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。用风冷对模具实施最有效的冷却就显得尤为重要,下图是一排垂冷孔和两排垂冷孔对模具冷却的模具温度模拟。我司现以试用三排垂冷孔的冷却方式。成模的外表面温度降到200度一下。
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
1.普通低合金铸铁
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。
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。
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。