玻璃工艺学：第10章 玻璃成形

1、第10章 玻璃的成形(掌握)10.1 玻璃的成形10.2 玻璃的主要性质作用参成形10.3 成形制度10.4 成形方法成形方法热塑成形冷成形物理成形化学成形玻璃的冷加工10.1 玻璃的成形1 概念把熔融的玻璃液转为具有固定几何形状制品的过程。过程机械作用热传递机械作用：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）的影响下内部各部分的移动情况。粘度、表面张力、弹性。热传递：玻璃在冷却和硬化过程中受传热过程的制约。比热、透热性、传热系数。一次成形或热端成形结果：玻璃液首先转变为速性状态，然后再转变为脆性固态。2成形二阶段成形：赋于制品一定的几何形状流变性定形：把制品的形状固定下来热

2、性质和周围介质对玻璃硬化速度的影响二者关系：玻璃的成形和定形是连续进行的，定形是成形的延续。10.1 玻璃的成形10.2 玻璃的主要性质对成形的作用玻璃的粘度玻璃的表面张力弹性玻璃的热学性质对成形的作用1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1000一900间，粘度增加很快，即粘度的温度梯度突然增大，曲线变弯玻璃的料性（1）概念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速度。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同的。一般玻璃的成形范

3、围为lo2一106帕秒。（2）玻璃成形时的粘度（3）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，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。10.2 玻璃的主要性质对成形的作用说明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形粘度，以制造复杂的制品。在吹则成形中粘度还可以自动调节制品壁的厚度。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，使之适应于成形的温度制度。10.2 玻璃的主要性质对成形的作用2玻璃的表面张力作用：在澄清和均化时；成形时；烘口时，浮法玻璃成形时；玻璃的表面张力在高温时作用速度快，而在低

4、温或高粘度时作用速度缓慢。如粘度为103帕秒时，表面张力的作用速度为几秒钟，在粘度为Io4帕秒时，作用速度为几分钟，在粘度为108帕秒时，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。表面张力与温度的关系：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不大。10.2 玻璃的主要性质对成形的作用3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，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。玻璃由液体变为弹性材料的范围，称为粘弹性范围。

5、（1）粘弹性范围弹性在这个范围就开始发生作用。玻璃在进入粘弹性范围内，对瓶罐玻璃，粘度为10561014帕秒。10.2 玻璃的主要性质对成形的作用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。（产生永久应力）（2）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甚至破裂。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。10.2 玻璃的主要性质对成形的作用4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形的温度制度关系极大。（1）玻璃的比热： 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。在高温下瓶耀玻璃的比热，在一定温度范围

6、内，不随其组成发生明显变化。（2） 玻璃的导热率：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，玻璃的冷却速度愈大，成形的速度也就愈高。10.2 玻璃的主要性质对成形的作用（3）玻璃的热膨胀性质：对玻璃中应力的产生和制品尺寸的公差有关。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；模具因受热而膨胀；二者存在12%的差值。残余应力注意玻璃成形时的允许公差及模形尺寸。10.2 玻璃的主要性质对成形的作用10.3 成形制度玻璃的成形制度是指在成形各阶段的粘度时间或温度时间制度。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

7、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。必须控制和掌握热传递过程。制定成形制度时注意10.3.1成形过程中的热传递10.3.2成形制度在成形过程中玻璃中的热量要转移到外界中去10.3.1成形过程中的热传递无模成形冷却介质：空气有模成形冷却介质：模具空气1概念及分类2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出去，以达到各阶段所需要的制度。10.3 成形制度由于一般玻璃的体积比热小于金属模型(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，温度的降低主

8、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。这种现象称为“重热”，是瓶罐等空心玻璃制品成形操作的基础。“重热”10.3 成形制度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小。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。“重热”的影响10.3 成形制度3影

9、响热传递过程的因素（1）玻璃的表面温度（2）模具内表面的温度（3）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。10.3 成形制度10.3.2成形制度确定制品的成型制度须确定的工艺参数：成形温度范围；各个操作工序的持续时间；冷却介质和模具的温度。依据玻璃液的粘度时间曲线是确定成形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粘度温度梯度和玻璃液冷却速度所决定的。10.3 成形制度1成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等。一般

10、选择在玻璃的粘度温度曲线的弯曲处。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，成形过程的时间较长。在工业生产中，通过改变玻璃料性的长短来适应成形操作的特点和机速要求。10.3 成形制度2各个操作工序的持续时间依据：玻璃的粘度时间曲线上的值由相应的t来确定。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将玻璃压向模壁的有效压力模型的材料、冷却情况等10.3 成形制度3冷却介质与模具的温度除冷的衬碳模外，在成形之前，模具应加热到适当的操作温度。传热过程模具吸热（玻璃）冷却介质辐射对流结果模具内表面温度呈周期性变化操作要点：模具从玻璃中吸取的热量和散失

11、到冷却介质中的热量必须相等，即维持模型的温度制度恒定。10.3 成形制度影响因素模具的厚度：较小时稳定的传热带不存在。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，制品的表面质量越差，特别是模型内表面温度低时不可避免会使玻璃表面形成裂纹和断纹。10.3 成形制度10.4 成形方法10.4.1人工成形10.4.2机械成形10.4.1人工成形1人工吹制主要工具：吹管和表面涂附含碳物质的衬碳模。主要工序：挑料、吹小泡、吹制、加工等2自由成形不用模型，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成制品，主要用于艺术制

12、品的生产(窑玻璃)。在自由成形时，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和热膨胀系数。3人工拉制指拉制玻璃管（或玻璃棒）的成形方法。是从吹制法中产生出来的。主要工序和吹制法相似。即挑料、滚料、做料泡、拉管。4人工压制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是模型、冲头和模环。10.4 成形方法10.4.2机械成形机械成形的供料压制法吹制法拉制法压延法浇铸法烧结法10.4 成形方法1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进行连续供料。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。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料滴，并经过一定的时间间隔将料滴送入成形机的模型中。10.4 成形方法2压制法与人工压制成形部件相同的，即模型、冲头和模环。可生产多种实心和空心玻璃制品。3吹制法机械吹制法可分为压吹法，吹吹法，转吹法，带式吹制法等。4拉制法主要用于生产玻璃管、棒、平板玻璃、玻璃纤维等。10.4 成形方法5压延法厚的平板玻璃、刻花玻璃、夹金属丝玻璃等生产方法。有平面压延和辊间压延二种。平面压延法：将玻璃液面倒在浇铸台的金属板上，然后用沉