玻璃制品在成形過(guò)程中,應(yīng)使各主要階段的工序和持續(xù)時(shí)間同玻璃液的流變性質(zhì)及表面熱性質(zhì)協(xié)調(diào)一致。這樣的工藝要求是由成形制度所決定的。在成形過(guò)程中,玻璃液的熱傳遞過(guò)程影響著黏度。為使制品成形的時(shí)間盡可能地短,出模時(shí)又不致變形,表面也不產(chǎn)生裂紋等缺陷,就必須掌握和控制熱傳遞過(guò)程。因此,在確定成形制度之前,應(yīng)首先討論玻璃在成形過(guò)程中的熱傳遞。
玻璃的成形過(guò)程中,熱量必然會(huì)通過(guò)介質(zhì)轉(zhuǎn)移到外界。對(duì)于無(wú)模成形的玻璃制品,如平板玻璃、玻璃管、玻璃纖維等,其冷卻介質(zhì)只有空氣。利用模型成形的玻璃制品,如瓶罐、器皿等空心制品,其冷卻介質(zhì)為模型,而模型的冷卻介質(zhì)又是空氣,情況較為復(fù)雜。

玻璃成形過(guò)程中的熱傳遞,還應(yīng)考慮玻璃與模型、模型與空氣這兩個(gè)臨界層。上圖所示為雛形的物理量與熱阻的關(guān)系。玻璃的傳熱能力較差,因此玻璃內(nèi)部的熱量必須客服很大的熱阻才能到達(dá)雛形的表面。當(dāng)熱流到達(dá)玻璃與模型的臨界層,也就會(huì)受到相當(dāng)大的阻抗。在模型中,熱流比較容易向模型外壁流動(dòng),但當(dāng)?shù)竭_(dá)模型與空氣的臨界層時(shí),又會(huì)遇到阻抗。由于變化復(fù)雜,這兩個(gè)臨界層的熱阻很難列出公式。由圖可知,玻璃的熱阻大,模型的熱阻小,玻璃與金屬的臨界層熱阻相當(dāng)大。
實(shí)際上,玻璃液與模型內(nèi)表面接觸時(shí),由于驟冷產(chǎn)生的體積收縮,使得玻璃制品具有脫離模型的傾向。同時(shí)由于重?zé)岬淖饔?,玻璃制品表面軟化膨脹,又與模型接觸,再次出現(xiàn)熱傳遞。因此從玻璃制品表面經(jīng)模型的熱傳遞,可能是冷卻與重?zé)岱磸?fù)的進(jìn)行。這種熱傳遞隨時(shí)間而衰減。
在壓制成形時(shí)玻璃液和模型的接觸較好,其臨界層熱阻的增量比吹制成形時(shí)熱阻的增量小。由于玻璃液和模型的溫度大,不論是壓制或吹制,在制品成形開(kāi)始時(shí)模型的熱阻都很小,亦即熱流的傳遞在成形開(kāi)始時(shí)是很大的,因此,大量的熱量是從玻璃表面層移去。同時(shí),由于玻璃的熱傳導(dǎo)能力差,玻璃內(nèi)部的熱量不能很快傳遞至表面,使得制品表面迅速冷卻。當(dāng)冷卻進(jìn)行得過(guò)快時(shí),就會(huì)在玻璃表面層中產(chǎn)生張應(yīng)力,這就是制品出現(xiàn)裂紋和破裂的原因。
熱量從玻璃傳遞到模型的過(guò)程受到幾個(gè)因素的影響。最重要的是玻璃的表面溫度、模型內(nèi)表面的溫度以及玻璃與模型間的熱阻。對(duì)于玻璃而言,這種熱阻是玻璃的表面黏度和成形過(guò)程中將玻璃壓向模型的有效壓力的函數(shù)。對(duì)模型而言,這種熱阻可看作是模型表面粗糙度和淀積物的函數(shù)。當(dāng)玻璃和模型緊密接觸時(shí),熱阻可以視為零。這時(shí)所傳遞的總熱量Q與接觸面積和接觸時(shí)間的平方根之積成正比。
Q=KA√t
式中:A---接觸面積
t---接觸時(shí)間
K---比例常數(shù)
Q---傳遞的熱量,是t1/2的函數(shù)
在實(shí)際生產(chǎn)中,玻璃與模型幾乎難以達(dá)到一種完善的接觸。由于成形模型接觸面積大,而且在成形模中已過(guò)渡到定形階段,因此,為了得最大的生產(chǎn)速度,必須犧牲雛形模時(shí)間,而延長(zhǎng)成形模時(shí)間。
在玻璃制品成形時(shí),邊角的熱傳遞也很重要。因?yàn)槿魏我粋€(gè)熱物體以小角度暴露在一冷物體的大角度下時(shí),都會(huì)受到過(guò)強(qiáng)的冷卻。
吹-吹法成形時(shí),在雛形吹制之前,緊靠裝料線(xiàn)下方有一圈冷玻璃,這部分玻璃在吹制雛形時(shí)不再消失,從而形成撲氣箍。模型的接縫點(diǎn)在沒(méi)有其他因素影響時(shí)有變冷的傾向,從而引起玻璃的不均勻降溫。因此,在采用吹-吹法時(shí),倒吹氣開(kāi)始得越早越好。采用壓-吹法時(shí),適用整體的雛形模,可使溫度分布均勻。
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