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1、玻璃成型及其模具 第四讲 报告人：孙 德 勤 常熟理工学院机械工程系 玻璃瓶成形最为常见的十大缺陷 （） 裂纹 裂纹是玻璃瓶最普遍的缺点。它可能非常细，有些只有在反射光 中才能发现。经常产生的部位是瓶口、瓶颈和肩部，瓶身和瓶底部也 常有裂纹产生。 （）厚薄不匀 这是指玻璃瓶上的玻璃分布不均匀。主要是玻璃料滴温度不均匀 ，温度高的部分黏度小，容易吹薄；温度低的部分阻力大，较厚。模 型温度不均匀，温度高的一边玻璃冷却慢，容易吹薄，温度低的一边 ，因玻璃冷却快而吹厚。 （） 变形 料滴温度和作用温度过高，由成形模脱出的瓶子尚未完全定形， 往往会下塌变形。有时瓶的底部尚软会印上输送带的纹痕而使瓶底不
2、平。 （） 不饱满 料滴温度过低或模型过冷会使口部、肩部等处吹不饱满，产生缺 口、瘪肩和花纹不清晰等缺陷。 （） 冷斑 玻璃表面上不平滑的斑块称为冷斑。这种缺陷的产生原因主要是 模型温度过冷，多在开始生产或停机再生产时发生。 （） 突出物 玻璃瓶合缝线突出或口部边缘向外凸出的缺陷。这是由于模型部 件制造不够正确或安装不够吻合而产生的。模型损坏、合缝面上有污 物、顶芯提起太晚未进入位置前玻璃料已落入初形模中，就会使一部 分玻璃从隙缝中压出或吹出。 （） 皱纹 皱纹有各种形状，有的是折痕，有的是成片的很细的皱纹。皱纹 产生的原因主要是由于料滴过冷，料滴过长，料滴未落在初形模中间 而粘连在模腔壁上而
3、产生的。 （） 表面缺点 瓶罐的表面发毛、不平，主要是由于模腔表不光滑而造成的。模 型的润滑油不清洁或涂油的刷子过脏，也会使瓶罐表面质量下降。 （） 气泡 在成形过程中产生的气泡往往是几个大气泡或集中在一起的若干 小气泡，这和玻璃本身的均匀分布的小气泡是有区别的。 （）剪刀印 由于剪切不良而残留在瓶罐上明显的痕迹。一个料滴常有两个剪 刀印，上面的剪刀印留在底部，影响外观。下面的剪刀印留在瓶口， 常常是裂纹的发源 模具材料及其成形 无论用现有的哪一种玻璃成型方法，就模且所处的作业 条件来说都是很差的。鉴于热玻璃成型和最终制成成品所 发生的许多复杂购物理化学和机械过程，对模具材料所提 出的要求是极
4、其苛刻的。一般玻璃模材料应具备下列一些 最重要性质： 易于机械加工，耐碎裂，耐热冲击 导热热性好，线膨胀系数小，抗生长 耐热，耐磨 组织致密均匀，粘附温度高，成型表而光洽度好，耐腐蚀 等 模具是玻璃成型中不可缺少的装备，玻璃生产的质量与产 量都和模具直接有关，因而模具材料的选用、加工、维修 和检验是确保模具质量与成型质量的重要措施。 在玻璃成型过程中，要求模具能长期经受在高温条件下 工作，玻璃的入模温度在9001100问，出模温度在 500600左右。模具中玻璃的停留时间一般为560s 。如果模具材质的耐热性差，在使用过程中就很容易发生 龟裂，导致制品表面产生较多的龟纹，这样不仅影响制品 的外
5、观质量，同时也影响其热稳定性和强度。 二、热扩散速率 玻璃入模和出模的温差为在400500。玻璃在模具中 的停留时间为几秒到几十秒。要求模具材质也在这段时间 内扩散掉这部分热量，而模具的热扩散速率将直接影响到 制品的成型速度。不同规格的制品要求其热扩散速率的大 小也不一样，一般大规格制品，因成型速度慢，制品在模 具中的停留时间也长，相应地要求热扩散速率就较低。反 之，成型速度很快的制品，其在模具中的停留时间必然很 短，因而希望模具能在较短的间隙时间内尽快地得到冷却 ，相应地要求热扩散速率也较快。 三、热冲击性 为了便于制品出模和及时对制品固形，必 须对模具和制品进行风冷。而当制品出模 后为使模
6、具保持清洁和及时散热，又必须 对模具进行风冷，这一切措施都构成了对 模具的热冲击，若模具材质不能经受耐急 冷急热性能的冲击，就会造成模具龟裂， 影响制品质量。 四、膨胀与高温变形性能 当材料的膨胀性能变化显著时，不仅会造成成型与脱模 等一系列困难，而且使制品在接合处有粗大的接合缝，造 成在脱模过程中制品在该区域容易发生炸裂，模具也容易 损坏，因此希望使用低热膨胀性的材料来制造模具。 由于模具长期处于高温负荷下工作，容易造成模具高温 变形，影响模具的精度，造成制品矫曲或公差不符要求等 情况严重的甚至影响入模与脱模的连贯性，因此要求模 具的材质必须高温变形性能要优越。 一般选择低膨胀系数的材质，其
7、高温变形性能必然优越 。 模具长期在急冷与急热的高速负荷状态下 运转与工作，因而要求模具能在这一恶劣 工作环境下能连续使用较长时间而不致有 网络裂纹(龟裂)等出现。故要求材质能有较 好的热疲劳性能。 六、抗氧化性 由于模具直接接触的玻璃液温度均较高，故氧 化过程就进行得很快，但当接触温度低于500 时，铸铁材料的氧化进行得很缓慢。大部分模具 的损坏原因都是由氧化引起的，故在工艺允许的 前提下适当降低成型温度，有利丁延长模具的使 用寿命。此外，当铸铁材料结构中存在片状石墨 体以及合金元素如Cr、Mo、Ni时，也能增加铸铁 的抗氧化能力。 模具材质选用中，除了要求使用寿命长外，还 必须考虑易于加工
8、、维修，返上率要低。有些材 质常因致密度不够或有砂眼等，徒劳往返加工既 耗工时又影响生产。而若材料过于坚硬或韧性过 大，造成加工困难，影响精度。因而在保证各项 性能要求的前提下，选择便于加工的材质确实很 有必要。一般常用铸铁来作为模具材料，这是一 种价格低廉、易于加工、有较好强度的材料。 玻璃模具材料介绍 玻璃成形过程中会发生的许多复杂的物理化学和机械过程，对模具材 料所提出的要求极其广泛。模具材质应具备下列一些最主要性质：易 于机械加工，耐碎裂，耐热冲击，导热性好，线膨胀系数小，抗生长 ，耐热，耐磨，组织致密均匀，粘附温度高，耐腐蚀等等。但是，实 际上迄今还没有哪一种金属全部具备这些良好性能
9、。 根据玻璃模具的服役条件和失效分析以及实际生产要求，对模具材料 的主要要求是抗氧化、抗生长及热疲劳抗力等性能，其中以抗氧化性 能为主要性能 常用玻璃模具材质 1.普通低合金铸铁 铸铁广泛用作模具材料始于19世纪，铸铁具有优良的铸造性能、良好的 加工性、成本低、热而不粘的性能，适合中小型铸造厂生产等，目前国内外 普遍都采用铸铁作为玻璃模具材料，合金铸铁在可预见的未来仍然是主要玻 璃模具材质。 2.球墨和蠕墨铸铁 球墨铸铁有较高的强度和韧性，并有良好的抗氧化性能，其抗热疲劳性 能优于其他铸铁，但由于其石墨形态呈孤立的球状，导热性较差，不能适应 机械化生产要求，限制了它在玻璃模具中的使用，故大多工
10、厂只用它制造小 型的瓶模。 蠕墨铸铁机械性能与球墨铸铁相近，具有较高的导热性、抗氧化和抗生 长能力，又有像灰铸铁那样良好的铸造性能和机械加工性能，使蠕墨铸铁具 有良好的综合性能，而用于制造玻璃模具材料。 片状石墨 F 基体 灰铸铁组织形态（一 ） 片状 石墨 P 灰铸铁组织形态（二 ） 球状 石墨 F 球墨铸铁 蠕墨铸铁 3. D型石墨铸铁 D型石墨属于片状石墨一种，它是在奥氏体 树枝晶间生长，奥氏体的连续性割裂了石墨片的 连续性，且D型石墨与基体间的间隙比其它片状 石墨与基体间的间隙小。D型石墨细小、卷曲、 端部较钝的形态，决定了它对基体的切割作用小 ，不易引起较大的应力集中，所以D 型石墨
11、铸铁 具有较高的强度 目前D型石墨铸铁用作玻璃模具材料已成热 点，国内外已有许多研究，从国外进口的模具分 析表明，大都采用D型石墨铸铁材质。通常采取 加入元素钛、采用金属型等来获得D型石墨。 D型石墨 4. 合金钢 近年来开始采用合金钢制模，合金钢在大多数情况下比铸铁能更好地满足对玻璃模 具提出地要求。钢的导热性次于铸铁，因此使用时易出现过热，产生粘附现象。因此 必须采用强制冷却、合理设计模具结构、用硅酮脂润滑等方法。 不锈钢是一种耐腐蚀、强度高、耐氧化及韧性好的材质，其导热性较差，热膨胀 小，成分是各种各样的，英国很早就用于制造冲头、衬模等。美国用AISI430号(12 14 Cr)和AIS
12、I 310号(25 Cr，20Ni)不锈钢，用于制作某些模具零件。 其他模具材料 u 镍基合金：这类合金耐热性比铸铁好，所以用它制作的模具表面裂纹少、寿命长、生 产率高，并能提高玻璃制品的光洁度，但这类材料价格高。为了提高玻璃制品的表面 光洁度或延长模具零件的更换周期，仍常用这类材料制模 u 铜基合金：这类合金导热性很好，高速成型时仍能保证玻璃制品质量，因此颇受人们 的重视。现主要有两类：一类含有Cu、Al、Zn和Ni，这类合金对提高表面光洁度最为 有效。这种合金抗氧化、导热性、热稳定性和热塑性都很好，显著改善了成型机的操 作条件。另一类含Cu、Al、Ni和Co，不含Zn，同铸铁相比可使机速提
13、高1525 ，能使 模具工作面寿命延长三倍左右，模具易于修复，制品质量好。 u 模具涂层：现在常在玻璃模具的棱角和冲头与玻璃接触的部分采用热喷涂层，喷焊一 层镍铬合金粉末，以提高接触表面的高温耐磨性、耐高温、抗氧化。用灰铸铁制作的 玻璃模具，热喷涂镍基自熔合金，可使模具寿命提高5倍以上，主要问题是需要重新加 工以及模具成本较高。 金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加 工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。 铸造是液态成型过程，是生产金属零件毛坯的主要工 艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有成本低，工艺 灵活性大，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适 合于批量生产。 铸造工艺及缺
14、陷控制 液态成型的优点 适于做复杂外形，特别是 复杂内腔的毛坯 对材料的适应性广，铸件 的大小几乎不受限制 成本低，原材料来源广泛 ， 价格低廉,一般不需要 昂贵的设备 是某些塑性很差的材料( 如铸铁等)制造其毛坯或 零件的唯一成型工艺 液态成型 优 点 液态成型的优点 工艺过程比较复杂，一些工艺 过程还难以控制 液态成形零件内部组织的均匀性、 致密性一般较差 液态成形零件易出现缩孔、缩松、 气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等 缺陷，产品 质量不够稳定 由于铸件内部晶粒粗大，组织不均 匀，且常伴 有缺陷，其力学性能 比同类材料的塑性成形低 液态成型 缺 点 液态合金的工艺性能 液态成型过程的工艺性
15、能表征为液态合金的 铸造性能 通常是指合金的流动性、收缩性 吸气性及偏析等性能 合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的铸 造工艺方案及进行铸件结构设计的依据 二、 铸造工艺基础 q 定义：铸造是指将熔融态的金属（或合金）浇注于 特定型腔的铸型中凝固成形的金属材料成形方法。 q 铸造的基本过程： 液液 态态 金金 属属 充充 型型铸铸 件件 凝凝 固固 收收 缩缩 q 实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中 凝固和冷却。 砂型铸造概略图 q 主要影响因素 铸造的主要影响因素主要体现在二个方面：一是影响 充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。 阶阶 段 主要影响因素 铸铸 造 充 型
16、金属的流动动性 浇浇注温度 充型压压力 凝 固 收 缩缩 凝固方式 冷却速度 金属的流动性金属的流动性： 改善金属 的流动性 加快凝固中液体的补缩 排除内部夹杂物和气体 形成薄壁复杂的铸件 有利于 金属流动性金属流动性 测试实验测试实验 实验如右图所示： 浇注温度浇注温度： T浇注 t凝固 流动性粘度 充填路径 充型能力 充型能力充型能力： P充型V流动充型能力 铸件的凝固方式铸件的凝固方式 ： 在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要 是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的铸件的“ “凝固方式凝固方式” ” 就是依据凝固区的宽窄来划分的就是依据凝固区的宽窄来划分的。 逐层凝固逐层凝固 纯金属和共晶成分的合 金在凝固中因为不存在固液 两相并存的凝固区，所以固 体与液体分界面清晰可见， 一直向铸件中心移动。 糊状凝固糊状凝固 铸件在结晶过程中，当结 晶温度范围很宽，且铸件截面 上的温度梯度较小，则不存在 固相层，固液两相共存的凝固
