其他成形方法

1、鄭州航空工業(yè)管理學院 機械制造工程教案 第8章第八章 其他成形方法一、教學目的與要求1.了解粉末成形的基本工藝過程及特點。2.了解特種陶瓷的基本工藝過程及特點。3.了解復合材料、塑料的成形工藝。二、教學課時數(shù)理論教學 2學時三、教學內(nèi)容1. 粉末成形的基本工藝過程及特點。2. 特種陶瓷的基本工藝過程及特點。3. 復合材料的成形工藝。4. 塑料的成形工藝。四、教學重點與難點1. 重點 粉末成形的特點及應用。2. 難點 成形工藝的基本原理。五、教學方式多媒體授課六、參考書籍1. 鄧文英主編：金屬工藝學（上冊，第4版），高等教育出版社，2005年版。2. 沈其文主編：材料成形工藝基礎（第三版），華中

2、科技大學出版社，2003年版。第八章 其他成形方法第一節(jié) 粉末冶金一、概述1. 粉末冶金 P178表8-1粉末冶金是一種特殊的固態(tài)成形工藝，它是制取金屬粉末，采用成形和燒結工藝將金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）制成制品的工藝技術。2. 粉末冶金工藝的基本工序 原料粉末的制取和準備（粉末可以是純金屬或合金、非金屬、金屬與非金屬的化合物以及其它各種化合物）； 將金屬粉末制成所需形狀的坯塊； 將坯塊在物料主要組元熔點以下的溫度進行燒結，使制品具有最終的物理、化學和力學性能。3. 粉末冶金技術的特點 克服了難熔金屬（如鎢、鉬等）熔鑄過程中產(chǎn)生的困難，如電燈鎢絲和硬質(zhì)合金的出現(xiàn)； 多孔含油軸承

3、的研制成功，繼之是機械零件的發(fā)展，發(fā)揮了粉末冶金少、無切削的特點； 促進新材料、新工藝發(fā)展。 4. 應用二、粉末的性能與制取方法1. 粉末的性能要求 形狀有不規(guī)則狀、片狀、多面體狀、樹枝狀、球狀和纖維狀等。不規(guī)則狀和樹枝狀顆粒粉末因比表面大，所以成形性好，有利于燒結，但流動性差；球狀顆粒粉末流動性好、填充空隙小，利于燒結，但成形性差；片狀、顆粒粉末成形性和燒結性均差，不適于制造粉末冶金零件。 粒度粉末顆粒的大小通常用平均直徑來表示。顆粒平均直徑大于44m的粉末稱為粗粉；1044m之間的稱為細粉，小于10m的稱為超細粉。粉末顆粒越細小，顆粒間空隙越小，壓坯的強度越高，也就越容易燒結。 流動性流動

4、性是粉末一個重要的工藝性能，是指粉末流經(jīng)傾斜面的速度。速度越大，粉末的流動性越好。 壓縮性與成形性 壓縮性是指粉末在一定壓力下被壓緊的能力，以壓坯密度來表示，在相同單位壓力下，密度越高，壓縮性越好；成形性是指粉末材料壓制成形后，壓坯保持既定形狀的能力，通常以壓坯強度的高低衡量。2. 粉末的制取方法 還原法 霧化法 電解沉積法 機械粉碎法三、粉末的混合通常，相同化學組成而粒度不同的粉末的混合叫合批，兩種或兩種以上不同化學組成的粉末混合均勻的過程叫混合。粉末混合的目的是使性能不同的組元形成均勻的混合物，以利于壓制和燒結時粉末成分與狀態(tài)均勻一致。 四、壓制成形 P181圖8-1五、燒結如果燒結是在低

5、于壓坯組分的最低熔點溫度下進行的，則稱為固相燒結。固相燒結主要是通過粉末顆粒之間的擴散作用使壓坯收縮并得到強化的。如果燒結是在高熔點組分與低熔點組分之間的溫度下進行，則稱為液相燒結。液相燒結是通過熔接、化合等方式，使熔化組分包在高熔點固體組分顆粒周圍使壓坯收縮并強化的。液相燒結可以獲得較固相燒結更高強度和密度的燒結體。鎢、鈷類硬質(zhì)合金就是通過這種燒結成形的。六、精整 校形與精壓 浸漬 將充滿孔隙的燒結體浸入油中，抽真空或加熱，使?jié)櫥统錆M燒結體空隙，從而改善燒結制品的自潤化性能，并利于防銹。 熱處理 第二節(jié) 特種陶瓷成形方法一、特種陶瓷陶瓷分為普通陶瓷和特種陶瓷兩大類，特種陶瓷是以人工化合物為

6、原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。它主要用于高溫環(huán)境、機械、電子、宇航、醫(yī)學工程等方面，成為近代尖端科學技術的重要組成部分。二、注漿成形根據(jù)所需陶瓷的組成進行配料計算,選擇適當?shù)姆椒ㄖ苽涮沾煞垠w進行混合、塑化、造粒等，才能應用于成形。注漿成形適用于制造大型的、形狀復雜的、薄壁的陶瓷產(chǎn)品，對料漿性能的要求： 流動性好、粘度小。利于料漿充型。 穩(wěn)定性好。料漿能長時間保持穩(wěn)定，不易沉淀和分層。 含水量和含氣量盡可能小等。注漿方法有空心注漿和實心注漿，為提高注漿速度和坯體質(zhì)量，可采用壓力注漿、離心注漿和真空注漿等新方法。二、熱壓鑄成形熱壓鑄成形也是注漿成形的一種，但不同之處

7、在于，它是利用坯料中混入石蠟，利用石蠟的熱流特性，使用金屬模具在壓力下進行成形、冷凝后而獲得坯體的方法。熱壓鑄成形的工作原理如下： 先將定量石蠟熔化為蠟液與烘干的陶瓷粉混合，凝固后制成蠟板。 再將蠟板置于熱壓鑄機筒內(nèi)，加熱熔化成漿料，通過吸鑄口壓入模腔，保壓、去壓、冷卻成形，然后脫模取出坯體。熱壓鑄形成的坯體在燒結之前須經(jīng)排蠟處理。該工藝適合形狀復雜、精度要求高的中小型產(chǎn)品的生產(chǎn)，設備簡單，操作方便，勞動強度小，生產(chǎn)效率高。在特種陶瓷生產(chǎn)中被經(jīng)常采用。但該工藝工序比較復雜、耗能大、工期長，對于薄壁的大而長的制品，由于不易充滿模具型腔而不太適宜。三、可塑法成形1. 擠壓成形將真空煉制的泥料放入擠

8、制機內(nèi)，通過擠制機一端對泥料施加壓力，另一端按機嘴形狀（即成型模具）能擠出各種形狀的坯體。待坯體晾干后，切割成所需長度的制品。擠壓法污染小，易于實現(xiàn)自動化，可連續(xù)生產(chǎn)，效率高。但擠嘴結構復雜，加工精度要求高。2. 軋模成形將準備好的坯料伴以一定量的有機粘結劑置于兩輥之間進行輥軋，然后將軋好的坯片經(jīng)沖切工序制成所需的坯件。軋輥成形時，坯料只是在厚度和前進方向上受到碾壓，寬度方向受力較小，因此坯料和粘結劑會出現(xiàn)定向排列。干燥燒結時，橫向收縮大易出現(xiàn)變形和開裂，坯體性能出現(xiàn)各向異性。另外對厚度小于0.08mm的超薄片，軋模成形是難以軋制的，質(zhì)量也不易控制。除以上三種成形方法之外，還有模壓成形、等靜壓

9、成形等方法，當配方、混合、成形等工序完成后，還必須進行燒結才能使材料獲得預期的顯微結構，賦予材料各種性能。第三節(jié) 復合材料成形工藝復合材料，是指有兩種或多種成分不同，性質(zhì)不同，有時形狀也不同的相容性材料以物理方式合理的進行復合而制成的一種材料。一、聚合物基復合材料成形工藝1. 熱壓罐成形工藝 P184表8-2熱壓罐成形工藝是將復合材料毛坯、蜂窩夾心結構或膠接結構用真空袋密封在模具上，置于熱壓罐中在真空（或非真空）狀態(tài)下，經(jīng)過升溫-加壓-保溫（中溫或高溫）-降溫和卸壓過程，使其成為所需要的形狀和質(zhì)量狀態(tài)的成形工藝方法。熱壓罐成形工藝是目前廣泛應用的先進復合材料結構、蜂窩夾心結構及金屬或膠接結構的

10、主要成形方法之一。制造的構件可用于航空航天領域的主承力、次承力結構。熱壓罐的成形工藝主要適用于熱固性復合材料、蜂窩夾心結構及膠接結構的成形，國外應用該工藝制造的復合材料構件在飛機上的應用較多。熱壓罐成形工藝的整體成形型方法有共固化成形、二次膠接成形、共固化膠接成形。2. 模壓成形模壓成形是將一定量的預混料或預浸料加入金屬對模中加熱加壓固化成形的方法。根據(jù)模壓料中基體樹脂與增強材料的浸漬方式不同，模壓成形工藝可分為兩類：若基體樹脂和增強材料幾乎同時加入模腔，則稱為濕法成形工藝；若基體樹脂在成形前就已與增強材料充分混合浸漬，制備成模壓料且在成形時直接加入到模腔內(nèi)，則屬于半干法或干法成形工藝。模壓成

11、形的優(yōu)點：生產(chǎn)效率高，尺寸精度高，表面光潔，適用于批量生產(chǎn)結構復雜件。模壓成形的不足之處在于模具制造復雜、投資大，零件尺寸又受壓機限制。隨著金屬加工技術、壓機制造水平及合成樹脂工藝性能的改進和發(fā)展，壓機噸位和臺面尺寸不斷增大，模壓成形制品的尺寸向大型化發(fā)展，目前已能生產(chǎn)大型汽車部件、飛機機翼組、整體衛(wèi)浴間組件等。3. 層壓和卷管成形層壓成形是將預浸膠布按照產(chǎn)品形狀和尺寸進行剪裁、疊加、放入上下金屬模具之間加溫加壓成形復合材料制品的生產(chǎn)工藝。主要用于生產(chǎn)復合材料板材，具有機械化自動化程度高，但一次投資較大，適宜批量生產(chǎn)的板材。層壓成形的工藝過程大致包括：預浸膠布制備、膠布剪裁疊合、熱壓、冷卻、脫

12、模、加工、后處理等工序。卷管成形工藝是用預浸膠布在卷管機上熱卷成形的復合材料制品的成形方法，其原理是借助于卷管機上的熱輥，將膠布軟化，使膠布上的樹脂熔融，將膠布連續(xù)卷到芯管上直到要求的厚度，經(jīng)冷輥冷卻定型，取下后在固化爐中固化，脫芯即得復合材料管材。4. 連續(xù)成形復合材料制品的連續(xù)成形，是指從投入原材料開始，經(jīng)過浸膠、成形、固化、脫模、切斷等工序，直到獲得成品的整個過程都是在連續(xù)不斷進行?？煞譃檫B續(xù)拉擠成形、連續(xù)纏繞成形和連續(xù)制板成形三種。連續(xù)纏繞成形主要用于生產(chǎn)不同直經(jīng)的玻璃鋼管和罐身。拉擠成形工藝主要用于生產(chǎn)各種型材，包括空腹型及異形斷面型材。連續(xù)制板成形主要用于生產(chǎn)各種規(guī)格的平板、波紋板

13、和夾層結構板等。連續(xù)成形的特點是生產(chǎn)過程自動化程度高、效率高，生產(chǎn)過程不間斷、質(zhì)量穩(wěn)定、成品率高。二、金屬基復合材料的成形工藝1. 纖維增強金屬基復合材料的成形纖維增強金屬基復合材料的制法分固態(tài)和液態(tài)兩大類，要制取纖維與金屬基的粘接性良好、無纖維損傷及無孔隙的致密制品，可采用固態(tài)和液態(tài)的復合加工方法得到，為達到最終的成形階段，須采用各種物理、化學及機械方法預先制作預浸帶、預浸絲或預浸纖維成形體等。 熔融浸透法 預成形體加壓鑄造法2. 顆粒增強金屬基復合材料的成形 液態(tài)攪拌鑄造成形法 P186圖8-2 半固態(tài)復合鑄造法 噴射復合鑄造法 P187圖8-3 石墨/鋁復合材料的離心鑄造三、陶瓷基復合材

14、料的成形工藝1. 傳統(tǒng)的漿料浸漬工藝2. 短纖維增強陶瓷的纖維定向排列成形 P188圖8-43. 熔體浸滲法 P188圖8-5第四節(jié) 塑料成形塑料成形工藝分類： P190表8-3固態(tài)成形熱成形、冷成形、吹塑；液態(tài)成形射塑、鑄塑；粉末成形擠壓、壓塑、旋轉(zhuǎn)模塑。一、固態(tài)成形工藝固態(tài)成形工藝中使用的材料是塑料薄膜、塑料板或預制坯件。1. 熱成形熱成形是指通過加熱、加壓（或抽真空）作用使熱塑性塑料薄膜或板料成形的方法。這種成形工藝對模具材料的強度要求并不高，通?？捎描T鋁粉做填充物的環(huán)氧樹脂制造，也可以由木材、金屬、石膏和塑料制成。熱成形方法不能加工帶孔零件，只適用于制造護罩、外殼、儀表盤及包裝品等。2

15、. 吹塑將塑料管加熱后放入冷的組合模具中，向管內(nèi)充氣加壓，使管膨脹成為模具內(nèi)腔形狀。使用壓縮空氣的壓力通常為0.350.7KPa。模具用鋁合金制成。主要用于飲料桶、瓶、食品容器、藥品容器、玩具等用品的制造。3. 冷成形適用于冷成形的塑料多為聚丙烯、聚碳酸脂、ABS樹脂、聚氯乙烯等。通常采用的冷成形工藝與金屬的冷變形工藝類似，有軋制、拉延、擠壓、模壓等。在機械制造工業(yè)中，塑料的冷成形工藝使用較少。二、液態(tài)成形工藝1. 鑄塑與金屬鑄造成形相似，塑料可以通過澆鑄成形。鑄塑成形使用的材料多為尼龍、丙烯酸系樹脂類熱塑性塑料與環(huán)氧樹脂、聚氨酯等熱固性塑料。鑄塑是將熔融樹脂注入剛性或柔性模具型腔，并加入適量

16、的固化劑，在常壓、常溫或適當加熱條件下固化成形。澆鑄成形的投資少，設備簡單，成形構件的重量基本上不受限制。但這種工藝的生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品形狀和質(zhì)量受一定限制。2. 射塑液態(tài)射塑成形一般先將塑料加熱熔融，然后將熔融的塑料經(jīng)由注射機噴嘴注射入模具型腔中，冷卻后，打開模具即可得到所需的制品。注射壓力一般為50-200Mpa。射塑成形工藝主要適用于熱塑性塑料，近幾年來，熱固性塑料的使用也越來越多。應用這種塑料成形工藝有玩具、罐頭盒、包裝箱、泵、齒輪、儀表殼等得成形。三、粉末成形工藝以顆?；蚍勰钏芰蠟樵系某尚喂に嚪Q為粉末成形工藝。1. 擠壓擠壓是熱塑性塑料的基本成形方法之一。它是把顆粒狀或粉末狀的原材

17、料從料斗送入擠壓筒中，靠螺旋送料器或擠壓活塞擠壓原料，通過凹模洞口或間隙成形。擠壓過程需用的熱量既可利用材料內(nèi)部的摩擦熱量，也可以由擠壓筒壁中的加熱器提供，加熱溫度為1353700C。擠壓成形后，通過空冷、水冷、或噴水冷卻固化成形。擠壓成形工藝流程連續(xù)、生產(chǎn)率高，可用于生產(chǎn)各種塑料棒材、管材及其它型材、塑料包皮導線及電纜線等生產(chǎn)。2. 塑壓 塑壓又稱為成形模壓，其過程與金屬模鍛相似。將定量的粉末或預成形坯件直接放入加熱的模具型腔中，將另半模在一定壓力下壓下保持一定時間，使之成形。典型的壓塑制品有：手柄、按鈕、連接件、護罩、儀表殼等。3. 旋轉(zhuǎn)模塑 這種成形工藝多用于制造桶、罐、艇殼、垃圾箱及各種容器制品。四、成形的塑料制品的加工處理成形的塑料制品大多可直接使用，但有些制品還需進一步的加工處理才能使用。1. 機械加工塑料的機械加工和金屬的切削加工大致相同，可根據(jù)不同的表面要求選擇車、銑、刨、磨、鉆、鏜、攻絲等加工方法。