因而适应于较硬的泥料 即要求屈服值高 以保证泥料受压时不致粘滚头 刀压成形的泥料屈服值则应低些 为了适应各种不同的塑性成形方法 则要求泥料不仅具有较高的屈服值 同时应有足够的延展变形量 也就是要求二者的积值应尽量高些 在生产实际中 可通过变更或调整泥料配方的主粘土种类和配比 来调节泥料的流变特性参数 使其屈服值与延展变形量满足各种成形工艺方法的要求 二 影响泥团可塑性的因素粘土矿物组成 蒙脱石 高岭石 伊利石可塑性良好的泥团一般具备下列条件 颗粒较细 矿物明显解理或解理完全 尤其是呈片状结构的矿物 颗粒表面水膜较厚 颗粒大小和形状一般地说颗粒愈细则比表面愈大 每个颗粒表面形成水膜所需的水分愈多 此外 由细颗粒堆积而形成的毛细管半径越小 产生的毛细管力越大 可塑性越高 不同形状颗粒的比表面积是不同的 因而对可塑性的影响也有差异 液相数量和性质 可塑法成型基于坯料有可塑性 成型方法有雕塑 拉坯 印坯 旋压 按压 注射 挤制 压制 车坯和轧膜等操作法 三 旋压成形1 成形过程旋压成形也称刀压成形 它是利用型刀和石膏模型进行成形的一种方法 成形时 取定量的可塑泥料 投入旋转的石膏模中 然后将型刀慢慢压入泥料 由于型刀与旋转着的模型存在相对运动 因此型刀以压挤和刮削的作用机理 随着模型的旋转而把坯泥沿着石膏模型的工作面上展开形成坯件 多余的泥料则贴附于型刀排泥板上 并用手清除 同时割除模型口沿处余泥 显然 刀口的工作弧线形状与模型工作面的形状构成了坯体的内外表面 而型刀口与模型工作面的距离即为坯体的厚度 四 滚压成型1 成型过程及工艺特点过程 圆柱形滚压头与模型分别绕自己的轴线以一定的速度同方向旋转 滚压头逐渐靠近泥料 对泥料进行滚压成型 工艺特点 成型过程中 由于坯泥在压延力作用下均匀展开 且受力由小到大比较缓和 均匀 使坯体组织结构均匀 滚压头与坯泥的接触面积较大 压力较大 受压时间较长 坯体较致密 强度较高 滚压成型靠滚压头与坯体相 碾 而使坯体表面光滑 无需再加水赶光 所以滚压成型的坯体强度大 不易变形 表面质量好 2 成型方法 阳模滚压及阴模滚压 3 参数控制泥料的性能 可塑性好 屈服值高些 延伸变形量大些 含水量小些 阳模滚压 水分少些 延伸性好 即变形量大些 阴模滚压 可塑性可稍差些 水分稍多冷滚压 水分要少 可塑性要好热滚压 要求不严滚压头的温度 冷滚压和热滚压 120 左右 滚压过程的要求滚压过程是指滚压头从开始接触泥料至离开坯体表面的一段过程 这一过程所经过的时间只有几秒钟 通常把这一短暂过程分为3个阶段 而各个阶段对压泥的要求并不相同 滚压过程的三个阶段 布泥阶段 滚压头从开始接触泥料至定压前 泥料在模型工作面上展布 要求滚压头的动作要轻 压泥速度要适当 一般以6 7mm s为宜 如动作太重或速度过快则会压坏模型或引起 鼓气 若下压太慢 泥料容易粘住滚头 定压阶段 泥料已压制成所要求的厚度 为使坯体表面光滑 要求滚头的动作重而平稳 泥料受压时间要适当 一般以2 3s为宜 抬滚阶段 滚压头抬离坯体直至完全脱离的一瞬间 要求缓慢地减轻泥料所受的压力 以消除残余应力 主轴转速 n1 和滚头转速 n2 转速比i n1 n2 主轴 模型轴 和滚压头有不同的转速 主轴转速 n1 滚头转速 n2 及转速比 n1 n2 这3个重要工艺参数直接关系到制品的质量和数量 五 塑压成型工业陶瓷生产中早已应用 如生产悬式和针式瓷绝缘子 70年代以来 用于生产鱼盘等广口异形产品 塑压成形对泥料的要求 泥料屈服值应低些 即含水率要稍高些 以便于泥料在挤压力下迅速延展而填充于模腔 但是 水分也不宜太多 否则将加重模型的吸水与排水负担及成形坯体的致密度 一般含水率控制在23 25 为宜 塑压成形的特点是设备结构简单 操作方便 劳动强度低 生产效率较高 适用于成形鱼盘等异型产品 不足之处是模具制作较为麻烦且模型使用次数偏低 六 挤压成型挤压成型 Extrusion 将粉料 粘接剂 润滑剂等与水均匀混合充分混练 然后将塑性物料挤压出刚性模具即可得到管状 柱状 板状及多孔柱状成型体 A横断面B前面C后面 坯料供给孔及形成间壁的狭缝 D后面 坯料供给孔 蜂窝陶瓷挤出成型用模具 与可塑成形法 滚压 挤压 不同 采用注浆法可以生产出深浮雕 独特曲线 薄壁不定截面的制品 而且简单易行 成本低廉 第二节注浆成型 概述 注浆成型特点 缺点 占用场地大 生产效率低 手工劳动量大 石膏模具消耗大 注件含水多 收缩大 废渣量高 二次利用时尚需解散 一 泥浆的成型性能 自学 1 影响泥浆流变性能的因素 泥浆的浓度 固相颗粒大小 电解质的加入 稀释剂 陈腐 有机物质 可溶性盐类 2 影响泥浆浇注性能的因素 流动性 固相含量 颗粒大小和形状 泥浆的温度 水化膜厚度 泥浆PH值 电解质 吸浆速度 脱模性 挺实能力 加工性 一 泥浆的成型性能 自学 二 注浆过程 机理 注浆成型基于石膏模吸收水分的特性 即借助石膏模的毛细管力从泥浆中吸取水分 在该过程中 于模具内面形成部分脱水的致密硬质塑性沉淀物层 该层的形成过程称为坯料吸浆 注浆成形过程可分为吸浆成坯和巩固脱模两个阶段 1 吸浆成坯阶段由于石膏模的吸水作用 先在靠近模型的工作面上形成一薄泥层 随后泥层逐渐增厚达到所要求的坯体厚度 此过程的开始阶段 成形动力是模型的毛细管力 由于水分被吸走 使泥浆颗粒互相靠近 依靠模型对颗粒 颗粒对颗粒的范德华吸附力而贴近模壁 形成最初的薄泥层 另外 在浇注的最初阶段 石膏模中的Ca2 离子与泥浆中的Na 离子进行交换 也促进了泥浆凝固成泥层 在薄泥层形成后 成形动力还有泥浆中水的扩散的作用 其扩散动力为泥层两边水分的浓度差和压力差 此时 泥层好象一个滤网 随着泥层增厚 水分扩散阻力逐渐增大 当泥层增厚到预定的坯厚时 即倒出余浆 而形成了雏坯 2 巩固脱模阶段吸浆成坯阶段模内已经形成规定厚度的坯体 但并不能立即脱模 必须在模内继续放置 使坯体水分进一步降低 通常将这一过程称作巩固过程 在这一过程中 由于模型继续吸水及坯体表面水分蒸发 坯体水分不断减小 并伴有一定的干燥收缩 当水分降低到某一点时 坯体内水分减少的速度会急剧变小 此时由于坯体收缩并且有了一定的强度 脱模便变得比较容易 三 影响注浆成形 浇注性能 的因素浇注过程本质上是一种物理的脱水过程 良好的注浆过程应能在较短的时间内形成雏形坯 成坯后应有充分的保持形状的能力和比较容易脱模 主要取决于泥浆的性能 模型的吸水能力和浇注时的泥浆压力 注浆速率 dQ dt KP P LKP 与注件空隙率和粒子大小 形状有关的常数 称为渗透率L 注件厚度 泥浆的粘度 P 注件两侧的压力差 提高注浆速率的措施 降低泥层的阻力提高吸浆过程的推动力提高泥浆和模型的温度 如将泥浆的温度提高到60 时 坯料的吃浆速度提高1倍 1 泥浆性能影响成坯速度 坯体保形性和离模性能的主要因素 泥浆中固体粒子越细 细颗粒含量越多 粒子表面积就越大 形成的坯层就越致密 水在泥层中的渗滤速度便会降低 从而使吸浆成坯速度和坯件在模内收缩离模的速度降低 注浆料中塑性原料较多时 降低吸浆成坯速度 减小泥浆粘度和密度 能提高泥浆中的渗透速度 缩短成坯时间 还有利于得到表面光洁无泥缕的坯件 2 模型的吸水能力与模型的气孔率及模壁厚度有关 模型吸水能力过小 成坯速度慢 但吸水能力过大 又会因最初形成的薄泥层比较致密 降低后一阶段水的渗透速度 反而导致成坯速度下降 熟石膏粉与水的适当比值 水膏比为78 100 和较大的模壁厚度能使石膏模具有最好的吸水能力 3 泥浆压力增大泥浆压力能显著提高吸浆成坯速度 因为较大的泥浆压力会使泥浆与模型之间具有一定的压力差 生产中常用压力注浆和真空注浆方法来强化浇注过程 四 基本注浆方法1 空心注浆 单面注浆 用于成形壁厚相同的薄胎制品空心注浆是将泥浆注入模型 当注件达到要求的厚度时 排除多余的泥浆而形成空心注件的注浆方法 空心注浆利用石膏模型单面吸浆 模型工作面的形状决定坯体的外形 坯体厚度取决于泥浆在模型中停留的时间 空心浇注花瓶操作示意图 缺点是 坯料吃浆缓慢 泥浆耗量大 不能保持制品绝对的均一壁厚 在用空心注浆法成形比原制品壁厚一倍的制品时 就须将坯料吃浆时间延长三倍 1 空心注浆 2 实心注浆 双面注浆 用于成形壁厚不同的厚胎及实心制品实心注浆是泥浆中的水分被模型吸收 注件在两模之间形成 没有多余泥浆排出的一种注浆方法 两模工作面的形状决定了制品的外形 而模型工作面之间的距离就是制品的厚度 实心浇注鱼盘操作示意图 实心注浆时 泥浆中的水分同时被模型的两个工作面吸收 当坯体较厚时 靠近工作面处坯层较致密 远离工作面的中心部分较疏松 坯体结构的均匀程度会受到一定影响 由于注浆过程没有余浆倒出 因而在保证适当流动性的条件下 泥浆应稍浓些 以减少模型吸水量 缩短成坯时间 实心注浆法的缺点是 所用模具复杂 易在制品壁内形成气泡 2 实心注浆 泥浆性能参考指标 注坯操作时的注意事项 1 准备好泥浆 注浆前必须将泥浆搅拌均匀 检查泥浆的性质是否合乎要求 2 准备好石膏模型 先检查干湿程度 4 14 和其它性能是否合乎要求 然后安装捆结实 3 浇注时灌浆不能太急或太慢 4 根据模型和注坯的要求适时恰当地添浆 5 回浆时注意转动方向 以免造成坯体偏厚偏薄 6 回浆后模子要注意放平 防止回余浆偏积 7 及时清除模口上的浆缕 防止坯体离模不均匀而造成变形 8 脱模取坯要轻拿轻放 9 脱模后模型要及时对严烘干 10 注坯操作时还要做好四净工作 即模型内外净 用具净 工作台净 地面净 五 强化注浆方法 1 真空注浆石膏模外抽真空或将石膏模放在真空室中负压操作以加速坯体成型 真空注浆增大石膏模内外压差 从而缩短坯体成型时间 提高坯体致密度和强度 真空度为300mmHg 0 4MPa 时 坯体形成时间缩短为常压下的1 2 真空度为500mmHg 0 665MPa 时 坯体形成时间为常压下的1 4 2 离心注浆采用离心注浆法加快空心注浆的成坯速度 提高制品的质量和生产效率 离心注浆操作 是将泥浆注入旋转的石膏模型中 在离心力的作用下 使泥浆紧靠模壁 脱水后形成坯体 此法注成的坯体 厚度比较均匀 不易变形 离心注浆所用的泥浆 其固体颗粒尺寸不宜相差太大 否则粗颗粒会集中在坯体内部 而细颗粒容易集中在模型表面 造成组织不均匀和收缩不均匀 模型的转速按制品大小而定 大件宜慢 中小型制品可快些 一般为460 540r min 若转速过小 易出现泥纹 3 压力注浆微压注浆 浇注压力0 05Mpa以下 中压注浆0 1 0 2Mpa 4 6bar 高压注浆大于0 2Mpa 甚至高达3 9Mpa 一般8 10bar 最大20bar 成型周期8 20min 高压注浆系统 欧洲许多企业采用的新型高压压力注浆系统 可以用来注制多模块成型的复杂形状制品 如采用两块模型注制洗面器改变了过去传统的单排注浆成型法 生产效率可提高30 以上 高压注浆模型均采用新型树脂材料取代石膏 可以实现快速蒸发排水 快速起模 并大大延长使用寿命 干压法就是将一定量的有机添加剂加入粉料 而后注入模具 依靠外压而使之成型的方法 根据粉料含水率大小可将其分为干压成形 含水率 6 和半干压成形 含水率为6 12 压制成形主要用于墙地砖和工业陶瓷生产 目前 在日用陶瓷生产中正逐渐得到应用 第三节干法成型 干压成型的技术关键是粘接剂 润滑剂和分散剂等有机添加剂的选择和粉末的加工 造粒 造粒 为使素坯成型密度高 具有足够的强度以及良好的气孔尺寸分布和内部显微结构 所用粉料必须满足 颗粒呈球状 大小适度 分布适当 流动性好 堆积密度高且不影响流动性 粘结剂与水分含量适中 保证粒子具有一定强度但又不影响其流动性和成型时气孔排出 一 粉料的工艺性能1 粒度和粒度分布 干压粉料的粒度包括坯料的颗粒细度和造粒后的团料 假颗粒 大小 它们都直接影响坯体的致密度 收缩和强度 粉料团粒是由许多坯料颗粒 水和空气所组成的集合体 其大小与坯体的尺寸相关 一般团粒大小在0 25 2mm之间 最大的团粒不可超过坯体厚度的1 7 团粒的形状以接近圆球状为宜 粒度分布是指粉料中不同粒级所占的重量百分数 要求团粒有适当的颗粒级配 即有适当比例的粗 中 细颗粒 这样可减少粉料堆积时的孔隙率 提高自由堆积密度 有利于提高成形时粉料的初始密度以及坯体的致密度 2 粉料的堆积特性一种粒度的粉料堆积时 空隙率为40 若用两种粒度 粗70 细30 空隙率最低约为25 三级颗粒配合 粗50 中10 细40 粉料的空隙率仅23 3 粉料的拱桥效应实际粉料并不是圆球形 由于颗粒表面粗糙 结果颗粒互相交错咬合 形成拱桥形空间 增大孔隙率 这种现象称为拱桥效应 细颗粒堆积在一起更容易形成拱桥 这是因为它们的自重小 比表面积大 颗粒间的附着力大 4 粉料的流动性 粉料流动性决定着成形时它在模型中的充填速度和充填程度 流动性好的粉料在成形时能较快地填充模型的各个角落 粉料的流动性与颗粒之间的内摩擦力及粉粒颗粒的形状 大小 表面状态和粒度分布等工艺因素有关 目前常用以下方法测定流动性 将 30 高50mm 内壁光滑的圆筒放在玻璃板或瓷板上 用粉料装满刮平 然后提起圆筒 让粉料自然流散 再测出料堆的高度H 粉料的流动性 可用下式表示 50 H mm 二 粉料的致密化过程 密度的变化 强度的变化 坯体中压力的分布 密度的变化 加压开始 颗粒滑移 重排 排出空气 密度急剧增大 压力继续增加 颗粒变形 断裂 密度继续增加 坯体相对密度和成形压力的关系曲线 图示说明 在加压的第一阶段 松散的粉料在挤压作用下容易产生移动 致使颗粒靠拢 坯体密度急剧增加 在第二阶段中压力继续增加 由于颗粒间的内摩擦力使颗粒进一步靠拢受到影响 坯体密度增加缓慢 但压制塑性粉料时 此阶段并不明显 在第三阶段中 当压力超过一定数值 极限变形应力 后 颗粒在高压下产生变形和破裂 从而使颗粒堆积更为紧密 孔隙被继续填充 密度又随压力增加而提高 强度的变化 开始颗粒接触面积小 强度小 压力增大后 颗粒滑移 变形 断裂 接触面积增大 强度直线提高 压力继续增大 坯体密度和空隙变化不明显 强度变化也较平坦 坯体强度与成形压力的关系曲线 图示说明 第一阶段压力较低 虽然粉料颗粒位移填充孔隙 但此时颗粒接触面积仍小 所以强度并不高 第二阶段随着成形压力增加 颗粒继续产生位移并填充孔 而且粉料颗粒发生变形 使颗粒间接触面积大大增加 出现分子间力的相互作用 因此强度迅速提高 在第三阶段 压力继续增加 但强度提高并不明显 在压制成形过程中 成形压力是通过颗粒接触来传递的 由于颗粒移动和重新排列时 颗粒之间产生的内摩擦力 颗粒与模壁间产生外摩擦力 致使力在传递过程中产生一定的压力损失 在坯体内部会产生不均匀的压力分布 坯体中压力的分布 图示表明 压力分布状况同坯体厚度 H 及直径 D 的比值有关 H D比值越大 压力分布则越不均匀 因此厚而小 高而细 的产品不宜用压制法成形 而较薄的墙地砖则可用单面加压方式压制 施压时压力的中心线必须与坯体和模具的中心对正 如出现错位则会加剧压力分布的不均匀性 1 成型压力 成形压力是影响压制坯体质量的一个极重要的因素 成形压力不够 则坯体密度低 强度小 收缩率大 从而导致坯体变形 开裂以及规格不准等缺陷 压制成型时 施加于粉料的压力主要消耗在两个方面 克服粉料的阻力 包括颗粒相对位移时所需克服的内摩擦力及使粉料颗粒变形所需的力 粉料对模壁的摩擦所消耗的力 三 影响坯体质量 即密度 的因素 成型压力的大小应根据上述两方面及粉料的含水量和流动性 坯体形状大小和技术要求 设备的能力等因素 对某种坯料来说 要压制一定致密度的坯体所需的单位面积上的压力为一定值 而压制坯体所需的成形总压力即等于所需单位压力乘以受压面积 一般含粘土的粉料 单位成形压力约250 320MPa 2 加压