玻璃模具是玻璃成型中不可缺少的裝備,玻璃生產(chǎn)的質(zhì)量與產(chǎn)量都和模具直接有關(guān)。
玻璃模具的性能要求
玻璃成形過程中會發(fā)生的許多復(fù)雜的物理化學(xué)和機(jī)械過程,對模具材料所提出的要求極其廣泛。模具材質(zhì)應(yīng)具備下列一些最主要性質(zhì):易于機(jī)械加工,耐碎裂,耐熱沖擊,導(dǎo)熱性好,線膨脹系數(shù)小,抗生長,耐熱,耐磨,組織致密均勻,粘附溫度高,耐腐蝕等等。但是,實(shí)際上迄今還沒有哪一種金屬全部具備這些良好性能。
根據(jù)玻璃模具的服役條件和失效分析以及實(shí)際生產(chǎn)要求,對模具材料的主要要求是抗氧化、抗生長及熱疲勞抗力等性能,其中以抗氧化性能為主要性能。
常用的玻璃模具材質(zhì)
1.普通低合金鑄鐵
鑄鐵廣泛用作模具材料始于19世紀(jì),鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能、良好的加工性、成本低、熱而不粘的性能,適合中小型鑄造廠生產(chǎn)等,目前國內(nèi)外普遍都采用鑄鐵作為玻璃模具材料,合金鑄鐵在可預(yù)見的未來仍然是主要玻璃模具材質(zhì)。
2.球墨和蠕墨鑄鐵
球墨鑄鐵有較高的強(qiáng)度和韌性,并有良好的抗氧化性能,其抗熱疲勞性能優(yōu)于其他鑄鐵,但由于其石墨形態(tài)呈孤立的球狀,導(dǎo)熱性較差,不能適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)要求,限制了它在玻璃模具中的使用,故大多工廠只用它制造小型的瓶模。
蠕墨鑄鐵機(jī)械性能與球墨鑄鐵相近,具有較高的導(dǎo)熱性、抗氧化和抗生長能力,又有像灰鑄鐵那樣良好的鑄造性能和機(jī)械加工性能,使蠕墨鑄鐵具有良好的綜合性能,而用于制造玻璃模具材料。
3. D型石墨鑄鐵
D型石墨屬于片狀石墨一種,它是在奧氏體樹枝晶間生長,奧氏體的連續(xù)性割裂了石墨片的連續(xù)性,且D型石墨與基體間的間隙比其它片狀石墨與基體間的間隙小。D型石墨細(xì)小、卷曲、端部較鈍的形態(tài),決定了它對基體的切割作用小,不易引起較大的應(yīng)力集中,所以D 型石墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度
目前D型石墨鑄鐵用作玻璃模具材料已成熱點(diǎn),國內(nèi)外已有許多研究,從國外進(jìn)口的模具分析表明,大都采用D型石墨鑄鐵材質(zhì)。通常采取加入元素鈦、采用金屬型等來獲得D型石墨。
4. 合金鋼
近年來開始采用合金鋼制模,合金鋼在大多數(shù)情況下比鑄鐵能更好地滿足對玻璃模具提出地要求。鋼的導(dǎo)熱性次于鑄鐵,因此使用時易出現(xiàn)過熱,產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。因此必須采用強(qiáng)制冷卻、合理設(shè)計模具結(jié)構(gòu)、用硅酮脂潤滑等方法。
不銹鋼是一種耐腐蝕、強(qiáng)度高、耐氧化及韌性好的材質(zhì),其導(dǎo)熱性較差,熱膨脹小,成分是各種各樣的,英國很早就用于制造沖頭、襯模等。美國用AISI430號(12 ~14 Cr)和AISI 310號(25 Cr,20Ni)不銹鋼,用于制作某些模具零件。
5.鎳基合金
這類合金耐熱性比鑄鐵好,所以用它制作的模具表面裂紋少、壽命長、生產(chǎn)率高,并能提高玻璃制品的光潔度,但這類材料價格高。為了提高玻璃制品的表面光潔度或延長模具零件的更換周期,仍常用這類材料制模
6.銅基合金
這類合金導(dǎo)熱性很好,高速成型時仍能保證玻璃制品質(zhì)量,因此頗受人們的重視。現(xiàn)主要有兩類:一類含有Cu、Al、Zn和Ni,這類合金對提高表面光潔度最為有效。這種合金抗氧化、導(dǎo)熱性、熱穩(wěn)定性和熱塑性都很好,顯著改善了成型機(jī)的操作條件。另一類含Cu、Al、Ni和Co,不含Zn,同鑄鐵相比可使機(jī)速提高15~25 ,能使模具工作面壽命延長三倍左右,模具易于修復(fù),制品質(zhì)量好。
7.模具涂層
現(xiàn)在常在玻璃模具的棱角和沖頭與玻璃接觸的部分采用熱噴涂層,噴焊一層鎳鉻合金粉末,以提高接觸表面的高溫耐磨性、耐高溫、抗氧化。用灰鑄鐵制作的玻璃模具,熱噴涂鎳基自熔合金,可使模具壽命提高5倍以上,主要問題是需要重新加工以及模具成本較高。