无机非金属课件：第四章 玻璃的成形.ppt

1、第四章第四章 玻璃的成形玻璃的成形玻璃的成形玻璃的成形是熔融的玻璃液转变为具有固定几是熔融的玻璃液转变为具有固定几何形状制品的过程。何形状制品的过程。热性质热性质玻璃的硬化速度玻璃的硬化速度定型定型玻璃的流变性玻璃的流变性成形成形玻璃的成形玻璃的成形v由于由于 冷却和硬化，玻璃首先由粘性液态冷却和硬化，玻璃首先由粘性液态转变为可塑态，然后再转变成脆性固态。转变为可塑态，然后再转变成脆性固态。在成形过程中，机在成形过程中，机 械作用和玻璃液在一械作用和玻璃液在一定温度下的流变性质有关，玻璃液在外定温度下的流变性质有关，玻璃液在外力（压力、拉力等）的影响下，使其力（压力、拉力等）的影响下，使其 内

2、内部各部分流动。部各部分流动。4.1 4.1 玻璃的成形原理玻璃的成形原理决定于成形阶段的因素是玻璃的流变性，即决定于成形阶段的因素是玻璃的流变性，即粘度粘度、表面张表面张力、可塑性、弹性以及这些性质的温度变化力、可塑性、弹性以及这些性质的温度变化特征。特征。v玻璃冷却和硬化，主要决定玻璃冷却和硬化，主要决定 于它在成形于它在成形中连续地同周围介质进行热传递。这种中连续地同周围介质进行热传递。这种热现象受到传热过程的抑制与玻璃液本热现象受到传热过程的抑制与玻璃液本身及身及 其周围介质的热物理性质（比热、其周围介质的热物理性质（比热、导热率、透热性、传热系数）的影响。导热率、透热性、传热系数）的

3、影响。v定形是成形的定形是成形的 延续，但定形所需的时间延续，但定形所需的时间比成形长。比成形长。决定于定形阶段的因素是玻璃的热性质和周决定于定形阶段的因素是玻璃的热性质和周围介质影围介质影响下的玻璃硬化速度。响下的玻璃硬化速度。v成形温度范围的选择v流变性的大小v快速通过结晶倾向区而不析晶v自动调节制品的厚薄v可进行局部反复加工4.1.1黏度对成形的作用黏度对成形的作用粘度随温度下降而增大的特性是玻璃制品成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形和定形的基础v是自由的玻璃液滴成为球形；v玻璃纤维、玻璃管的拉制中自然得到圆形；v在爆口和烘口时，使边缘变圆；v玻璃板收缩，锐角变圆，

4、花纹不清晰等。4.1.2 4.1.2 表面张力对成形的作用表面张力对成形的作用v粘滞性：黏度为106Pa.s以下；v粘弹性：黏度为105或106Pa.s至1015Pa.sv弹性：黏度为1015Pa.s以上。4.1.3 4.1.3 弹性对成形的作用弹性对成形的作用v比热比热 ：成形过程中需要放出的热量；：成形过程中需要放出的热量；v导热率：表示单位时间内传热的量；导热率：表示单位时间内传热的量；v透热性：红外线与可见光的透过能力；透热性：红外线与可见光的透过能力；v表面辐射强度：玻璃表面辐射热量的能表面辐射强度：玻璃表面辐射热量的能力；力；v热膨胀：与玻璃中的应力的产生和制品热膨胀：与玻璃中的应

5、力的产生和制品尺寸公差有关。尺寸公差有关。4.1.4 4.1.4 比热、热导率、热膨胀、表面比热、热导率、热膨胀、表面辐射强度和透热性对成形作用辐射强度和透热性对成形作用玻璃成形时的冷却速度决定于外界的冷却条件，玻璃成形时的冷却速度决定于外界的冷却条件，也和玻璃自身的热性质有关也和玻璃自身的热性质有关v需要确定的工艺参数：成形温度范围、各工序温度及持续时间、冷却介质或模型的温度。v合理的成形制度应使玻璃在成形各工序的温度和持续时间同玻璃液的流变性质及表面热性质协调一致。v玻璃液的黏度-时间或温度-时间曲线是确定成形制度的主要依据。4.2 4.2 玻璃的成形制度玻璃的成形制度4.2.1成形过程中

6、的热传递：成形过程中的热传递：1.1.成形温度范围：要求玻成形温度范围：要求玻璃液应具有成形所需的璃液应具有成形所需的流动性，在外力作用下流动性，在外力作用下易于成形，有一定冷却易于成形，有一定冷却硬化速度等硬化速度等( (10102 210106 6PaPaS); S); 2.2.模型温度制度：模型应模型温度制度：模型应加热到适当温度。加热到适当温度。3.3.模型温度制度与模型厚模型温度制度与模型厚度有关度有关, ,模型的厚度应比模型的厚度应比模型的稳定传热带模型的稳定传热带大大5050到到1 1倍左右倍左右; ;冷却冷却重热重热4.2.2 玻璃冷却速度的计算玻璃冷却速度的计算v根据式4-3

7、和式4-8计算制品成形过程中冷却所需要的时间，绘制出玻璃的温度-时间曲线（玻璃的冷却曲线，图4-2）；结合黏度-温度曲线进一步绘制出玻璃的黏度-时间曲线，既是玻璃的硬化曲线，从而制定出成形制度。4.2 .3 4.2 .3 玻璃的成形制度确定玻璃的成形制度确定人工吹制人工吹制人工压制人工压制自由成形自由成形人工拉制人工拉制压制法压制法拉制法拉制法吹制法吹制法压延法压延法玻璃的成形玻璃的成形人工成形人工成形机械成形机械成形4.3 4.3 玻璃的成形方法玻璃的成形方法1.人工吹制成形人工吹制成形（空心制品）挑料挑料滚料和吹小泡滚料和吹小泡吹制与加工吹制与加工4.3.1 4.3.1 玻璃的人工成形玻璃

8、的人工成形2.自由成形自由成形（艺术制品） 使用一些特制工具，如钳子，剪刀，夹子等将玻璃液使用一些特制工具，如钳子，剪刀，夹子等将玻璃液直接成形制品。直接成形制品。3.人工拉制成形人工拉制成形（玻璃管或玻璃棒） 主要工序和吹制法类似。做成料泡后，粘结在顶盘上，主要工序和吹制法类似。做成料泡后，粘结在顶盘上，一边吹气一边拉制成玻璃管。一边吹气一边拉制成玻璃管。4.人工压制成形人工压制成形属半机械成形，但挑料、剪料、脱属半机械成形，但挑料、剪料、脱模等均需人工操作模等均需人工操作挑料：用铁杆跳起大量玻璃液，挑料：用铁杆跳起大量玻璃液，不用滚压，直接用剪刀不用滚压，直接用剪刀剪取一定量落入模内；剪取

9、一定量落入模内；压制：放上模环，使冲头下压压制：放上模环，使冲头下压进入模中，压成制品；进入模中，压成制品；退模：冲头停放一定时间，使退模：冲头停放一定时间，使制品硬化后，取出制品，制品硬化后，取出制品，送去退火；送去退火；完全机械成形完全机械成形供料供料成形成形液流供料液流供料滴料供料滴料供料真空供料真空供料人工成形：人工成形：劳动强度大，条件差，生产效率低劳动强度大，条件差，生产效率低;半机械化：半机械化：挑料挑料,模型开和关模型开和关,制品的转移需人工制品的转移需人工; 机机械械化：化：除挑料外，其他全部自动化除挑料外，其他全部自动化;4.3.2 4.3.2 玻璃的机械成形玻璃的机械成形

10、1.液流供料：液流供料：利用池窑中玻璃液本身的流动进行连续供料。利用池窑中玻璃液本身的流动进行连续供料。要求玻璃液流量大，产量高，要求稳定的温度制度。要求玻璃液流量大，产量高，要求稳定的温度制度。2.真空吸料：真空吸料：在真空作用下将玻璃液吸出池窑进行供料在真空作用下将玻璃液吸出池窑进行供料的方法。的方法。分为：用吸分为：用吸料头吸料和料头吸料和用成形机的用成形机的雏形模直接雏形模直接吸料吸料优点：优点：料滴形状，重量和温度均匀性比较稳定，成形料滴形状，重量和温度均匀性比较稳定，成形的温度高，玻璃分布均匀，产品质量好。的温度高，玻璃分布均匀，产品质量好。3.滴料供料：滴料供料：通过通过池窑中的

11、玻璃液流出，达到要求的成形池窑中的玻璃液流出，达到要求的成形温度，由供料机制成一定重量和形状的料滴，并经过一温度，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。定的时间间隔将料滴送入成形机的模型中。滴料系统包滴料系统包括供料槽、加热系统、料滴形成机构与导料机构。括供料槽、加热系统、料滴形成机构与导料机构。（一）压制法（一）压制法多用来生产实心和空心的玻璃制品多用来生产实心和空心的玻璃制品缺点：缺点：制品内腔不能向下扩大，否则冲头无法取出，内制品内腔不能向下扩大，否则冲头无法取出，内腔侧壁不能有凸凹地方；腔侧壁不能有凸凹地方；不能生产薄壁和内腔在垂直方不能生产薄

12、壁和内腔在垂直方向长的制品；向长的制品；制品表面不光滑，常有斑点和模缝；制品表面不光滑，常有斑点和模缝；优点：优点：形状精确形状精确,外面花纹制品外面花纹制品,工艺简便工艺简便,生产能力高生产能力高先压制制品的口部和雏形，再移入成形模中吹制。先压制制品的口部和雏形，再移入成形模中吹制。（二）吹制法（二）吹制法压吹法压吹法吹吹法吹吹法带式吹制法带式吹制法转吹法转吹法主要生产广口瓶和小口瓶等空心制品。主要生产广口瓶和小口瓶等空心制品。吹吹法吹吹法先在带口模的雏模中制成口部和吹成雏形，再移入成形模中先在带口模的雏模中制成口部和吹成雏形，再移入成形模中吹制，主要用于生产小口瓶；吹制，主要用于生产小口瓶

13、；翻转雏形吹制法翻转雏形吹制法吹气头吹气头按供料方式分为按供料方式分为翻转雏形吹制法和真空吸吹法翻转雏形吹制法和真空吸吹法。真空吸料吹制法真空吸料吹制法转吹法转吹法在吹制时料泡不停旋转，模型为用水冷却的衬碳模，用于生在吹制时料泡不停旋转，模型为用水冷却的衬碳模，用于生产薄壁器皿、电灯泡、热水瓶胆。产薄壁器皿、电灯泡、热水瓶胆。（三）拉制法（三）拉制法通过机械拉制成形的一种方法，主要用于生产玻璃管、棒、通过机械拉制成形的一种方法，主要用于生产玻璃管、棒、平板玻璃、玻璃纤维等。平板玻璃、玻璃纤维等。制造外径为制造外径为2 270mm70mm的玻璃管，的玻璃管，用于生产日光灯、霓虹灯的灯用于生产日光

14、灯、霓虹灯的灯管。管。各种特殊玻璃板材，如压花玻璃，加丝网玻璃，波形各种特殊玻璃板材，如压花玻璃，加丝网玻璃，波形玻璃，槽型玻璃，玻璃马赛克等。玻璃，槽型玻璃，玻璃马赛克等。（四）压延法（四）压延法单辊压延法：单辊压延法：用金属压辊把倒于平用金属压辊把倒于平板上的玻璃液滚压成平板。玻璃质板上的玻璃液滚压成平板。玻璃质量差，产量低，间歇作业，操作笨量差，产量低，间歇作业，操作笨重。重。对辊压延法：对辊压延法：玻璃液进入成对的玻璃液进入成对的水冷中空压辊，经滚压而成平板。水冷中空压辊，经滚压而成平板。玻璃质量好，时间短，产量高，玻璃质量好，时间短，产量高，连续作业。连续作业。压前玻璃液粘度低，可塑

15、压前玻璃液粘度低，可塑性好，在压延后，玻璃粘性好，在压延后，玻璃粘度能迅速增加，以保持花度能迅速增加，以保持花纹的清晰度。纹的清晰度。丝网热膨胀系数与玻璃匹丝网热膨胀系数与玻璃匹配，丝网化学性能稳定，配，丝网化学性能稳定，有一定的强度和熔点，价有一定的强度和熔点，价格便宜，夹丝玻璃断裂时格便宜，夹丝玻璃断裂时丝网容易掰断。丝网容易掰断。成形方法成形方法水平拉引法水平拉引法垂直引上法垂直引上法平板玻璃是指其厚度远远小于其长和宽，上下表面平行的平板玻璃是指其厚度远远小于其长和宽，上下表面平行的板状玻璃制品，可分为窗玻璃、压花玻璃、夹丝玻璃、夹板状玻璃制品，可分为窗玻璃、压花玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃

16、、中空玻璃、波形玻璃等。层玻璃、中空玻璃、波形玻璃等。浮法浮法平拉法平拉法对辊引上法对辊引上法无槽垂直引上法无槽垂直引上法有槽垂直引上法有槽垂直引上法4.3.3 4.3.3 平板玻璃的成形平板玻璃的成形浮法成形是指熔融的玻璃液在流入锡槽后在浮法成形是指熔融的玻璃液在流入锡槽后在熔融金属熔融金属锡液表面上锡液表面上形成平板玻璃的方法形成平板玻璃的方法。玻璃质量高，产量大，品种多样，厚玻璃质量高，产量大，品种多样，厚1.730mm, ,宽宽5.6m4.3.3.1 4.3.3.1 浮法成形浮法成形浮法玻璃的成形机理浮法玻璃的成形机理 玻璃液在锡面上玻璃液在锡面上 的浮起高度的浮起高度 h=（1-dg

17、/dt）H H-自由厚度；dg-玻璃的密度；dt-锡液的密度。 浮法玻璃的自由厚度：浮法玻璃的自由厚度： g-重力加速度；g-玻璃表面张力；t-锡液表面张力；gt-玻璃与锡液的界面张力。 )()(212gtgtgtgddgddH 玻璃在锡面上的抛光时间玻璃在锡面上的抛光时间玻璃液扩展的同时，正弦波纹将逐渐减弱，并由于表玻璃液扩展的同时，正弦波纹将逐渐减弱，并由于表面张力的作用，使其具有平整表面。生产实践表明在面张力的作用，使其具有平整表面。生产实践表明在抛光区停留抛光区停留1min1min就可以获得抛光面平整的玻璃。就可以获得抛光面平整的玻璃。流槽面与锡液面落差，流速不均形成流槽面与锡液面落差

18、，流速不均形成正弦波纹。正弦波纹。玻璃的高温拉薄和低温拉薄曲线玻璃的高温拉薄和低温拉薄曲线高温拉薄和低高温拉薄和低温拉薄温拉薄低温法可以拉低温法可以拉制更薄的玻璃，制更薄的玻璃，又分为低温急又分为低温急冷法和低温徐冷法和低温徐冷法冷法 玻璃的拉薄玻璃的拉薄锡液的特点锡液的特点锡液锡液玻璃玻璃优点优点密度密度7.292.7有利于玻璃托浮有利于玻璃托浮导热率导热率65.730.9-1.1有利于均匀化有利于均匀化熔点熔点231.96650-700(出槽口温度)有利于抛光面的保持有利于抛光面的保持表面张力表面张力0.43-0.500.22-0.38 有利于拉薄有利于拉薄纯度纯度高引入杂质少引入杂质少粘

19、度粘度小流动性好流动性好 保护气体： N2+H2 防止锡氧化玻璃液通过槽子砖，再经引玻璃液通过槽子砖，再经引上机拉引形成平板玻璃。上机拉引形成平板玻璃。 有槽垂直引上室有槽垂直引上室1-1-通路；通路；2-2-小眼；小眼；3-3-大梁；大梁；4-4-槽子砖；槽子砖；5-5-主水包；主水包；6-6-辅助水包；辅助水包；7-7-板根；板根；8-8-石棉辊；石棉辊；9-9-引上机；引上机；10-10-原板原板槽子砖槽子砖1、成形设备、成形设备成形容易控制，可以生产成形容易控制，可以生产0.4-0.4-2mm2mm薄玻璃，可安装多台引上薄玻璃，可安装多台引上机，但槽子砖易使玻璃产生缺机，但槽子砖易使玻

20、璃产生缺陷，经常更换槽子砖，产量低。陷，经常更换槽子砖，产量低。4.3.3.2 4.3.3.2 有槽垂直引上法有槽垂直引上法2 2、板根的形成、板根的形成影响因素：影响因素：槽子砖的沉入深度槽子砖的沉入深度玻璃液温度玻璃液温度窑压的影响窑压的影响玻璃液面的波动玻璃液面的波动压入玻璃液中一定深度的槽子砖的槽口和引上室压入玻璃液中一定深度的槽子砖的槽口和引上室之间构成连通器，在槽子砖阻力、静压力、重力之间构成连通器，在槽子砖阻力、静压力、重力和表面张力作用下，沿槽口形成的一条突出条带。和表面张力作用下，沿槽口形成的一条突出条带。4 4、拉伸速度、拉伸速度自然收缩（表面张力和粘度）自然收缩（表面张力

21、和粘度）强制收缩（纵向拉力）强制收缩（纵向拉力）3 3、边子的形成、边子的形成边子指原板两侧较厚的边缘部分。边子指原板两侧较厚的边缘部分。边子自由度大，边子向内边子自由度大，边子向内收缩，原板厚度不变；收缩，原板厚度不变；存在拉边器，边子自由度存在拉边器，边子自由度小，原板变薄。小，原板变薄。拉伸拉伸速度速度增大增大边子的厚度随温度变化，影响引上操作。边子的厚度随温度变化，影响引上操作。拉伸拉伸力增力增大大无槽垂直引上室无槽垂直引上室1-大梁；2-L型砖；3-玻璃液；4-引砖；5-冷却水包；6-引上机；7-石棉辊；8-板根；9-原板；10-八字水包优点：优点：沉入液面下的引砖沉入液面下的引砖代

22、替了槽子砖，消代替了槽子砖，消除了由槽口不平整除了由槽口不平整引起的波筋引起的波筋缺点：缺点：技术操作难度大，技术操作难度大，玻璃厚薄差大，不玻璃厚薄差大，不易生产小于易生产小于2mm的的玻璃。玻璃。通过引上室液面下的引砖通过引上室液面下的引砖, ,采采取自由液面引上成形取自由液面引上成形 4.3.3.3 4.3.3.3 无槽垂直引上法无槽垂直引上法熟悉通过一对平行设置的向外反向通过一对平行设置的向外反向旋转的辊子代替槽子砖。旋转的辊子代替槽子砖。 优点：优点：玻璃质量好，可以玻璃质量好，可以生产薄玻璃，厚薄生产薄玻璃，厚薄差小，产量高差小，产量高辊子的转速为辊子的转速为1 15mm/d5mm

23、/d，可以克服成形时出现在辊可以克服成形时出现在辊子上的析晶缺陷。辊子的子上的析晶缺陷。辊子的深度及缝隙的大小对产量深度及缝隙的大小对产量有一定的影响。有一定的影响。4.3.3.4 4.3.3.4 对辊法对辊法平拉成形示意图平拉成形示意图1-玻璃液；2-引砖；3-拉边器；4-转向辊；5-水冷却器；6-玻璃带与无槽垂直引上法相似，在与无槽垂直引上法相似，在500-700mm500-700mm高处转为水平拉制高处转为水平拉制优点：优点：玻璃析晶和表面缺陷玻璃析晶和表面缺陷少，退火质量好，玻少，退火质量好，玻璃质量高；拉引速度璃质量高；拉引速度快，产品多样化；连快，产品多样化；连续作业长。续作业长。缺点：缺点：成形室结构复杂，玻成形室结构复杂，玻璃厚薄差较大，成形璃厚薄差较大，成形室横向温差大，不易室横向温差大，不易控制控制。4.3.3.5 4.3.3.5 平拉法平拉法