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浅谈玻璃模具材料以及发展

浅谈玻璃模具材料以及发展

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玻璃模具是玻璃制品的主要生产工艺装备,主要分为瓶罐类玻璃模具与器皿类玻璃模具,模具在使用过程中内腔质量决定玻璃制品的表面质量和生产效率。因此要求模腔表面有较高的精度和光洁度。由于模具频繁地与700℃~1100℃的熔融玻璃接触,承受氧化、生长及热疲劳等作用,同时,模具的接触面由于与玻璃制品的摩擦而被磨损,这就要求模具材料具有良好的耐热、耐磨,耐腐蚀、抗热冲击、抗氧化、抗生长、抗热疲劳性能,其中抗氧化性能是最主要的性能指标。此外,还要求模具材质致密、易于加工、导热性好、热膨胀系数小。

热导率是反映材料传热能力大小的物理量。在玻璃模具使用中,玻璃料滴入玻璃模具内腔的温度大约为1100℃,冷却到780℃以下从模具中取出。为此模具温度应尽快降至780℃以下,以提高生产效率,适应成型速度的要求,因此模具的散热能力是非常重要的。常用玻璃模具材料一般为耐热铸铁、不锈钢和耐热合金钢,加工后再经表面强化处理。

1.普通低合金铸铁

铸铁因具有优良导热性、耐磨性、良好的铸造性能和加工性能、成本低、热而不粘的性能而被认为在可预见的未来仍然是主要玻璃模具材料,目前国内外普遍都采用铸铁作为瓶罐类玻璃模具材料,低合金铸铁是在普通灰铸铁的基础上增加少量的Ni、Cr、Mo、Ti、V等合金元素组成的合金,具有良好的高温性能,由石墨和基体组织组成,而铸铁的性能,主要取决于石墨的数量、大小、形状及分布。

2.球墨铸铁

同灰铸铁相比,球墨铸铁中的石墨为球状,提高了材料的致密性,减小了石墨对基体的切割作用,从而使其机械性能得到了提高。球墨铸铁虽然有较高的强度和韧性,并有良好的抗氧化性能,其抗热疲劳性能也优于其它铸铁,但由于其石墨呈孤立的球状,导热性较差,使玻璃制品在模腔中不能快速冷却,从而限制了成型速度的提高,不能适应高机速生产的要求,也限制了其在玻璃模具中的应用,故只用于制造小型玻璃模具,如化妆品之类的。

3. 蠕墨铸铁

由于蠕墨铸铁的力学性能与球墨铸铁相近,且具有较高的导热性、抗氧化性和抗生长能力,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,而广泛用于制造玻璃模具材料。

4. 合金钢

合金钢通常只用于器皿类的玻璃模具。由于钢的导热性次于铸铁,因此使用时易出现过热,产生黏附现象。因此必须采用强制冷却、合理设计模具结构等方法。玻璃模具要承受很大的压力和很高的温度,因此要求模具材料的强度高、热变形小、耐热性好,通常采用不锈钢和耐热合金钢。

5.镍基高温合金

这类合金的耐热性和热膨胀性都比铸铁好,基本不生长和氧化,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,但这类材料的导热性并不好,而且价格高。一般都是通过精密铸造成型。只适用于闷头、吹气头等配件上或其中的镶块与接片。

6.铜基合金

主要是铝白铜,适当加入Si、Zn、Fe等元素。铜基合金的导热性很好,高速成型时仍能保证玻璃制品的质量,因此颇受人们的重视。这类合金对提高表面光洁度最为有效,且抗氧化、导热性、热稳定性和热塑性都很好,同时模具易于修复,制品质量好,常用于制作高档次的成型模、底模、口模以及闷头等。

7.模具表面强化

玻璃模具的模腔在高温条件下工作,合缝面容易发生变形,使玻璃制品的合缝线粗大,因此,有必要对模具的合缝线部位进行强化,包括口模和冲头,目前用的最多的是喷焊镍基合金。

模具是永不衰败的行业,材料则是模具之本,随着全球经济的发展,行列机与压机的机速也在不断提高,轻量化玻璃制品已成为一种趋势,从而对模具材质的相关性能要求也越来越高,玻璃模具日益接受挑战已成为必然,因此开发出迎合形势发展与不同用户要求的模具材质历史地成为玻璃模具人的光荣使命。

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