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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平。,（） 不饱满
2、 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产生的。,（） 表面缺点 瓶罐的表面发
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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、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
8、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。 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
9、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
10、。,灰铸铁组织形态（一）,灰铸铁组织形态（二）,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
11、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AISI 310号(25 Cr，20Ni)不锈钢，用于制作某些模具零件。,其他模具材料 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 铜基合
12、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。 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
13、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
14、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,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。,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
15、收缩的主要因素。,金属的流动性：,浇注温度：,充型能力：,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“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的。,铸件的收缩：,定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过 程中，其体积或尺寸缩减的现象。,收缩率： 体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。,注意：在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利 用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸 模型腔的尺寸。,合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。,缩孔
16、：,铸造缺陷,定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。,产生原因：先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固区域收缩所缩减的容积得不到补充。,疏松：,定义：疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。,危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。,防止措施：采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。,内置冷铁法,外置冷铁法,设置冒口法,冒口、冷铁共用法,裂纹与变形：,在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。,铸件特殊位置的裂纹示意图,裂纹的常见部位：,裂纹和变形的防止：,以有利于释放铸造应力为原则； 1、采用正确的铸造工艺（正确设计浇注系统、补缩系统等）； 2、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀； 3、对铸件进行热处理。,铸造生产必须先完成工艺设计，形成铸造工艺图。它是表示铸型分型面、浇冒口系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等的图样。图中应表示出：铸件的浇注位置、分型面、型芯的数量、形状、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、浇口、冒口、冷铁的尺寸和位置。,
