玻璃最终成形

1、玻璃工艺学 第第1010章章 玻璃的成形玻璃的成形( (理解理解) ) 10.1 10.1 玻璃的成形玻璃的成形 10.2 10.2 玻璃的主要性质对成形作用玻璃的主要性质对成形作用 10.3 10.3 成形制度成形制度 10.4 10.4 成形方法成形方法 成形方法成形方法 热塑成形热塑成形 冷成形冷成形 物理成形物理成形 化学成形化学成形 玻璃的冷加工玻璃的冷加工 玻璃工艺学 10.1 10.1 玻璃的成形玻璃的成形 1 概念概念 把熔融的玻璃液转为具有固定几何形状制品的过程。把熔融的玻璃液转为具有固定几何形状制品的过程。 过程过程 机械作用机械作用 热传递热传递 机械作用机械作用：与玻璃

2、液在一定温度下的流变性有关，：与玻璃液在一定温度下的流变性有关， 是玻璃在外力（压力、拉力）的影响下内部各部是玻璃在外力（压力、拉力）的影响下内部各部 分的移动情况。分的移动情况。粘度、表面张力、弹性粘度、表面张力、弹性。 热传递热传递：玻璃在冷却和硬化过程中受传热过程的：玻璃在冷却和硬化过程中受传热过程的 制约。制约。比热、透热性、传热系数比热、透热性、传热系数。 玻璃工艺学 2成形二阶段成形二阶段 成形：赋于制品一定的几何形状成形：赋于制品一定的几何形状 流变性流变性 定形：把制品的形状固定下来定形：把制品的形状固定下来 热性质和周围热性质和周围 介质对玻璃硬介质对玻璃硬 化速度的影响化速

3、度的影响 二者关系：玻璃的成形和定形是连续进行的，二者关系：玻璃的成形和定形是连续进行的， 定形是成形的延续。定形是成形的延续。 10.1 10.1 玻璃的成形玻璃的成形 玻璃工艺学 10.2 10.2 玻璃主要性质对成形作用玻璃主要性质对成形作用 玻璃的粘度玻璃的粘度 玻璃的表面张力玻璃的表面张力 弹性弹性 玻璃的热学性质玻璃的热学性质 1 1玻璃的粘度玻璃的粘度 玻璃的粘度随温度下降而增大的特性是玻璃制品玻璃的粘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。在高温范围内钠钙硅酸盐玻成形和定形的基础。在高温范围内钠钙硅酸盐玻 璃粘度的增加较慢，而在璃粘度的增加较慢，而在1000一一9

4、00间，粘度间，粘度 增加很快，即粘度的温度梯度突然增大，曲增加很快，即粘度的温度梯度突然增大，曲 线变弯线变弯玻璃的料性玻璃的料性 T （1）概念）概念 玻璃工艺学 玻璃的成形温度范围选择在接近粘度一温度曲玻璃的成形温度范围选择在接近粘度一温度曲 线的弯曲处，以保证玻璃具有自动定形的某种线的弯曲处，以保证玻璃具有自动定形的某种 速度。玻璃的液线温度比成形温度低。速度。玻璃的液线温度比成形温度低。 玻璃制品成形开始和终结时的粘度变化随玻璃的玻璃制品成形开始和终结时的粘度变化随玻璃的 组成、成形方法、制品尺寸大小和重量等是不相组成、成形方法、制品尺寸大小和重量等是不相 同的。一般玻璃的形成范围为

5、同的。一般玻璃的形成范围为102一一106帕帕秒。秒。 （2）玻璃成形时的粘度）玻璃成形时的粘度 （3）粘度对成形的影响）粘度对成形的影响 玻璃的粘度愈小，流变性就愈大。通过温度的控制，玻璃的粘度愈小，流变性就愈大。通过温度的控制， 使玻璃的粘度改变，即可改变玻璃的流变性，以达使玻璃的粘度改变，即可改变玻璃的流变性，以达 到成形和定形。到成形和定形。 10.2 10.2 玻璃主要性质对成形作用玻璃主要性质对成形作用 玻璃工艺学 说明说明 利用玻璃粘度的可逆性，可以在成形过中利用玻璃粘度的可逆性，可以在成形过中 多次加热玻璃，使之反复达到所需要的成多次加热玻璃，使之反复达到所需要的成 形粘度，以

6、制造复杂的制品。形粘度，以制造复杂的制品。 在吹制成形中粘度还可以自动调节制品壁在吹制成形中粘度还可以自动调节制品壁 的厚度。的厚度。 玻璃的粘度是玻璃组成的函数，改变组成玻璃的粘度是玻璃组成的函数，改变组成 就可以改变玻璃的粘度及粘度的温度梯度，就可以改变玻璃的粘度及粘度的温度梯度， 使之适应于成形的温度制度。使之适应于成形的温度制度。 10.2 10.2 玻璃主要性质对成形作用玻璃主要性质对成形作用 玻璃工艺学 2 2玻璃的表面张力玻璃的表面张力 作用作用：在澄清和均化时；成形时；烘口时，浮：在澄清和均化时；成形时；烘口时，浮 法玻璃成形时；法玻璃成形时； 玻璃的表面张力在高温时作用速度快

7、，而在低玻璃的表面张力在高温时作用速度快，而在低 温或高粘度时作用速度缓慢。如粘度为温或高粘度时作用速度缓慢。如粘度为103帕帕秒秒 时，表面张力的作用速度为几秒钟，在粘度为时，表面张力的作用速度为几秒钟，在粘度为 104帕帕秒时，作用速度为几分钟，在粘度为秒时，作用速度为几分钟，在粘度为108 帕帕秒时，作用速度为数小时。所以在较低温度秒时，作用速度为数小时。所以在较低温度 时，表面张力对成形的影响不大时，表面张力对成形的影响不大。 表面张力与温度的关系表面张力与温度的关系：随温度降低而增大，：随温度降低而增大， 但变化较小。低温时，表面张力对成形的影响但变化较小。低温时，表面张力对成形的影

8、响 不大。不大。 10.2 10.2 玻璃主要性质对成形作用玻璃主要性质对成形作用 玻璃工艺学 3 3弹性弹性 玻璃在高温下是粘滞性液体而在室温下则是弹性玻璃在高温下是粘滞性液体而在室温下则是弹性 固体。当玻璃从高温冷却到室温时，首先粘度成固体。当玻璃从高温冷却到室温时，首先粘度成 倍地增长，然后开始成为最初的弹性材料。继续倍地增长，然后开始成为最初的弹性材料。继续 冷却，弹性愈来愈比粘性重要。更进一步冷却，冷却，弹性愈来愈比粘性重要。更进一步冷却， 粘度增大到不能测量，就流动的观点来说，粘度粘度增大到不能测量，就流动的观点来说，粘度 已经没有意义了。已经没有意义了。玻璃由液体变为弹性材料的范

9、玻璃由液体变为弹性材料的范 围，称为粘围，称为粘弹性范围。弹性范围。 （1）粘弹性范围）粘弹性范围 弹性在这个范围就开始发生作用弹性在这个范围就开始发生作用。玻璃在进入粘。玻璃在进入粘 弹性范围内，对瓶罐玻璃，粘度为弹性范围内，对瓶罐玻璃，粘度为105 6 1014帕秒。帕秒。 10.2 10.2 玻璃主要性质对成形作用玻璃主要性质对成形作用 玻璃工艺学 弹性可以立即恢复因应力作用的变形，所以弹性可以立即恢复因应力作用的变形，所以 弹性是不随时间而变化的。弹性是不随时间而变化的。（产生永久应力）（产生永久应力） （2）弹性对成形的作用）弹性对成形的作用 在弹性作用范围内，玻璃体才可能产生缺限在

10、弹性作用范围内，玻璃体才可能产生缺限 甚至破裂。甚至破裂。 结论：弹性及消除弹性影响所需的时间，在成结论：弹性及消除弹性影响所需的时间，在成 形操作中很重要。形操作中很重要。 10.2 10.2 玻璃主要性质对成形作用玻璃主要性质对成形作用 玻璃工艺学 4 4玻璃的热学性质对成形的作用玻璃的热学性质对成形的作用 影响热传递，对玻璃的冷却和硬化速度以及成影响热传递，对玻璃的冷却和硬化速度以及成 形的温度制度关系极大。形的温度制度关系极大。 （1）玻璃的比热玻璃的比热： 决定着玻璃成形过程中需要决定着玻璃成形过程中需要 放出的热量。随着温度的下降玻璃的比热减小。放出的热量。随着温度的下降玻璃的比热

11、减小。 在高温下瓶罐玻璃的比热，在一定温度范围内，在高温下瓶罐玻璃的比热，在一定温度范围内， 不随其组成发生明显变化。不随其组成发生明显变化。 （2） 玻璃的导热率玻璃的导热率：表示单位时间内传热量。：表示单位时间内传热量。 即决定了玻璃冷却的速度，导热率越大，玻璃即决定了玻璃冷却的速度，导热率越大，玻璃 的冷却速度愈大，成形的速度也就愈高。的冷却速度愈大，成形的速度也就愈高。 10.2 10.2 玻璃主要性质对成形作用玻璃主要性质对成形作用 玻璃工艺学 （3）玻璃的热膨胀性质玻璃的热膨胀性质：对玻璃中应力的产：对玻璃中应力的产 生和制品尺寸的公差有关。生和制品尺寸的公差有关。 在成形时，玻璃

12、与模壁表面接触因冷却而发生在成形时，玻璃与模壁表面接触因冷却而发生 收缩。玻璃表面产生张应力；模具因受热而膨收缩。玻璃表面产生张应力；模具因受热而膨 胀；二者存在胀；二者存在12%的差值。的差值。 残余应力残余应力 注意注意玻璃成形时的允许公差及模形尺寸。玻璃成形时的允许公差及模形尺寸。 10.2 10.2 玻璃主要性质对成形作用玻璃主要性质对成形作用 玻璃工艺学 10.3 10.3 成形制度成形制度 玻璃的成形制度是指在成形各阶段的粘度玻璃的成形制度是指在成形各阶段的粘度时间时间 或温度或温度时间制度。时间制度。 成形制度应使玻璃制品在成形过程中，各主要阶成形制度应使玻璃制品在成形过程中，各

13、主要阶 段的工序和持续时间同玻璃液的流变性质及表面段的工序和持续时间同玻璃液的流变性质及表面 热性质协调一致，以决定成形机的操作和节奏。热性质协调一致，以决定成形机的操作和节奏。 在成形过程中玻璃液的粘度由热传递来决定。必在成形过程中玻璃液的粘度由热传递来决定。必 须控制和掌握热传递过程。须控制和掌握热传递过程。 制定成形制度时注意制定成形制度时注意 10.3.110.3.1成形过程中的热传递成形过程中的热传递 10.3.210.3.2成形制度成形制度 玻璃工艺学 在成形过程中玻璃中的热量要转移到外界中在成形过程中玻璃中的热量要转移到外界中去去 10.3.110.3.1成形过程中的热传递成形过

14、程中的热传递 无模成形无模成形冷却介质：空气冷却介质：空气 有模成形有模成形冷却介质：模具冷却介质：模具空气空气 1 1概念及分类概念及分类 2 2有模成形的传热过程有模成形的传热过程 在模型中成形时，玻璃液中的热量主要由模型传递在模型中成形时，玻璃液中的热量主要由模型传递 出去，以达到各阶段所需要的制度。出去，以达到各阶段所需要的制度。 10.3 10.3 成形制度成形制度 玻璃工艺学 由于一般玻璃的体积比热小于金属模型由于一般玻璃的体积比热小于金属模型(一般为铸铁一般为铸铁) 的体积比热，所以在模型中，玻璃的接触表面温度的的体积比热，所以在模型中，玻璃的接触表面温度的 降低很大，而模型内表

15、面，温度的升高较小；降低很大，而模型内表面，温度的升高较小； 又由于玻璃的热传导较差，所以同模型接触时，温度又由于玻璃的热传导较差，所以同模型接触时，温度 的降低主要限于玻璃极薄的表面层，其内部温度尚高；的降低主要限于玻璃极薄的表面层，其内部温度尚高； 当玻璃与模型脱离后，由于内外层温差大，内部的热当玻璃与模型脱离后，由于内外层温差大，内部的热 量向表面层进行着激烈的热传递，这时表面层对空气量向表面层进行着激烈的热传递，这时表面层对空气 的传热却比较慢，使玻璃表面又重新加热。这种现象的传热却比较慢，使玻璃表面又重新加热。这种现象 称为称为“重热重热”，是，是瓶罐等空心玻璃制品成形操作的基瓶罐等

16、空心玻璃制品成形操作的基 础础。 “重热重热” 10.3 10.3 成形制度成形制度 玻璃工艺学 因为重热玻璃制品表面再次软化膨胀与模具接触，因为重热玻璃制品表面再次软化膨胀与模具接触， 再出现热传递。因此从玻璃制品表面经模形的热再出现热传递。因此从玻璃制品表面经模形的热 传递则是冷却重热反复进行的，这种热传传递则是冷却重热反复进行的，这种热传 递过程随时间而衰减，即玻璃重热的能力越来越递过程随时间而衰减，即玻璃重热的能力越来越 小。小。 在压制成形时玻璃液和模具接触较好，则热传在压制成形时玻璃液和模具接触较好，则热传 递的阻抗减小。但由于玻璃的热传导能力差，若递的阻抗减小。但由于玻璃的热传导

17、能力差，若 冷却过快则会在玻璃表面层中产生张应力，使制冷却过快则会在玻璃表面层中产生张应力，使制 品出现裂纹和破裂。品出现裂纹和破裂。 “重热重热”的影的影 响响 10.3 10.3 成形制度成形制度 玻璃工艺学 3影响热传递过程的因素影响热传递过程的因素 （1）玻璃的表面温度）玻璃的表面温度 （2）模具内表面的温度）模具内表面的温度 （3）玻璃同模型间的热阻）玻璃同模型间的热阻 表面温度是可以改变。模具表面的温度以及表面温度是可以改变。模具表面的温度以及 决定热阻的模型的内表面性能和成型的压力决定热阻的模型的内表面性能和成型的压力 是可以控制的。是可以控制的。 10.3 10.3 成形制度成

18、形制度 玻璃工艺学 10.3.210.3.2成形制度成形制度 确定制品的成型制度须确定的工艺参数：成形温度确定制品的成型制度须确定的工艺参数：成形温度 范围；各个操作工序的持续时间；冷却介质和模具范围；各个操作工序的持续时间；冷却介质和模具 的温度。的温度。 依据依据 玻璃液的玻璃液的粘度时间曲线粘度时间曲线是确定成形是确定成形 制度工艺参数的主要依据。制度工艺参数的主要依据。 玻璃液的粘度时间曲线是由玻璃的玻璃液的粘度时间曲线是由玻璃的 粘度温度梯度和玻璃液冷却速度所粘度温度梯度和玻璃液冷却速度所 决定的。决定的。 10.3 10.3 成形制度成形制度 玻璃工艺学 1 1成形温度范围的确定成

19、形温度范围的确定 成形温度范围及工作粘度范围是以玻璃液应具成形温度范围及工作粘度范围是以玻璃液应具 有完整的流动性，在外力作用下易于成形，有有完整的流动性，在外力作用下易于成形，有 一定的冷却硬化速度，而且不产生析晶和缺限一定的冷却硬化速度，而且不产生析晶和缺限 等。一般选择在玻璃的粘度温度曲线的弯曲等。一般选择在玻璃的粘度温度曲线的弯曲 处。处。 长性玻璃：粘度温度梯度较小，硬化速度长性玻璃：粘度温度梯度较小，硬化速度 较慢，成形的工作粘度范围较大，成形过程较慢，成形的工作粘度范围较大，成形过程 的时间较长。的时间较长。 在工业生产中，通过改变玻璃料性的长短来在工业生产中，通过改变玻璃料性的

20、长短来 适应成形操作的特点和机速要求。适应成形操作的特点和机速要求。 10.3 10.3 成形制度成形制度 玻璃工艺学 2 2各个操作工序的持续时间各个操作工序的持续时间 依据依据：玻璃的粘度时间曲线上的：玻璃的粘度时间曲线上的值由相应值由相应 的的t来确定。来确定。 在给定的成形方法和给定的成形设备下应考虑：在给定的成形方法和给定的成形设备下应考虑： 玻璃制品的重量与其表面积的比值玻璃制品的重量与其表面积的比值 将玻璃压向模壁的有效压力将玻璃压向模壁的有效压力 模型的材料、冷却情况等模型的材料、冷却情况等 10.3 10.3 成形制度成形制度 玻璃工艺学 3 3冷却介质与模具的温度冷却介质与

21、模具的温度 除冷的衬碳模外，在成形之前，模具应加热到除冷的衬碳模外，在成形之前，模具应加热到 适当的操作温度。适当的操作温度。 传热过程传热过程 模具吸热（玻璃）模具吸热（玻璃）冷却介质冷却介质 辐射辐射 对流对流 结果结果 模具内表面温度呈周期性变化模具内表面温度呈周期性变化 操作要点：操作要点：模具从玻璃中吸取的热量和散失到模具从玻璃中吸取的热量和散失到 冷却介质中的热量必须相等，即维持模型的温冷却介质中的热量必须相等，即维持模型的温 度制度恒定。度制度恒定。 10.3 10.3 成形制度成形制度 玻璃工艺学 影响因素影响因素 模具的厚度：较小时稳定的传热带不存在。模具的厚度：较小时稳定的

22、传热带不存在。 模具外表面的温度波动：影响内表面温度的变化模具外表面的温度波动：影响内表面温度的变化 模具内表面温度变化范围：影响着玻璃制品的质量。模具内表面温度变化范围：影响着玻璃制品的质量。 变化范围越大，制品的表变化范围越大，制品的表 面质量越差，特别是模型面质量越差，特别是模型 内表面温度低时不可避免内表面温度低时不可避免 会使玻璃表面形成裂纹和会使玻璃表面形成裂纹和 断纹。断纹。 10.3 10.3 成形制度成形制度 玻璃工艺学 10.4 10.4 成形方法成形方法 10.4.110.4.1人工成形人工成形 10.4.210.4.2机械成形机械成形 10.4.110.4.1人工成形人

23、工成形 1人工吹制人工吹制 主要工具：吹管和表面涂附含碳物质的衬碳模。主要工具：吹管和表面涂附含碳物质的衬碳模。 主要工序：挑料、吹小泡、吹制、加工等主要工序：挑料、吹小泡、吹制、加工等 2自由成形自由成形 不用模型，仅使用一些特制的工具，如钳子、剪不用模型，仅使用一些特制的工具，如钳子、剪 刀、镊子、夹子、夹板，样模等将玻璃液直接制刀、镊子、夹子、夹板，样模等将玻璃液直接制 成制品，主要用于艺术制品的生产成制品，主要用于艺术制品的生产(窑玻璃窑玻璃)。在。在 自由成形时，玻璃常需反复加热，且是用多种玻自由成形时，玻璃常需反复加热，且是用多种玻 璃结合起来成形的。因此要注意玻璃的析晶倾向璃结合

24、起来成形的。因此要注意玻璃的析晶倾向 和热膨胀系数。和热膨胀系数。 玻璃工艺学 3人工拉制人工拉制 指拉制玻璃管（或玻璃棒）的成形方法。是从吹指拉制玻璃管（或玻璃棒）的成形方法。是从吹 制法中产生出来的。制法中产生出来的。 主要工序和吹制法相似。即挑料、滚料、做料主要工序和吹制法相似。即挑料、滚料、做料 泡、拉管。泡、拉管。 4人工压制人工压制 属于半机械的成形方法。它从挑料、剪料起直至属于半机械的成形方法。它从挑料、剪料起直至 压制、脱模等均借人力操作它的成形部件主要压制、脱模等均借人力操作它的成形部件主要 是模型、冲头和模环。是模型、冲头和模环。 10.4 10.4 成形方法成形方法 玻璃

25、工艺学 10.4.210.4.2机械成形机械成形 机械成形的供料机械成形的供料 压制法压制法 吹制法吹制法 拉制法拉制法 压延法压延法 浇铸法浇铸法 烧结法烧结法 10.4 10.4 成形方法成形方法 玻璃工艺学 1 1机械成形的供料（三种方法）机械成形的供料（三种方法） 如何将玻璃液供给于成形机，是机械化成形的如何将玻璃液供给于成形机，是机械化成形的 主要问题。不同的成形机其供料方法不同。主要问题。不同的成形机其供料方法不同。 液流供料：利用池窑中玻璃液本身的流动液流供料：利用池窑中玻璃液本身的流动 进行连续供料。进行连续供料。 真空吸料：在真空作用下将玻璃液吸出池窑真空吸料：在真空作用下将玻璃液吸出池窑 进行供料的方法。进行供料的方法。 滴料供料：使池窑中的玻璃液流出，达到所滴料供料：使池窑中的玻璃液流出，达到所 要求的温度，由供料机制成一定重量和形状的要求的温度，由供料机制成一定重量和形状的 料滴，并经过一定的时间间隔将料滴送入成