材料成形技術(shù)基礎(chǔ)課件

緒論1.1材料成形技術(shù)過(guò)程形態(tài)學(xué)模型簡(jiǎn)介1〕產(chǎn)品——產(chǎn)品技術(shù)――“做什么”――設(shè)計(jì)過(guò)程――過(guò)程技術(shù)――“怎么做”――工藝2〕成形過(guò)程可概括地定義為加工工件材料性能的變化，包括幾何形狀、硬度、狀態(tài)、信息〔形狀數(shù)據(jù)〕等的變化。任何一種機(jī)械產(chǎn)品產(chǎn)生性能變化都是材料、能量、信息三個(gè)根本要素方面的變化。本書主要討論材料的加工過(guò)程以及加工過(guò)程中材料的性能變化和幾何形狀的改變，或兩者兼有之。材料過(guò)程分為：貫穿過(guò)程――質(zhì)量不變過(guò)程；發(fā)散過(guò)程――質(zhì)量減少過(guò)程；收斂過(guò)程――質(zhì)量增加過(guò)程；能量過(guò)程分為：模具系統(tǒng)〔或工具系統(tǒng)〕――描述能量是如何加于加工工件材料〔或傳遞能量與傳遞信息〕的傳遞媒體設(shè)備系統(tǒng)――描述設(shè)備提供的能量特點(diǎn)和所用能量的種類信息過(guò)程分為：形狀信息過(guò)程――最終形狀信息可看成為加工工件材料初始形狀信息與制造過(guò)程中所施加的形狀變化信息之和性能信息過(guò)程〔如強(qiáng)度、硬度〕――是材料初始性能信息過(guò)程和通過(guò)各種過(guò)程材料產(chǎn)生的性能變化之和1.2現(xiàn)代制造過(guò)程分類1〕質(zhì)量不變過(guò)程加工材料在過(guò)程初始時(shí)的質(zhì)量等于或近似等于加工材料在過(guò)程結(jié)束時(shí)的最后質(zhì)量，也就是說(shuō)材料在一定的受控條件下改變了幾何形狀。質(zhì)量不變過(guò)程大體可分為三個(gè)典型階段：第一階段，如加熱、熔化等，它是由一些使加工件材料形狀或性能發(fā)生初步變化而處于適當(dāng)狀態(tài)的根本過(guò)程組成；第二階段，由一些產(chǎn)生要求加工工件形狀或性能變化的根本過(guò)程組成，如鑄造、鍛壓等；第三階段，由一些使加工件處于指定最終狀態(tài)的根本過(guò)程組成，如凝固等。其中第二階段的根本過(guò)程是主要根本過(guò)程。質(zhì)量不變過(guò)程主要包含：凝固成形、塑性成形、粉末壓制等。2〕質(zhì)量減少過(guò)程質(zhì)量減少過(guò)程的特點(diǎn)是零件最終的幾何形狀局限在材料的初始幾何形狀內(nèi)。也就是說(shuō)，形狀改變是通過(guò)去除一局部材料形成的。質(zhì)量減少過(guò)程主要包含：切削加工、電火花加工、等離子弧切割、火焰切割，電解加工等。3〕質(zhì)量增加過(guò)程質(zhì)量增加過(guò)程的特征是加工材料在過(guò)程開(kāi)始時(shí)的質(zhì)量比過(guò)程結(jié)束時(shí)的最終質(zhì)量有所增加。裝配與連接本身不是信息傳遞過(guò)程，在某種程度上可以把焊接、粘接過(guò)程歸并為質(zhì)量增加過(guò)程，也可以把緊固件固緊的緊固方法歸并為質(zhì)量增加過(guò)程。第二章液態(tài)材料鑄造成形技術(shù)過(guò)程金屬液態(tài)成形〔鑄造〕：將液態(tài)金屬在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷卻后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件的方法。液態(tài)成形的優(yōu)點(diǎn)：〔1〕適應(yīng)性廣，工藝靈活性大〔材料、大小、形狀幾乎不受限制〕〔2〕最適合形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)架、閥體、泵體、缸體等〔3〕本錢較低〔鑄件與最終零件的形狀相似、尺寸相近〕主要問(wèn)題：組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能，特別是沖擊性能較低。分類：鑄造從造型方法來(lái)分，可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。第一節(jié)金屬及合金的鑄造成形技術(shù)過(guò)程特征及理論根底一、熔融合金的流動(dòng)性及充型液態(tài)合金充滿型腔是獲得形狀完整、輪廓清晰合格鑄件的保證，鑄件的很多缺陷都是在此階段形成的?！惨弧橙廴诤辖鸬牧鲃?dòng)性1.流動(dòng)性液態(tài)合金充滿型腔，形成輪廓清晰、形狀和尺寸符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件的能力，稱為液態(tài)合金的流動(dòng)性。流動(dòng)性差：鑄件易產(chǎn)生澆不到、冷隔、氣孔和夾雜等缺陷。流動(dòng)性好：易于充滿型腔，有利于氣體和非金屬夾雜物上浮和對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。螺旋形流動(dòng)性試樣衡量合金流動(dòng)性,在常用鑄造合金中，灰鑄鐵、硅黃銅的流動(dòng)性最好，鑄鋼的流動(dòng)性最差。2.影響合金流動(dòng)性的因素〔1〕化學(xué)成份純金屬和共晶成分的合金，由于是在恒溫下進(jìn)行結(jié)晶，液態(tài)合金從表層逐漸向中心凝固，固液界面比擬光滑，對(duì)液態(tài)合金的流動(dòng)阻力較小，同時(shí)，共晶成分合金的凝固溫度最低，可獲得較大的過(guò)熱度，推遲了合金的凝固，故流動(dòng)性最好；其它成分的合金是在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的，由于初生樹(shù)枝狀晶體與液體金屬兩相共存，粗糙的固液界面使合金的流動(dòng)阻力加大，合金的流動(dòng)性大大下降，合金的結(jié)晶溫度區(qū)間越寬，流動(dòng)性越差?！?〕鑄型及澆注條件鑄型的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、導(dǎo)熱性越好，合金的流動(dòng)性就越差。提高合金的澆注溫度和澆注速度，以及增大靜壓頭的高度會(huì)使合金的流動(dòng)性增加。澆注溫度：鑄鋼1520~1620℃；鑄鐵1230~1450℃；鋁合金680~〔二〕影響熔融合金充型的條件鑄型的溫度低、熱容量大，充型能力下降；鑄型的發(fā)氣量大、排氣能力較低時(shí)，會(huì)使合金的充型能力下降；澆注系統(tǒng)和鑄件的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，合金在充型時(shí)的阻力越大，充型能力下降；提高澆注速度、澆注溫度和增加直澆道的高度會(huì)使合金的充型能力提高。二、液態(tài)合金的收縮〔一〕收縮的概念液態(tài)合金在凝固和冷卻過(guò)程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為合金的收縮。收縮能使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋、變形和內(nèi)應(yīng)力等缺陷。合金的收縮經(jīng)歷如下三個(gè)階段〔1〕液態(tài)收縮〔2〕凝固收縮〔3〕固態(tài)收縮合金的收縮率為上述三個(gè)階段收縮率的總和。體收縮率：因?yàn)楹辖鸬囊簯B(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的縮減，故常用單位體積收縮量來(lái)表示。線收縮率：合金的固態(tài)收縮不僅引起體積上的縮減，同時(shí)還使鑄件在尺寸上減小，因此常用單位長(zhǎng)度上的收縮量來(lái)表示?！捕宠T件的縮孔和縮松1．縮孔和縮松的形成假設(shè)液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的體積得不到補(bǔ)足，那么在鑄件的最后凝固部位會(huì)形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可將其分為縮孔和縮松兩類?？s孔：集中在鑄件上部或最后凝固部位、容積較大的孔洞?？s孔多呈倒圓錐形，內(nèi)外表粗糙?？s松：分散在鑄件某些區(qū)域內(nèi)的細(xì)小縮孔。2．縮孔和縮松的防止防止縮孔：使鑄件實(shí)現(xiàn)“定向凝固”。定向凝固：在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位，通過(guò)安放冒口等工藝措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部位最先凝固，此后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。〔三〕鑄造應(yīng)力鑄造內(nèi)應(yīng)力有熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力兩類，它們是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的根本原因。1．熱應(yīng)力的形成由于鑄件各局部冷卻速度不同，以致在同一時(shí)期鑄件各局部收縮不一致而引起。2．機(jī)械應(yīng)力的形成機(jī)械應(yīng)力是合金的線收縮受到鑄型或型芯的機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力3.鑄造應(yīng)力對(duì)鑄件品質(zhì)的影響易使鑄件產(chǎn)生變形及裂紋4．減小應(yīng)力的措施在鑄造工藝上采取“同時(shí)凝固原那么”，盡量減小鑄件各部位間的溫度差，使鑄件各部位同時(shí)冷卻凝固。三、鑄件的化學(xué)成分偏析偏析大體可以分為兩大類，微觀偏析和宏觀偏析。微觀偏析指微小范圍內(nèi)的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象,一般在一個(gè)晶粒尺寸范圍左右,包括晶內(nèi)偏析和晶界偏析.宏觀偏析也稱區(qū)域偏析,其成分不均勻現(xiàn)象在較大的尺寸范圍內(nèi),主要包括正偏析和逆偏析.第二節(jié)鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀特征鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：保證其工作性能和力學(xué)性能要求、考慮鑄造工藝和合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其本錢有很大的影響。一)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原那么1)必須針對(duì)不同的鑄造合金的性能,鑄造方法,產(chǎn)品多少和生產(chǎn)條件,綜合考慮合理結(jié)構(gòu);2)鑄件壁厚的變化對(duì)金屬的力學(xué)性能均有影響.3)鑄件的最小壁厚必須結(jié)合零件的復(fù)雜程度,尺寸大小,材料以及制造技術(shù)來(lái)確定;4)簡(jiǎn)化模型設(shè)計(jì);5)易于造型及合理確定分型面,盡量減少采用型心,便于落沙清理;6)考慮澆注的特點(diǎn)7)充分考慮材料的不同特性二)鑄件的結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)合理的鑄件結(jié)構(gòu)要素可以消除許多鑄造缺陷.為保證獲得符合品質(zhì)的鑄件,對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)要素的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下方面:1)鑄件的最小壁厚在一定鑄造條件下,鑄造合金液能充滿鑄型的最小厚度稱為該鑄造合金的最小壁厚2)鑄件的臨界壁厚如果鑄件的壁厚超過(guò)臨界壁厚,鑄件的承載能力并不按比例地隨著鑄件厚度的增加而增加,而是顯著的下降.3)鑄件的內(nèi)壁厚度設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使鑄件內(nèi)壁壁厚小于外壁厚度.4)鑄件壁的過(guò)渡和連接5)肋6)鑄造斜度非加工面上的鑄件壁的內(nèi)外兩側(cè),沿起模方向設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男倍?即結(jié)構(gòu)斜度.7)凸臺(tái)三)適宜鑄造技術(shù)的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀特征鑄件結(jié)構(gòu)和幾何形狀特征不僅應(yīng)有利于保證鑄件品質(zhì)，而且應(yīng)考慮模型制造、造型、制芯、合型和清理等操作方便，以利簡(jiǎn)化液態(tài)鑄造成形技術(shù)過(guò)程，穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)，提高生產(chǎn)串和降低本錢。因此，在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)汁中應(yīng)強(qiáng)調(diào)：1)簡(jiǎn)化或減少分型面的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀特征2)減少型芯總數(shù)量的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀特征鑄件的內(nèi)腔一般用型芯形成，這就增加制芯工時(shí)和技術(shù)裝備，而且使鑄型裝配復(fù)雜化和增加鑄件的清理工作量。因此，設(shè)汁的鑄件應(yīng)盡量不用或少用型芯3)方便起棋的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀特征合理地設(shè)計(jì)凸臺(tái)、肋等．可以方便起模和減少鑄型的損壞。因此，設(shè)計(jì)出來(lái)的鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)方便起模4)合利于型芯的固定和排氣的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀特征為了保證鑄件的尺寸精度．防止偏芯和氣孔等鑄造缺陷，鑄件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于型芯的固定和排氣，盡量防止懸臂型芯、吊芯及使用芯撐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。5)防止變形和裂紋的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀特征由于鑄造成形過(guò)程中鑄造應(yīng)力的作用，某些鑄件因結(jié)構(gòu)不合理而易發(fā)生變形和裂紋。所以，在設(shè)計(jì)榜件時(shí)，應(yīng)盡且采用不易產(chǎn)生變形和裂紋的結(jié)構(gòu)6)有利于防止夾渣、氣孔產(chǎn)生的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀特征對(duì)于殼體鑄件的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用不易產(chǎn)生夾渣、氣孔的結(jié)構(gòu)7)有利于鑄件清理的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何特征鑄件的清理工作包括清砂、切割澆冒口、去除飛邊毛刺、打磨修正等。這局部的工作量大、勞動(dòng)條件差。因此，鑄件輪廓的設(shè)計(jì)采用有利于清砂、有利于切割冒口和減少設(shè)置冒口的結(jié)構(gòu)四)適宜鑄造合金性能的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀特征為保證和提高鑄件的品質(zhì)，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及幾何形狀除滿足結(jié)構(gòu)要素和鑄造技術(shù)要求外，還必須滿足鑄造合金的材質(zhì)特點(diǎn)以及凝固特點(diǎn)等來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三節(jié)金屬的熔煉熔煉是液態(tài)金屬鑄造成形技術(shù)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，與鑄件的品質(zhì)、生產(chǎn)本錢、產(chǎn)量、能源消耗以及環(huán)境保護(hù)等密切相關(guān)。在熔煉這一環(huán)節(jié)中，多種固態(tài)金屑妒料(廢鋼、生鐵、回爐料、鐵合金．有色金同等)按比例搭配裝入相應(yīng)的熔妒中加熱熔化，通過(guò)一系列冶金反響，轉(zhuǎn)變成具有一定化學(xué)成分和溫度的符合鑄造成形要求的液態(tài)金屑。根據(jù)所熔煉合金的特點(diǎn)，熔煉大概可分為鑄鐵熔煉、鑄鋼熔煉和有色金屬熔煉。根據(jù)熔妒的特點(diǎn)又可分為沖天妒熔煉、電弧爐熔煉、感應(yīng)電爐熔煉和增鍋(電阻、煤氣、天然氣、抽等加熱)熔煉等第四節(jié)澆注與冷凝一)澆注金屬熔化后，液態(tài)金屬通過(guò)澆注系統(tǒng)充填鑄型型腔的過(guò)程稱為澆注過(guò)程。要獲得健全完好、力學(xué)性能符合要求的鑄件是與許多因素有關(guān)的。其中一個(gè)重要的因素是將液態(tài)金屬注入鑄型型腔的方法(即澆注方法)o澆注方法可以用充填或澆注壓力(包括澆注溫度、澆注速度)和澆注系統(tǒng)等因素來(lái)表述。澆注壓力可分為高壓、低壓和重力(常壓)澆注。高壓澆注適用于薄的截面且對(duì)品質(zhì)要求較高的鑄件；同時(shí)，其對(duì)鑄型材料的強(qiáng)度要求也較高。高壓或低壓澆注通常要求使用壽命較長(zhǎng)的永久性金屬鑄型。但有些材料，如石墨也可用于低壓澆注時(shí)的鑄型材料。澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流人鑄型型腔的通道，正是由于依靠撓注系統(tǒng)才能將液態(tài)金局以適當(dāng)?shù)乃俣群蜏囟容斔偷借T型的型腔中去。也可以這樣說(shuō)，撓注系統(tǒng)的主要功能是：將鑄型型腔與澆包連接起來(lái)，并乎穩(wěn)地導(dǎo)人液態(tài)金屬；擋渣及排除鑄型型腔中的空氣及其他氣體；調(diào)節(jié)鑄型與鑄件各局部的溫度分布以控制鑄件的凝固順序；保證液態(tài)金屬在最適宜的時(shí)間范圍內(nèi)充滿鑄型，不使金屬過(guò)度氧化，有足夠的壓力頭，并保證金屬液面在鑄型型腔內(nèi)有必要的上升速度等。它主要由撓口杯、宜澆道、橫澆道和內(nèi)撓道組成.常用的關(guān)于澆注系統(tǒng)的分類方法有兩種：其一是根據(jù)各組元間斷面比例關(guān)系的不同，即限流斷面位置不同，可分為封閉式和開(kāi)放式撓注系統(tǒng)：其二，是按內(nèi)撓道在鑄件上的相對(duì)位置不同，將撓注系統(tǒng)分成頂注式、中間注入式、底注式和階梯注入式等幾種類型。概括起來(lái)，對(duì)澆注過(guò)程的根本要求是：應(yīng)有設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)及適宜的澆注溫度和澆注速度。對(duì)設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)較重要的要求是：應(yīng)盡可能阻止熔渣、氣體、氧化物及非金屬夾雜物吸附或央附進(jìn)入鑄型型腔。應(yīng)盡可能防止鑄型型腔和型芯被沖蝕。應(yīng)盡可能降低澆注溫度。應(yīng)盡可能在正確部位以適宜的速度把金屬液引人鑄型型腔，減少鑄件的縮孔(松)和變形。應(yīng)盡可能減少燒注系統(tǒng)占用的金屬，以到達(dá)節(jié)約液態(tài)金屬的目的。二)金屬的冷凝澆注入鑄型型膠的液態(tài)金屬，隨溫度的降低，將經(jīng)歷由液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，即凝固過(guò)程。凝固是金屬材料一種重要的相變過(guò)程。金屬的凝固包括晶核的形成及晶體的長(zhǎng)大兩過(guò)程。熔液體積收縮是導(dǎo)致鑄件在最后凝固局部產(chǎn)生縮孔、縮松的根本原因，而固態(tài)收縮是鑄件變形、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和裂紋的主要原因。對(duì)于灰鑄鐵，因石墨化膨脹較大．從而使其體積收縮減小，因而很少出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷。對(duì)于體積收縮較大的鑄造鐵—碳合金，如鑄鋼、球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵及前述鑄造非鐵合金鑄件，縮孔、縮松缺陷經(jīng)常發(fā)生。鑄型中能儲(chǔ)存一定金屬液(同鑄件相連接在一起的液態(tài)金屬熔池)補(bǔ)償鑄件收縮，以防止產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷的專門技術(shù)“空腔“，被稱為冒口。冒口的主要作用是“補(bǔ)縮鑄件”。此外還有集渣和通、排氣作用。要到達(dá)補(bǔ)縮的目的，減少縮孔、縮松等缺陷對(duì)鑄件性能特別是力學(xué)性能的影響，冒口必須滿足以下最根本條件，否那么不可能起到補(bǔ)縮作用”。凝固時(shí)間應(yīng)大于或等于鑄件(或鑄件上被補(bǔ)縮局部)的凝固時(shí)間。有足夠的金屬被補(bǔ)充鑄件(或鑄件上被補(bǔ)縮局部)的收縮。與鑄件上被補(bǔ)縮部位之間必須存在補(bǔ)縮通道。應(yīng)指出的是：在設(shè)計(jì)冒口時(shí)，應(yīng)保證鑄件品質(zhì)，注意節(jié)約金屬液、提高補(bǔ)縮效率。冷鐵是用來(lái)控制鑄件凝固最常見(jiàn)的一種激冷物。第五節(jié)鑄造成形技術(shù)過(guò)程1)砂型鑄造以型(芯)砂為主要造型材料制各鑄型的鑄造技術(shù)方法叫砂型鑄造。常用的砂型有濕型、干型、外表干型和各種化學(xué)硬化砂型(自硬砂型).在砂型鑄造中，造型、制芯技術(shù)是最根本的工序，選擇適宜的造型、制芯方法和正確地進(jìn)行造型、制芯技術(shù)操作對(duì)提高鑄件品質(zhì)、降低生產(chǎn)本錢，提高生產(chǎn)率都有十分重要的意義。按照緊實(shí)型砂和起模方法的不同可分為手工造型(芯)和機(jī)器造型(芯)兩大類。砂型鑄造的特點(diǎn)是：適應(yīng)性廣，技術(shù)靈活性大，不受零件的形狀、大小、復(fù)雜程度及金屬合金種類的限制。生產(chǎn)準(zhǔn)備較簡(jiǎn)單。但生產(chǎn)的鑄件其尺寸精度較差及外表粗糙度高；鑄件的內(nèi)部品質(zhì)也較低；在生產(chǎn)一些特殊零件(如管件、薄壁件)時(shí)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低。2)特種鑄造在砂型鑄造的根底上，通過(guò)改變鑄型的材料、澆注方法、液態(tài)金屬充填鑄型的形式或鑄件凝固條件等因素，又形成了多種鑄造成形過(guò)程有別于砂型鑄造的技術(shù)方法一“特種鑄造”。它包括：镕模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、低壓鑄造等。特種鑄造的技術(shù)特點(diǎn)是：鑄件的尺寸精度較高，外表粗糙度低。在生產(chǎn)一些結(jié)構(gòu)特殊的鑄件時(shí)，具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使鑄造生產(chǎn)到達(dá)不用砂或少用砂的目的，降低了材料消耗，改善了勞動(dòng)條件；使生產(chǎn)過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。但特種鑄造適應(yīng)性差，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大，需要復(fù)雜的技術(shù)裝備。因此，特種鑄造技術(shù)(陶瓷型鑄造除外)一般適用于大批大量生產(chǎn)。固態(tài)材料塑性成形過(guò)程3．1概述金屬固態(tài)塑性成形過(guò)程，簡(jiǎn)稱金屬成形過(guò)程(又叫金屬壓力加工)，它是指在外力作用下，使金屬材料產(chǎn)生預(yù)期的塑性交形，以獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。金屬成形過(guò)程通過(guò)改變固態(tài)金屬原有的形狀和尺寸而得到所需的形狀和尺寸，因而金屬成形過(guò)程的成形原理屬質(zhì)量不變的“固態(tài)成形”。任何固態(tài)材料本身都具有一定的形狀和大小，固態(tài)成形就是要改變固體原來(lái)的形狀和大小，從而獲得預(yù)期的形狀和尺寸。因此，要實(shí)現(xiàn)金屬材料的固態(tài)成形，必須要有兩個(gè)根本成形條件，即：1)被成形的金屬材料應(yīng)具備一定的塑性；2)要有外力作用于固態(tài)金屬材料上?？梢?jiàn)，金屬的固態(tài)成形受到內(nèi)外兩方面因素的制約，內(nèi)在因素即金屬本身能否進(jìn)行固態(tài)形變和可形變的能力大小，外在因素即需要多大的外力，另外，外界條件(如溫度等)對(duì)內(nèi)外因素有相當(dāng)大的影響，且成形過(guò)程中雨因素相互影響。由上述可知，所有在外力下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的材料，都有可能進(jìn)行質(zhì)量不變的固態(tài)成形。低、中碳鋼及大多數(shù)有色金屈的塑性較好，都可進(jìn)行塑性成形加工，而鑄鐵、鑄鋁臺(tái)金等脆性材料，塑性很差，不能或不宜進(jìn)行塑性成形。工業(yè)中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量不變的金屬固態(tài)成形方式多種多樣，主要的金屬塑性成形方法有；1)軋制2)擠壓3)拉拔4)自由鍛造5)模型鍛造(又叫模鍛)6)板料沖壓按金屬固態(tài)成形時(shí)的溫度，其成形過(guò)程分為兩大類：1)冷變形(又叫冷成形)過(guò)程冷變形是指金屬在進(jìn)行塑性變形時(shí)的溫度低于該金屈的再結(jié)晶溫度。2)熱變形(又叫熱成形)過(guò)程熱變形是指金屑材料在其再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形。3．2金屬塑性成形過(guò)程的理論根底要對(duì)金屬進(jìn)行固態(tài)塑性成形，那么須對(duì)金屬在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)這類過(guò)程的可能性及局限性作出正確的評(píng)價(jià)，以便于掌握和運(yùn)用這類過(guò)程。3．2．1金屬塑性變形的能力金屬塑性變形的能力又稱為金屬的可鍛性，它指金屑材料在塑性成形加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)毛坯或零件的難易程度。金屬的可鍛性好，說(shuō)明該金屬適合于塑性加工成形；可鍛性差，說(shuō)明該金屬不宜于選用塑性成形加工?？慑懶猿Ｓ媒饘俚乃苄灾笜?biāo)(延伸系數(shù)和斷面減縮律)和變形抗力來(lái)綜合衡量，塑性指標(biāo)越高，變形抗力越低，那么可鍛性越好。金屬可鍛性的優(yōu)劣受金屬本身性質(zhì)和變形加工條件的綜合影響。1〕金屬本身的性質(zhì)〔1〕化學(xué)成分的影響、〔2〕內(nèi)部組織的影響2)變形的加工條件〔1〕變形溫度的影響、〔2〕變形速度的影響、〔3〕應(yīng)力狀態(tài)的影響3．2．2金后塑性變形的根本規(guī)律(1)體積不立定律金屬固態(tài)成形加工中金屬變形后的體積等于變形前的體積．稱為體積不變定理(又叫質(zhì)量恒定定理)。(2)最小阻力定律金屬在塑性變形過(guò)程中，其質(zhì)點(diǎn)都將沿著阻力最小的方向移動(dòng)，稱為最小阻力定律。3．3鍛造方法金屬塑性成形過(guò)程的選擇和實(shí)施，與材料、成形件的幾何形狀、過(guò)程的實(shí)施條件(壓力、溫度、速度等)有密切關(guān)系。鍛造方法在機(jī)械制造中用來(lái)生產(chǎn)各類高強(qiáng)度、高韌度的毛坯或半成品，它充分利用熱變形的優(yōu)點(diǎn)。常用的鍛造方法有自由鍛、模鍛和胎模鍛造。3．3．1自由鍛造自由鍛造(又稱自由鍛)是利用沖擊力或壓力使金局材料在上下兩個(gè)砧鐵之間或錘頭與砧鐵之間產(chǎn)生變形，從而獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的鍛件的成形過(guò)程。3．3．2模型鍛造模型鍛造包括模鍛和繳鍛，它是將加熱或不加熱的坯料置于鍛模模膛內(nèi)，然后施加沖擊力或壓力使坯料發(fā)生塑性變形而獲得鍛件的鍛造成形過(guò)程。3．3．3胎模鍛造胎模鍛造是在自由鍛造設(shè)備上使用不固定在設(shè)備上的各種稱為胎模的單膛模具，將己加熱的坯料用自由銀方法預(yù)鍛成接近鍛件形狀，然后用胎模終鍛成形的鍛造方法。它廣泛應(yīng)用于中、小批量的中、小型鍛件的生產(chǎn)。與自由鍛相比，胎模銀具有鍛件品質(zhì)較好(外表光潔、尺寸較精確、纖維分布合理)、生產(chǎn)率高和節(jié)約金屬等優(yōu)點(diǎn)。與固定鍛模的校鍛相比，胎模鍛具有操作比擬靈活、胎模模具簡(jiǎn)單、容易制造加工、本錢低、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短等優(yōu)點(diǎn)。它的主要缺點(diǎn)有：胎模鍛件比模鍛件外表品質(zhì)較差、精度較低、所留的機(jī)加工余量大、操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)串和胎模壽命較低等。3．4扳料成形方法板料成形(又叫板料沖壓)是利用壓力裝置和模具使板材產(chǎn)生別離或塑性交形，從而獲得成形件或制品的成形方法。金屬板料的厚度一般都在6M以下，且通常是在常溫下進(jìn)行，故板料成形又常稱為冷成形(冷沖壓)o只有當(dāng)板料厚度超過(guò)8M時(shí)，才采用熱成形。目前，幾乎所有制造金屬制品的工業(yè)部門中，都廣泛地采用板料成形，特別是在汽車、自行車、航空、電器、儀表、國(guó)防、日用器皿、辦公用品等工業(yè)中，板料成形占有重要位置。由于板料成形模具較復(fù)雜，設(shè)計(jì)和制作費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，故只有在大批量生產(chǎn)的情況下，才能顯示其優(yōu)越性。板料成形用的原材料，特別是制造杯狀和鉤環(huán)狀等零件的原材料，須具有足夠好的塑性。常用的金屬材料有低碳鋼、高塑性合金鋼、鋼、鋁、鎂合金等，非金屬材料如石棉扳、硬橡皮、絕緣紙等也廣泛采用板料成形。冷成形(冷沖壓)過(guò)程的一般流程為；3．4．1板料別離過(guò)程別離過(guò)程是使坯料一局部相對(duì)于另一局部產(chǎn)生別離而得到工件或者料坯。如落料、沖孔、切斷、修整等。(1)落料與沖孔落料和沖孔又統(tǒng)稱為沖裁。落料和沖孔是值坯料按封閉輪廓?jiǎng)e離。這兩個(gè)過(guò)程中坯料變形過(guò)程和模具結(jié)構(gòu)相同，只是用途不同。落料是被別離的局部為所需要的工件，而留下的周邊局部是廢料；沖孔那么相反。為能順利地完成沖裁過(guò)程，要求凸模和凹模都應(yīng)有鋒利的刃口，且凸模與凹模之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙Z沖裁件品質(zhì)、沖裁模結(jié)構(gòu)與沖裁時(shí)扳料的塑性變形有關(guān)。凸凹模間院(Z)凸凹模間隙不僅影陶沖裁件斷面品質(zhì)，且影響模具壽命、卸料力、沖裁力、沖裁件尺寸精度等。間隙過(guò)小，凸模刃口附近的剪裂紋較正常間隙時(shí)向外錯(cuò)開(kāi)，上下裂紋不能很好重合，導(dǎo)致毛刺增大。間隙過(guò)大，凸模刃口附近的剪裂紋較正常間隙時(shí)向內(nèi)錯(cuò)開(kāi)，因此光亮帶小一些，剪裂帶和毛刺均較大。凸、凹模刃口尺寸確定設(shè)計(jì)落料時(shí)，凹模刃口尺寸即為落料件尺寸，然后用縮小凸模刃口尺寸來(lái)保證間隙值。設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸模刃口尺寸為孔的尺寸，然后用擴(kuò)大凹模刃口尺寸來(lái)保證間隙值。沖裁力的計(jì)算沖裁力是選用設(shè)備噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的一個(gè)重要依據(jù)。計(jì)算準(zhǔn)確，有利于發(fā)揮設(shè)備的潛力。計(jì)算不準(zhǔn)確，那么有可能使設(shè)備超載而損壞，嚴(yán)重時(shí)造成事故。(2)切斷切斷是指用剪刃或沖模特板料或其他型材沿不封閉輪廓進(jìn)行別離的工序。切斷用以制取形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的乎板類工件或下料。(3)修整如果零件的精度和外表蛆糙要求較高，那么需用修整工序?qū)_裁后的孔或藩科件的周邊進(jìn)行修整，以切掉普通沖裁時(shí)在沖裁件斷面上存留的剪型帶和毛刺，以提高沖裁件的尺寸精度和降低外表組糙度。3．4．2板料成形過(guò)程成形過(guò)程是使坯料發(fā)生塑性交形而成一定形狀和尺寸的工件。主要有拉深、彎曲、翻邊、成形等。(1)拉深拉深是將平板板料放在凹模上，沖頭推壓金屬料通過(guò)凹模形成杯形工件的過(guò)程?！?〕彎曲和卷邊彎曲是用模具把金屬坯料彎折成所需形狀的過(guò)程。卷邊也是彎曲的一種。板材經(jīng)卷邊成形可做成鉸接耳，起加固和增強(qiáng)作用且美觀(3)翻邊翻邊是在帶孔的坯料上獲得凸繞的過(guò)程(4)成形、收口。成形是利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的過(guò)程。(5)滾彎(含卷板)滾彎是板料(工件)送入可調(diào)上輥與兩個(gè)固定下輥間，根據(jù)上下輥的相對(duì)位置不同，對(duì)板施以連續(xù)的塑性彎曲成形。3．4．3沖模的分類及構(gòu)造沖模是板料成形(沖壓)生產(chǎn)中必不可少的模具。沖模結(jié)構(gòu)是否合理對(duì)沖壓生產(chǎn)的效率和模具壽命等都有很大關(guān)系。沖模按根本構(gòu)造可分為簡(jiǎn)單模、連續(xù)模和復(fù)合模三類。(1)簡(jiǎn)單模簡(jiǎn)單模是指在曲柄壓力機(jī)(又叫沖床)的一次行程中只能完成一個(gè)過(guò)程的沖模。(2)連續(xù)模把兩個(gè)以上沖壓工序安排在一塊模板上，沖壓設(shè)備在一次行程內(nèi)可完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的沖壓工序的沖模。這種沖模提高了生產(chǎn)率。(3)復(fù)合模在沖壓設(shè)備的一次行程中，在模具同一部位同時(shí)完成效道沖壓工序的沖模。3．4．4板料沖壓件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征板料沖壓件通常都是大批量生產(chǎn)的，因此沖壓件的設(shè)計(jì)不僅要保證它的使用性能要求，且還應(yīng)具有良好的沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征。這樣才能易于保證沖壓件品質(zhì)，減少板料的消耗，延長(zhǎng)模具使用壽命，降低本錢及提高生產(chǎn)率等。沖壓件的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1)沖壓件的精度和外表品質(zhì)2)沖壓件的形狀和尺寸3．5其他塑性成形簡(jiǎn)介隨著科技和工業(yè)的不斷開(kāi)展，對(duì)根底生產(chǎn)過(guò)程提出了越來(lái)越高的要求*不僅要求生產(chǎn)的毛坯質(zhì)優(yōu)，生產(chǎn)效宰高、消耗低、無(wú)污染，且要求能生產(chǎn)出切削加工置少的毛坯甚至直接生產(chǎn)出零件。近年來(lái)，在塑性成形加工方面出現(xiàn)了不少新技術(shù)，如零件的擠壓、輥軋成形、超塑性成形、擺動(dòng)輾壓、液態(tài)模鍛等。并且這些技術(shù)還在不斷地開(kāi)展。粉末壓制和常用復(fù)合材料成形過(guò)程粉末壓制成形過(guò)程粉末壓制(這里主要指粉末冶金)是用金屬粉末(或者金屬和非金屬粉末的混合物)做原料壓制成形后燒結(jié)而制造各種類型的零件和產(chǎn)品的方法。粉末壓制的特點(diǎn)：1)能夠生產(chǎn)出其他方法不能或根難制造的制品?？芍迫∠耠y熔、極硬和特殊性能的材料，例如：鎢絲、硬質(zhì)合金、磁性材料、高溫耐熱材料等；又能生產(chǎn)凈形和近似凈形加工的優(yōu)質(zhì)機(jī)械零件，如：多孔含油軸承、精密齒輪、擺線泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子、活塞環(huán)等。2)材料的利用率很高，接近100％。3)雖然用其他方法也可以制造，但用粉末冶金法更為經(jīng)濟(jì)。4)一般說(shuō)來(lái)，金屬粉末的價(jià)格較高，粉末冶金的設(shè)備和棋具投資較大，零件幾何形狀受一定限制，因此粉末冶金適宜于大批量生產(chǎn)的零件。金屬粉末的制取及其特性(1)金屬粉末的制取金屬粉末的生產(chǎn)有多種方法，其中主要有：礦物復(fù)原法，霧化法，機(jī)械粉碎祛等。礦物復(fù)原法制取粉末礦物復(fù)原法是金屬礦石在一定冶金條件下被復(fù)原后，得到一定形狀和大小的金屬料，然后將金屬料經(jīng)粉碎等處理以獲得粉末。2)電解法是采用金屬鹽的水溶液電解析出或熔鹽電解析出金屬顆粒或海綿狀金屬塊，再用機(jī)械法進(jìn)行粉碎。3)霧化法是將熔化的金屬液通過(guò)噴射氣流(空氣或惰性氣體)、水蒸汽或水的機(jī)械力和急冷作用使金屬熔液霧化，而得到金屬粉末。4)機(jī)械破碎法中最常用的是鋼球或硬質(zhì)合金球?qū)饘賶K或粒原料進(jìn)行球磨，適宜于制各一些脆性的金屬粉末，或者經(jīng)過(guò)脆性化處理的金屑粉末(如經(jīng)過(guò)氫化處理變脆的欽粉)。(2)金屬粉末的特性金屬粉末的特性對(duì)粉末的壓制、燒結(jié)過(guò)程、燒結(jié)前強(qiáng)度及最終產(chǎn)品的性能都有重大影響。金屬粉末的根本性能包括：化學(xué)成分、粒徑分布、顆粒形狀和大小以及技術(shù)特征等。1)化學(xué)成分粉末的化學(xué)成分通常指主要金屬或組分、雜質(zhì)及氣體的含量。2)顆粒形狀和劃、顆粒形狀是影響粉末技術(shù)特征(如松裝密度、流動(dòng)性等)的因素之通常，粉粒以球狀或粒狀為好。3)粒度分布指大小不同的粉粒級(jí)別的相對(duì)含量，也叫粒度組成。粉末粒度組成的范圍廣．那么制品的密度高，性能也好，尤其對(duì)制品邊角的強(qiáng)度尤為有利。4)技術(shù)特征粉末的成形技術(shù)特征主要有：松裝密度、流動(dòng)性、壓制性4．1．2粉末配混粉末配混是根據(jù)產(chǎn)品配料計(jì)算并按特定的粒度分布把各種金屬粉末及添加物(如潤(rùn)滑劑等)進(jìn)行充分地混合，此工序通過(guò)混粉機(jī)完成。4．1．3壓制成形粉末的壓制成形是主要且根本的工序。它的過(guò)程包括稱粉、裝粉、壓制、保壓及肥模等。壓制成形的方法有很多，如鋼模壓制、流體等靜壓制、三向壓制、粉末鍛造、擠壓、振動(dòng)壓制、高能率成形等。常用的有：鋼模壓制、流體等靜壓制、三向壓制4．1．4壓坯燒結(jié)燒結(jié)是粉末壓制技術(shù)的關(guān)鍵性過(guò)程之一，只有通過(guò)正確的燒結(jié)，制品才能獲得所要求的力學(xué)與物理性能。在燒結(jié)過(guò)程中，通過(guò)高溫加熱發(fā)生粉粒之間原子擴(kuò)散等過(guò)程，使壓坯中粉粒的接觸面結(jié)合起來(lái)，成為堅(jiān)實(shí)的整塊。燒結(jié)過(guò)程在專用的燒結(jié)爐中進(jìn)行。主要技術(shù)因素為燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間與爐內(nèi)氣氛。4．1．5燒結(jié)后的其他處理或加工對(duì)于一些要求較高的粉末冶金制品，燒結(jié)后還需要進(jìn)行其他處理與加工，以滿足要求滲透〔又叫熔滲〕復(fù)壓粉末金屬鍛造精壓其他后續(xù)處理：粉末冶金制品有一些后續(xù)工序，如含油軸承的浸油處理，以及機(jī)械加工、噴砂處理，有時(shí)還須進(jìn)行一些必要的熱處理等。粉末壓制產(chǎn)品及應(yīng)用4．2．1粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件又稱燒結(jié)結(jié)構(gòu)件，這類制品在粉末冶金工業(yè)中產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣。在現(xiàn)今汽車工業(yè)中廣泛采用粉末壓制制造零件。燒結(jié)結(jié)構(gòu)件總產(chǎn)量的60％—70％用于汽車工業(yè)，如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、轉(zhuǎn)向器、起動(dòng)馬達(dá)、刮雨器、減震器、車門鎖等中都使用有燒結(jié)零件。4．2．2粉末壓制軸承材料(1)多孔含油軸承材料是一種利用粉末壓制材料制作的多孔性浸滲潤(rùn)滑油的減磨材料，用作軸承、襯套等。常用的有鐵—石墨和青銅—石墨含油軸承材料。(2)金屬塑料減摩材料這是一種具有良好綜合性能的無(wú)油潤(rùn)滑減摩材料。4．2．3多孔性材料及因擦材料(1)多孔性材料粉末壓制多孔性材料制品有過(guò)濾器、熱交換器、觸煤以及一些滅火裝置等。(2)摩擦材料摩擦材料用來(lái)制作剎車片、離合器片等，用于制動(dòng)與傳遞扭短。4．2．4硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是將一些難熔的金屬碳化物(如碳化鎢、碳化鈦等)和金屬粘結(jié)劑(如鉆、鎳等)粉末混合，壓制成形，并經(jīng)燒結(jié)而成的一類粉末壓制制品。由于高硬度的金屬碳化物作為基體，軟而韌的鉆或鎳起粘結(jié)作用，使硬質(zhì)合金既有高的硬度和耐磨性，又有一定的強(qiáng)度和韌度。硬質(zhì)合金硬度高，熱硬性好，耐磨性好，用硬質(zhì)合金制作刀具，壽命可提高5—8倍，切削速度比高速鋼高十幾倍。硬質(zhì)合金還能加工硬度在50HRC左右的較硬材料及較難加工的奧氏體耐磨鋼和不銹鋼等韌性材料。但是，由于硬質(zhì)合金硬度太高且又較脆，很難進(jìn)行機(jī)械加工。因而，常將硬質(zhì)合金制成一定規(guī)格的刀片，鎮(zhèn)焊或裝夾刀體上使用。硬質(zhì)合金還廣泛用于制作模具、量具和耐磨零件等。硬質(zhì)合金有三類；鎢鉆類(YC)鎢銹鉆類(YT)鎢鈕類(Yw)粉末壓制鋼結(jié)硬質(zhì)臺(tái)金及高速鋼4．2．6耐熱材料及其他材料4．3粉末壓制零件或制品的結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)技術(shù)特征就是指制品的結(jié)構(gòu)是否適應(yīng)所采用的成形過(guò)程或制造方法，使制品在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中到達(dá)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗。粉末壓制成形零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些根本原那么：壓制件應(yīng)能順利地從壓模中取出應(yīng)防止壓制件出現(xiàn)窄尖局部零件的壁厚應(yīng)盡量均勻，臺(tái)肩盡可能的少，高[長(zhǎng))寬(直徑)比不超過(guò)2．5(厚壁零件不超過(guò)4)壓制成形中壓坯密度的均勻性，很大程度上影響到壓坯燒結(jié)后的性能。制品的尺寸精度及外表粗糙度陶瓷制品成形過(guò)程簡(jiǎn)介陶瓷制品是人類最早使用的制品，它的生產(chǎn)已經(jīng)有許多個(gè)世紀(jì)了。早期的陶瓷器是由粘土、長(zhǎng)石、石英等天然原料制成的。在古代文化時(shí)期，發(fā)現(xiàn)了粘土加水后具有相當(dāng)?shù)目伤苄?，而且能模壓成形，成形后的器件在太?yáng)下曬干，再置于爐中假燒便硬固。這些制品通常稱為傳統(tǒng)陶瓷(又稱普通陶瓷)，現(xiàn)在一般也把其歸屬為硅酸鹽產(chǎn)品?，F(xiàn)代陶瓷的獨(dú)特之處是具有精確控制的組成和結(jié)構(gòu)，并且可設(shè)計(jì)成比傳統(tǒng)陶瓷更能滿足某些應(yīng)用的要求。現(xiàn)代陶瓷制品的成形屬粉末或顆粒狀材料成形，其成形過(guò)程與粉末壓制的相同(可以說(shuō)粉末壓制是沿用了陶瓷的技術(shù))，主要工序都是粉末制備—成形—燒結(jié)，設(shè)備、工裝、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等都相同或相似。在粉末特性、燒結(jié)理論、制品(零件)的結(jié)構(gòu)技術(shù)特征、產(chǎn)品品質(zhì)控制及檢測(cè)等方面，現(xiàn)代陶瓷也與粉末壓制相同或相似．在技術(shù)方面，現(xiàn)代陶瓷技術(shù)和粉末壓制技術(shù)相互結(jié)合，互相滲透，并共同開(kāi)展了許多新技術(shù)，例如，粉末制備方法中的化學(xué)氣相沉積、氣相冷凝法、氣相化合物熱分解法、液相化學(xué)沉淀法；成形燒結(jié)過(guò)程中的熱壓法、熱等靜壓法、爆炸法等。另外，現(xiàn)代陶瓷技術(shù)還吸收了其他相鄰技術(shù)，例如高分子材科的注射成形、粉漿灌注等。常用復(fù)合材料成形過(guò)程簡(jiǎn)介目前，各類復(fù)合材料中使用最多且最重要的是纖維復(fù)合材料。故這里主要簡(jiǎn)介制造機(jī)器構(gòu)件的纖維復(fù)合材料成形過(guò)程。纖維制取方法纖維復(fù)合材料中的纖維，主要使用的有玻璃纖維、碳纖維、砌纖維、陶瓷纖維和金屬細(xì)絲對(duì)它們的制取方法大致有如下幾種：熔體抽絲法、熱分解法、拔絲法、氣相沉積法。4．5．2纖維復(fù)臺(tái)材料成形方法復(fù)合材料均是基體材料與增強(qiáng)物組合起來(lái)而形成的。用纖維復(fù)合材料制作制品的成形方法按基體材料在成形時(shí)的狀態(tài)主要分為二大類：1〕固態(tài)法即纖維復(fù)合材料中的基體與增強(qiáng)物(短纖維、晶須、顆粒等)在成形過(guò)程中均處于固體狀態(tài)。此法是將基體材料或箔與增強(qiáng)物按設(shè)計(jì)要求以一定的含量、分布、方向混合排布在—起，置于模具中，再經(jīng)加熱加壓使基體與增強(qiáng)物復(fù)合粘結(jié)而制成(纖維)復(fù)合材料零件或制品。2〕液態(tài)法即基體材料在成形時(shí)處于熔融狀態(tài)，與固體增強(qiáng)物復(fù)合后，通過(guò)基體材料的固化或凝固而獲得復(fù)合材料零件或制品的方法。此法中，因基體在熔融態(tài)時(shí)流動(dòng)性好，在一定的外界條件(可以是單獨(dú)的熱作用，也可以是熱和壓力復(fù)合作用)下容易進(jìn)入增強(qiáng)物間隙中，故液態(tài)法在纖維復(fù)合材料成形過(guò)程中應(yīng)用較多。第五章固態(tài)材料的連接過(guò)程固態(tài)材料的連接可分為永久性的或非永久性的兩種。永久性連接主要通過(guò)焊接和粘接過(guò)程實(shí)現(xiàn)。非永久性連接過(guò)程使用特制的連接件或緊固件(如鉚釘、螺栓等)將零件連接起來(lái)。本章主要討論固態(tài)材料的永久性連接成形根本過(guò)程的原理和方法。焊接成形過(guò)程將別離的金屬用局部加熱或加壓等手段，借助于金屬內(nèi)部原子的結(jié)合與擴(kuò)散作用牢固地連接起來(lái)，形成永久性接頭的過(guò)程稱為焊接。5．1．1焊接成形過(guò)程特性和理論根底(1)焊接方法的分類及其特點(diǎn)從焊接過(guò)程的物理本質(zhì)考慮，母材可以在固態(tài)或局部熔化狀態(tài)下進(jìn)行焊接，影響焊接的主要因素有壓力及溫度。在液態(tài)下進(jìn)行焊接時(shí)，母材接頭被加熱到熔化溫度以上，它們?cè)谝簯B(tài)下相互熔合，冷卻時(shí)便凝固在一起。這就是熔化焊接。在固態(tài)下進(jìn)行焊接時(shí)，又有兩種方式。第一種方式是利用壓力將母材接頭焊接，加熱只起著輔助作用，有時(shí)不加熱，有時(shí)加熱到接頭的高塑性狀態(tài)惠至使接頭的外表薄層熔化，這便是壓力焊接。第二種方式是在接頭之間參加熔點(diǎn)遠(yuǎn)較母材低的合金，局部加熱使這些臺(tái)金熔化，借助于液態(tài)合金與固態(tài)接頭的物理化學(xué)作用而到達(dá)焊接的目的，這便是釬焊。釬焊用的合金稱為釬焊合金(釬料)。熔化焊接由于加熱方式及熔煉方式的區(qū)別，可以有以下幾種主要類型：氣焊、電弧焊、電渣焊、真空電子束焊接、激光焊壓力焊由于加熱方式的不同，可以有以下幾種主要類型：電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、擴(kuò)散焊、超聲波焊接。2〕電弧焊的冶金過(guò)程及特點(diǎn)1)電弧焊的冶金過(guò)程電弧焊時(shí)，焊接區(qū)各種物質(zhì)在高溫下相互作用，產(chǎn)生一系列變化的過(guò)程稱為電弧焊冶金過(guò)程。手工電弧焊的冶金過(guò)程，電弧在焊條與被焊工件之間燃燒，電弧熱使工件和焊條同時(shí)熔化成為熔池，焊條金屬液滴借助重力和電弧氣體吹力的作用不斷進(jìn)入熔池中。電弧熱使焊條的藥皮熔化(或燃燒)，與熔融金屬起物理、化學(xué)作用，形成的熔渣不斷從熔池中浮出。藥皮燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)饬鲊@電弧周圍，熔渣和氣流可防止空氣中的氧、氮等侵入，從而保護(hù)熔池金屬不與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響。電弧焊的治金過(guò)程同電弧爐冶煉金屬相似，在熔池中進(jìn)行著一系列的物理與化學(xué)反響過(guò)程。2)電弧焊的冶金過(guò)程特點(diǎn)電弧焊焊接鋼材的過(guò)程是進(jìn)行熔化、氧化、復(fù)原、造渣、精煉和滲合金等一系列物理化學(xué)的冶金過(guò)程。焊接的治金過(guò)程與一般治煉過(guò)程比擬，有以下特點(diǎn)：①焊接電弧和熔池金屬的溫度高于一般的冶煉溫度，金屬蒸發(fā)、氧化和吸氣現(xiàn)象嚴(yán)重。②熔池體積小，周圍又是溫度較低的冷金屬，因此，熔池處于液態(tài)的時(shí)間很短，冷卻速度快，不利于焊縫金屬化學(xué)成分的均勻和氣體、雜質(zhì)的排除．從而產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。3〕焊接接頭的金屬組織和性能熔化焊接是在局部進(jìn)行的、短時(shí)高溫的冶煉、凝固過(guò)程。這種冶金和凝固過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的；與此同時(shí)，周圍來(lái)熔化的基體金屬受到短時(shí)的熱處理。因此，焊接過(guò)程會(huì)引起焊接頭組織和性能的變化，直接影響焊接接頭的品質(zhì)。熔化焊的焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。焊接熱影響區(qū)在焊接過(guò)程中是不可防止的。低碳鋼焊接時(shí)因其塑性很好，熱影響區(qū)較窄，危害性較小，焊后不進(jìn)行處理就能保證使用。但對(duì)重要的鋼結(jié)構(gòu)或用電渣焊焊接的構(gòu)件，那么必須充分注意到熱影響區(qū)帶來(lái)的不利影響，要用焊后熱處理方法以消除焊接熱影響區(qū)。對(duì)碳素鋼與低合金鋼構(gòu)件，可用焊后正火處理來(lái)消除熱影響區(qū)，以改善焊接接頭的性能。4)焊接應(yīng)力與變形焊接過(guò)程會(huì)使焊件產(chǎn)生應(yīng)力，從而引起變形，甚至裂紋。如果變形嚴(yán)重而又無(wú)法矯正，就會(huì)使焊件報(bào)廢。因此，在設(shè)計(jì)和制造焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡力防止產(chǎn)生超過(guò)允許數(shù)值的變形量和盡量減少焊接應(yīng)力。焊接過(guò)程中對(duì)焊件進(jìn)行了局部的不均勻的加熱，是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。當(dāng)焊接材料因剛性缺乏，承受不了焊接應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生變形，通過(guò)變形來(lái)削弱應(yīng)力。如果焊接應(yīng)力超過(guò)焊接材料的強(qiáng)度極限，焊接件不僅發(fā)生變形，而且還會(huì)產(chǎn)生裂紋。尤其是低塑性樹(shù)料更易開(kāi)裂。焊接變形的根本形式有：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形防止和減少焊接變形的措施要防止和減少焊接變形，主要從焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接過(guò)程兩方而來(lái)采取措施。焊接生產(chǎn)中，焊前即使采用了預(yù)防變形的措施，但焊后仍可能產(chǎn)生超過(guò)允許值的變形，為確保焊件的形狀和尺寸要求，需要對(duì)已產(chǎn)生變形進(jìn)行矯正。焊接變形的矯正實(shí)質(zhì)上就是使焊件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的變形，以抵消焊接時(shí)已產(chǎn)生的變形。減少與消除焊接應(yīng)力的措施：選擇合理的焊接順序、焊前預(yù)熱、加熱“減應(yīng)區(qū)”、焊后熱處理5．1．2熔化焊接利用熱源局部加熱的方法，將兩工件接合處加熱到熔化狀態(tài)，形成共同的熔池，凝固冷卻后，使別離的工件牢固結(jié)合起來(lái)的焊接稱為熔化焊。熔化焊適合于各種金屬材料任何厚度焊件的焊接，且焊接強(qiáng)度高，因而獲得廣泛應(yīng)用。熔化焊包括電弧焊、電渣焊，氣焊等。(1)手工電弧焊1)焊接過(guò)程利用電弧作為焊接熱源的熔焊方法稱為電弧焊。用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，稱為手工電弧焊。2)焊條①焊條的組成和作用電焊條由金屬焊芯和藥皮兩局部組成。焊芯在焊接時(shí)起兩個(gè)作用：一是作為電源的一個(gè)電極，傳導(dǎo)電流、產(chǎn)生電弧；二是熔化后作為填充金屬，與母材(根本金屬)一起形成焊縫金屬。焊條芯外表的涂樹(shù)稱為藥皮。它是決定焊縫品質(zhì)的主要因家之一，在焊接過(guò)程中，藥皮的主要作用是：提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，防止空氣對(duì)熔化金屬的有害作用，保證焊縫金屑的脫氧和參加合金元素，以提高焊縫金屬的力學(xué)性能。根據(jù)藥皮中熔渣酸性氧化物和堿性氧化物比例不同，焊條又分為酸性焊條和堿性焊條兩大類。熔渣以酸性氧化物為主的焊條，稱為酸性焊條；熔渣以堿性氧化物為主的焊條，稱為堿性焊條。3)焊條的選用原那么①根據(jù)母材的化學(xué)成分和力學(xué)性能②根據(jù)焊件的工作條件與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)③根據(jù)焊接設(shè)備、施工條件和焊接技術(shù)性能(2)埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊是電弧在顆粒狀焊劑層下燃燒的自動(dòng)電弧焊接方法。(3)氣體保護(hù)電孤焊氣體保護(hù)電孤焊是利用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊。(4)電渣焊電渣焊是利用電流通過(guò)液態(tài)熔渣時(shí)所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源的一種熔化焊接的方法。(5)電子束焊、激光焊1)電子束焊電子束焊是利用加速和聚焦的電于束，轟擊置于真空或非真空中的焊件所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行焊按的方法2)激光束焊激光束焊接是以聚集的激光束作為能源的特種熔化焊接方法。5．1．3壓焊(1)電阻焊電阻焊又稱接觸焊，它是利用電流通過(guò)焊接接頭的接觸面時(shí)產(chǎn)生的電阻熱將焊件局部加熱到熔化或塑性狀態(tài)，在壓力下，形成焊接接頭的壓焊方法。電阻焊按接頭形式的不同，可分為點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊三種。1)點(diǎn)焊點(diǎn)焊是利用拄狀鋼合金電極．在兩塊搭接焊件接觸面之間形成焊點(diǎn)，而將工件連接在一起的焊接方法。2)縫焊縫焊的焊接過(guò)程與點(diǎn)焊相似，只是用轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤狀電極取代點(diǎn)焊時(shí)所用的柱狀電極，焊接時(shí)，圓盤狀電極壓緊焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠摩擦力帶動(dòng)焊件向前移動(dòng)．配合斷續(xù)通電，形成許多連續(xù)并彼此重疊的焊點(diǎn)，焊點(diǎn)相互重疊約50％以上。3)對(duì)焊對(duì)焊是把焊件裝配成對(duì)接的接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。(2)摩擦焊．摩擦焊是利用工件接觸面摩擦產(chǎn)生的熱量為熱源，將工件端面加熱到塑性狀態(tài)，然后在壓力下使金屬連接在一起的焊接方法。5．1．4釬焊釬焊是利用熔點(diǎn)比焊件金屬低的釬料作填充金屑，適當(dāng)加熱后，釬料熔化將處于固態(tài)的焊件粘接起來(lái)的一種焊接方法o(1)釬焊過(guò)程釬焊過(guò)程是將外表清洗好的焊件以搭配形式裝配在一起，把釬料放在裝配間隙內(nèi)或間隙附近，然后加熱，使釬料熔化(焊件未熔化)并借助毛細(xì)管作用被吸入和充滿固態(tài)焊件的間隙之內(nèi)，被焊金屬和釬料在間隙內(nèi)進(jìn)行相互擴(kuò)散，凝固后，即形成釬焊接頭。(2)釬焊的分類根據(jù)釬料熔點(diǎn)的不同，釬焊可分為硬釬焊和軟釬焊兩大類。(3)釬焊的特點(diǎn)及應(yīng)用與一般焊接方法相比，釬焊只需填充金屬熔化，因此焊件加熱溫度較低，焊件的應(yīng)力和變形較小，對(duì)材料的組織和性能影響較小，易于保證焊件尺寸。釬焊還可以連接不同的金屬，或金屬與非金屬的焊件，設(shè)備簡(jiǎn)單。釬焊的主要缺點(diǎn)是接頭強(qiáng)度較低，釬焊接頭工作溫度不高，釬焊前對(duì)焊件的清洗和裝配工作都要求較嚴(yán)。此外，釬料價(jià)格高，因此釬料的本錢較高。釬焊適宜于小而薄，且精度要求高的零件，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、儀表、電機(jī)、航空、航天等部門5．1．5常用金屬材料的焊接(1)金屬材料的焊接性焊接性的概念金屬在一定的焊接技術(shù)條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度．即金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性稱為金屬材料的焊接性。衡量焊接性的主要指標(biāo)有兩個(gè)廣是在一定的焊接技術(shù)條件下接頭產(chǎn)生缺陷，尤其是裂紋的傾向成敏感性；二是焊接接頭在使用中的可靠性。焊接性的評(píng)定影響金屬材料焊接性的因素很多，焊接性的評(píng)定一般是通過(guò)估算或試驗(yàn)方法確定。常用碳當(dāng)量法和冷裂紋敏感系數(shù)法。5．1．6塑料的焊接將別離的塑料用局部加熱或加壓等手段，利用熱熔狀態(tài)的塑料大分子在焊接壓力作用下相互擴(kuò)散，產(chǎn)生范德華作用力，從而緊密地連接在一起，形成永久性接頭的過(guò)程稱為塑料的焊接。5．2粘結(jié)過(guò)程粘接是借助粘接劑在固體外表上產(chǎn)生粘合力，將一個(gè)物件與另一個(gè)物件牢固地連接在一起的方法。粘接能局部代替焊接、鉚接和螺栓連接。目前，粘接技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空、機(jī)床造船等各個(gè)工業(yè)部門，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著顯著的作用。(1)粘接劑的組成粘接劑的作用是借助于它和材料(零件)之間的強(qiáng)烈的外表粘著力，使零件能夠連接成永久性的結(jié)構(gòu)。粘接劑有天然和合成粘結(jié)劑兩大類，天然粘接劑如動(dòng)物性骨膠、植物性淀粉，用水做溶劑，組分簡(jiǎn)單，使用范圍窄。合成粘接劑是應(yīng)用最廣泛的一種，其主要組成物有：粘料、硬化劑、增韌劑、溶劑、附加物粘接的特點(diǎn)及應(yīng)用：粘接是一項(xiàng)新技術(shù)，與鉚接、螺栓連接和焊接連接方法相比．有以下特點(diǎn)：1)粘接可以把性質(zhì)不同的各種材料或模量和厚度不同的材料粘接起來(lái)，即使粘結(jié)薄板也不易發(fā)生變形，利用粘結(jié)可以制造用其他連接方法不能連接或不易連接的復(fù)雜構(gòu)件。2)粘接劑的形態(tài)和應(yīng)用方法的多樣性，使粘接技術(shù)適應(yīng)于許多生產(chǎn)過(guò)程。如用一種單一的粘接組裝，那么又經(jīng)濟(jì)又快速，具有替代幾種機(jī)械連接的可能性。多個(gè)工件可同時(shí)粘接，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)本錢。3)用粘接劑代替螺釘、螺栓或焊縫金屬，可以減輕結(jié)構(gòu)重量。此粘接可比鉚接、焊接減輕結(jié)構(gòu)重量約25％。30％o4)粘接應(yīng)力分布均勻，耐疲勞強(qiáng)度較高。5)粘接密封性能好，具有耐水、耐腐蝕和絕緣的性能。而且還可采用輕質(zhì)材料。6)粘接過(guò)程溫度低，操作容易．設(shè)備簡(jiǎn)單，本錢低廉，應(yīng)用范圍廣泛。粘接的主要缺點(diǎn)是：粘接劑對(duì)金屬材料的粘接強(qiáng)度達(dá)不到焊接的強(qiáng)度，特別是剝離強(qiáng)度差，粘接接頭在長(zhǎng)期工作過(guò)程中，粘接劑易發(fā)生老化變質(zhì)，使接頭強(qiáng)度逐漸下降。粘接件由于粘接劑的溫度極限而限制在某些使用溫度下工作。一般長(zhǎng)期工作溫度只能在150度以下，僅少數(shù)可在較高溫度下使用。此外粘接品質(zhì)受諸多因素的影響而難于控制，因而粘接性能不穩(wěn)定，且檢驗(yàn)較難。第六章非金屬材料成形過(guò)程塑料制品生產(chǎn)主要包括成形、機(jī)械加工、修飾和裝配等生產(chǎn)過(guò)程。成形是指將原材料(樹(shù)脂與各種添加劑的混合料或壓縮粉)制成具有一定形狀和尺寸的制品的過(guò)程。塑料零件加工那么是指成形后的制品采用機(jī)械加工的方法(車、銑、刨、磨等)以獲得更高的精度和更低的外表粗糙度或更復(fù)雜的形狀。也可采用噴涂、浸漬、鍍金屬等方法改變塑料零件外表性質(zhì)。成形是塑料制品生產(chǎn)中最重要且必不可少的過(guò)程。其他過(guò)程視制品要求而取舍。6．1．1塑料的成形性能(1)流動(dòng)性塑料在一定的溫度與壓力下填充模腔的能力稱為流動(dòng)性。它與鑄造合金流動(dòng)性的概念相似。熱塑性塑料流動(dòng)性的大小，通?？梢詮臉?shù)脂分子量及其分布，熔體流動(dòng)指數(shù)(Mn)，表觀粘度以及阿基米德螺旋線長(zhǎng)度等一系列參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。分子量小、分子量分布寬，熔體流動(dòng)指數(shù)高，表觀粘度小，阿基米德螺旋線長(zhǎng)度長(zhǎng)，說(shuō)明其流動(dòng)性好；反之，其流動(dòng)性差。熱固性塑料的流動(dòng)性，通常以拉西格流動(dòng)性(以毫米計(jì))來(lái)表示。影響流動(dòng)性的因素主要有溫度、壓力、模具及塑料品種。(2)收縮性塑料制品自模腔中取出冷卻至室溫后，其尺寸發(fā)生縮小的這種性能稱之為收縮性。塑料制品尺寸收縮不僅是樹(shù)脂本身熱脹冷縮的結(jié)果，而且還與各種成形因素有關(guān)。所以準(zhǔn)確地說(shuō)，成形后塑料制品的收縮應(yīng)稱之為成形收縮。1)成形收縮形式①線尺寸收縮②方向性收縮③后收縮④后處理收縮2)影響收縮的因素①塑料品種的影響②塑料制品特性的影響③模具的影響④成形條件的影響3)收縮率的計(jì)算塑料制品成形收縮值可用收縮率Scp表示公式Scp=(Lm–Ls)/Ls*100%LM——模腔在室溫下單向尺寸；Ls——塑料制品在室溫下單向尺寸。(3)結(jié)晶性在塑料成形過(guò)程中，根據(jù)塑料冷卻時(shí)是否具有結(jié)晶特性?？蓪⑺芰戏譃榻Y(jié)晶形塑料和非結(jié)晶形塑料兩種。結(jié)晶形塑料具有結(jié)晶現(xiàn)象的性質(zhì)叫結(jié)晶性。(4)吸濕性與粘水性塑料中因有各種添加劑，使其水份各有不同的親疏程度。所以，塑料吸濕性大致可分為兩類：一類是具有吸濕或粘附水分傾向的塑料；另一類是既不吸濕也不易粘附水分的塑料。(5)熱敏性和水敏性熱敏性塑料是指對(duì)熱較為敏感，在高溫下受熱時(shí)間較長(zhǎng)或進(jìn)料口截面過(guò)小，剪切作用大時(shí)，料溫增高易發(fā)生變色、降聚、分解的傾向，具有這種特性的塑料稱之為熱敏性塑料。(6)塑料狀態(tài)與溫度的關(guān)系結(jié)晶形塑料和無(wú)定形塑料三態(tài)與溫度之間的關(guān)系。溫度小于Tg時(shí)塑料是玻璃態(tài)，溫度在Tg—Tf之間是高彈態(tài)，溫度在Tf—Td之間是粘流態(tài)(即塑性良好的狀態(tài))。6．1．2注射成形過(guò)程注射成形又稱注射模塑或注塑成形，是熱塑性塑料制品的一種主要成形方法。隨著注射成形技術(shù)的開(kāi)展，注射成形已成功地應(yīng)用于某些熱固性塑料制品，甚至橡膠制品的工業(yè)生產(chǎn)中。注射成形具有生產(chǎn)周期短，能一次成形外形復(fù)雜，尺寸精確和帶有金屬嵌件的塑料制品，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，加工適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但成形設(shè)備昂貴。(1)注射成形原理及過(guò)程注射成形是根據(jù)金屬的壓鑄技術(shù)開(kāi)展起來(lái)的，其成形原理：將粒狀原料在注射機(jī)的料筒內(nèi)加熱熔融塑化，在柱塞或螺桿加壓下，壓縮熔融物料并向前移動(dòng)，然后通過(guò)料筒前端的噴嘴以很高的速度注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，冷卻定形后，開(kāi)模就得制品。注射成形過(guò)程包括成形前的準(zhǔn)備，注射成形過(guò)程以及塑料制品的后處理三個(gè)階段。1)料筒溫度料筒溫度的選擇應(yīng)保證塑料塑化良好，能順利實(shí)現(xiàn)注射，又不引起塑料分解。料筒溫度主要根據(jù)塑料的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)來(lái)確定，各種塑料具有不同的流動(dòng)溫度。2)噴嘴溫度噴嘴溫度一般比料筒最高溫度略低一些，以防止產(chǎn)生流涎現(xiàn)象，但也不能太低，以防堵塞噴孑L，或在模腔中流人冷凝料。3)模具溫度模具溫度決定于塑料的種類、塑料制品尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其他技術(shù)條件等。注射成形模具一般呈兩種狀態(tài)，一種是加熱狀態(tài)；一種是冷卻狀態(tài)。4)注射壓力注射壓力是指柱塞或螺桿頂部對(duì)塑料所施加的壓力。其作用是克服塑料流動(dòng)充模過(guò)程中的流動(dòng)阻力，使熔體具有一定的充模速率；對(duì)熔體進(jìn)行壓實(shí)。5)成形時(shí)間成形時(shí)間是指完成一次注射成形全過(guò)程所需的時(shí)間。(2)注射成形模具設(shè)計(jì)注射成形模具主要用于熱塑性塑料制品，也可用于成形某些熱固性塑料，它是塑料制品成形的一種重要的工藝裝備?，F(xiàn)著重介紹熱塑性塑料注射模。1)注射成形模具結(jié)構(gòu)由于注射成形模具的結(jié)構(gòu)取決于塑料制品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和注射機(jī)的類形、規(guī)格，因而其結(jié)構(gòu)是多種多樣的。根據(jù)模具中各個(gè)組件的作用不同，一副注射模一般由以下幾局部組成。①成形零部件②澆注系統(tǒng)③導(dǎo)向機(jī)構(gòu)④脫模機(jī)構(gòu)⑤分形抽芯機(jī)構(gòu)⑥調(diào)溫系統(tǒng)⑦排氣系統(tǒng)2)注射模澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是指模具中連接噴嘴和形腔的進(jìn)料通道。其作用是將塑料熔體順利地充滿形腔，且把壓力充分傳遞到形腔的各個(gè)部位，以獲得外形清晰內(nèi)在品質(zhì)優(yōu)良的塑料制品。澆注系統(tǒng)通常分為普通澆注系統(tǒng)和無(wú)流道澆注系統(tǒng)兩大類，普通澆注系統(tǒng)是應(yīng)用最為廣泛的一種，無(wú)流道澆注系統(tǒng)的應(yīng)用日趨擴(kuò)大。普通澆注系統(tǒng)一般由四局部組成即主流道、分流道、澆口及冷料井。①主流道主流道是指噴嘴口起至分流道入口處的一段通道。②冷料井冷料井位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，或處于分流道末端。其作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入形腔而影響塑料制品品質(zhì)；開(kāi)模時(shí)又能將主流道中的冷凝料拉出。冷料井直徑宜稍大于主流道直徑，長(zhǎng)度約為主流道大端直徑。③分流道分流道是主流道與澆口之間的通道。其作用是使熔融塑料過(guò)渡和轉(zhuǎn)向。④澆口設(shè)計(jì)澆口是連接分流道與形腔之間的一段細(xì)短流道(除直接澆口外)，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵局部。其作用是調(diào)節(jié)控制料流速度、補(bǔ)料時(shí)間及防止倒流。澆口的形狀、數(shù)量、尺寸和位置對(duì)塑料制品成形品質(zhì)影響很大。塑料制品的一些品質(zhì)缺陷如縮孔、拼縫線、質(zhì)脆、分解和翹曲等往往是由于澆口設(shè)計(jì)不當(dāng)而產(chǎn)生的。因此，正確設(shè)計(jì)澆口尺寸是提高塑料制品品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。3〕成形零部件設(shè)計(jì)成形零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要應(yīng)在保證塑料制品品質(zhì)的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等方面考慮。a．凹模凹模用以形成塑料制品的外外表，按其結(jié)構(gòu)不同可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式和拼合式等形式。b．凸模(形芯)和成形桿的結(jié)構(gòu)凸模又稱形芯或陽(yáng)模，由于多裝在注射機(jī)的動(dòng)模板上，習(xí)慣上又稱為動(dòng)模，是用于成形塑料制品內(nèi)外表的零部件。4)分形面的選擇注射成形模的分形面是其閉合時(shí)凹模與凸模相配合的接觸面。分形面的正確選擇對(duì)于制品的品質(zhì)、技術(shù)特性和模具制造都有很大影響，它決定了模具的結(jié)構(gòu)形式，是模具設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié)。選擇分形面總的原那么上保證塑料制品品質(zhì)，且便于制品脫模和簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。在選擇分形面時(shí)，應(yīng)考慮以下原那么：①分形面選擇應(yīng)便于塑料制品脫模和簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)②分形面選擇應(yīng)有利于提高制品的外觀品質(zhì)③分形面選擇應(yīng)有利于提高制品的精度④分形面的選擇應(yīng)有利于排氣⑤分形面的選擇應(yīng)有利于防止溢料以上簡(jiǎn)要介紹了分形面的選擇原那么，對(duì)于具體的塑料制品來(lái)講，各種因素往往彼此矛盾，難以全面符合。因此選擇分形面應(yīng)綜合考慮各種因素，權(quán)衡利弊，以取得最優(yōu)效果。5)抽芯及頂出機(jī)構(gòu)①抽芯機(jī)構(gòu)當(dāng)注射成形具有與開(kāi)模方向不同的內(nèi)外側(cè)孔或側(cè)凹的塑料制品時(shí)，模具必須具有側(cè)向分形與抽芯機(jī)構(gòu)。在脫模時(shí)，需先將側(cè)形芯抽出方可取出塑料制品。側(cè)向分形抽芯機(jī)構(gòu)類形很多，通常按動(dòng)力來(lái)源分為手動(dòng)、液壓(氣壓)和機(jī)動(dòng)三類。②頂出機(jī)構(gòu)注射成形后的制品從模具中取出的機(jī)構(gòu)稱為頂出機(jī)構(gòu)亦稱脫模機(jī)構(gòu)。頂出制品后，頂出機(jī)構(gòu)又要復(fù)位。常用的頂出機(jī)構(gòu)有：簡(jiǎn)單頂出機(jī)構(gòu)或一次頂出機(jī)構(gòu)二次脫模機(jī)構(gòu)雙脫模機(jī)構(gòu)順序脫模機(jī)構(gòu)螺紋塑料制品脫模裝置塑料制品上的內(nèi)螺紋用螺紋形芯成形，外螺紋用螺紋形環(huán)成形。由于螺紋的特殊形狀，所以帶螺紋塑料制品脫模需設(shè)置一些特殊機(jī)構(gòu)，其模具結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。6．1．3擠出成形過(guò)程擠出成形也稱擠出模塑或擠塑成形。在熱塑性塑料加工領(lǐng)域中，它是一種應(yīng)用廣泛、占據(jù)很大比重的加工方法。(1)擠出成形原理及過(guò)程擠出成形是一種液態(tài)軋制過(guò)程。其主要由一個(gè)加熱的料筒和一根在料筒中旋轉(zhuǎn)的螺桿組成。料筒右端裝有加料口，上有料斗，粉狀或粒狀的塑料通過(guò)料斗進(jìn)入料筒。料筒的左端裝有口模，在螺桿頭部與口模之間裝有過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾板等部件，使塑料沿著螺桿方向形成壓力差。進(jìn)入料筒的塑料，經(jīng)外部加熱和料筒內(nèi)螺桿機(jī)械作用而成粘流態(tài)，并借助螺桿的旋轉(zhuǎn)推力使熔料通過(guò)機(jī)頭里的口模，擠成與口模形狀相仿的連續(xù)體，此后經(jīng)過(guò)定形、冷卻、牽引、卷繞和切割等輔助裝置，獲得需要的制品。通常擠出成形過(guò)程包括塑化、擠出成形和冷卻定形三個(gè)階段。1)塑化2)擠出成形3)冷卻定形擠出成形的主要技術(shù)參數(shù)是溫度、壓力和擠出速率等(2)擠出成形模具擠出成形是將塑料在旋轉(zhuǎn)的螺桿與料筒之間進(jìn)行輸送、壓縮、熔融塑化，定量地通過(guò)處于擠出機(jī)的頭部的口模和定形裝置，生產(chǎn)出連續(xù)形材的加工過(guò)程。在擠出機(jī)頭部配以各種不同類形的機(jī)頭及其相應(yīng)的定形裝置與輔機(jī)，即可生產(chǎn)出各種形材和制品。6．1．4模壓成形過(guò)程(1)模壓成形原理及過(guò)程模壓成形又稱壓縮成形、壓塑成形、壓制成形等。主要用于熱固性塑料的成形，它的根本成形原理是將粉狀、粒狀或纖維狀的固態(tài)塑料，置于成形溫度下的模具形腔中，然后閉模加壓，使其成形、固化的過(guò)程。在這一過(guò)程中，置于模腔中的熱固性塑料，在高溫和壓力作用下，先由固態(tài)變?yōu)槿廴跔睿⒃诖藸顟B(tài)下充滿整個(gè)模腔，熔融態(tài)逐漸變?yōu)楣虘B(tài)，最后開(kāi)模取得所需塑料制品。通常，模壓成形前的準(zhǔn)備工作主要是指預(yù)壓、預(yù)熱和枯燥等預(yù)處理工序。模壓成形主要包括加料、合模、排氣、交聯(lián)固化、制品脫模、清理模具等。這里著重討論模壓成形過(guò)程。模壓成形過(guò)程參數(shù)主要包括成形溫度、成形壓力和成形時(shí)間。1)成形溫度對(duì)熱固性塑料來(lái)講，加熱的目的是使塑料在模具形腔中受熱軟化，便于充滿形腔，同時(shí)在特定的溫度下，使塑料發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，最終為不溶解、不熔融的塑料制品。成形溫度是影響成形時(shí)間、成形壓力、制品品質(zhì)的重要因素。2)成形壓力成形壓力的作用是使熔融塑料充滿形腔，并使其壓實(shí)、壓緊；同時(shí)排除在壓制過(guò)程中由于化學(xué)反響而產(chǎn)生的水蒸汽和揮發(fā)物質(zhì)，從而防止制品起鼓、變形、甚至開(kāi)裂，以保證模壓成形塑料制品的密度適宜、尺寸精度高并具有清晰的外表輪廓。3)成形時(shí)間成形時(shí)間是指加料、合模、排氣、加壓、固化、脫模、模具清理等工序所需的時(shí)間。(2)模壓成形模具1)模壓成形模具的典形結(jié)構(gòu)模壓成形模具的典形結(jié)構(gòu)：模具的上模和下模分別裝在壓力機(jī)的上、下壓板上。與注射模不同的是凹模的上半局部為加料室，用以容納原料。熱固性塑料壓縮模成形需要較高的溫度，模具必須安裝加熱裝置。加熱板的圓孔中安裝電熱棒，分別對(duì)凸模和凹模進(jìn)行電加熱。2)模壓成形模具的分類模壓成形模具的分類方法較多，按照模具的凸、凹局部的結(jié)構(gòu)特征可分為溢料式、不溢式、半溢式和演變式四種。3)模壓成形模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①塑料制品加壓方向確實(shí)定塑料制品在模內(nèi)的加壓方向，指壓力機(jī)滑塊或凸模向模腔施加壓力的方向。加壓方向決定了分形面的位置，頂出形式和位置，對(duì)模具結(jié)構(gòu)、塑料制品品質(zhì)、脫模難易程度都有影響，加壓方向確實(shí)定原那么是：有利于壓力傳遞便于加料便于嵌件安放和固定保證凸模強(qiáng)度簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)保證重要尺寸的精度②分形面位置的選擇模壓成形模具分形面位置的選擇原那么是：為使塑料制品便于頂出，簡(jiǎn)化頂出機(jī)構(gòu)，分形面的位置應(yīng)使塑料制品在開(kāi)模后盡可能留在下模。塑料制品上對(duì)同軸度要求高的兩部位，在設(shè)置分形面時(shí)，宜將兩部位關(guān)鍵尺寸放在模具分形面的同一側(cè)。盡量減少飛邊對(duì)塑料制品外觀的損害，同時(shí)應(yīng)便于去除剩余的飛邊。因此飛邊不宜越過(guò)光滑的平面或圓弧面。便于模具及零件的制造。③凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)溢料式凸凹模結(jié)構(gòu)不溢式凸凹模的結(jié)構(gòu)半溢式凸凹模結(jié)構(gòu)半溢式壓模與溢式壓模相同的是都有一個(gè)水平的環(huán)形擠壓面，稱擠壓環(huán)。與不溢式壓模相似的是凸模與加料腔也常設(shè)有配合環(huán)和引導(dǎo)環(huán)。④模壓成形模結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)模壓成形模結(jié)構(gòu)零部件是指除成形零部件以外的所有各種零部件，其中重要的有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、側(cè)向分形面與抽芯機(jī)構(gòu)、排氣機(jī)構(gòu)、加熱系統(tǒng)等。其結(jié)構(gòu)與注射模有許多相似之處，具體設(shè)計(jì)方法可參見(jiàn)塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)。6．1．5塑料制品的其他成形過(guò)程(1)吹塑成形吹塑成形是把熔融狀態(tài)的塑料形環(huán)置于模具形腔內(nèi)，借助于壓縮空氣吹脹冷卻而得到一定形狀的中空塑料制品的成形加工方法。根據(jù)吹塑制品的種類不同，吹塑成形可分為中空塑料制品吹塑和薄膜吹塑等。1)中空塑料制品吹塑中空塑料制品吹塑是將處于熔融狀態(tài)的空心塑料形坯置于閉合的吹塑模具形腔內(nèi)，然后向其內(nèi)部通以壓縮空氣，以迫使其外表積脹大，并貼緊模腔內(nèi)壁，最后冷卻定形得到具有一定形狀和尺寸的中空吹塑制品。吹塑成形過(guò)程包括塑料形坯的制造和吹塑成形。根據(jù)形坯制造方法不同，吹塑成形又分為注射吹塑成形和擠出吹塑成形。注射拉伸吹塑過(guò)程可分為注射形坯、加熱、拉伸、吹塑和取出制品四個(gè)步驟。2)薄膜吹塑成形塑料薄膜可以用壓延、吹塑及狹縫機(jī)頭直接擠出等方法生產(chǎn)。其中吹塑法生產(chǎn)薄膜最經(jīng)濟(jì)，它要求的設(shè)備和成形過(guò)程簡(jiǎn)單，操作方便，而且同一臺(tái)設(shè)備可在適當(dāng)范圍內(nèi)調(diào)整薄膜的寬度和厚度，生產(chǎn)出不同規(guī)格的品種。吹塑薄膜還具有物理機(jī)械性能好，強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)，吹塑法可以加工軟質(zhì)和硬質(zhì)聚氯乙烯、高密度和低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等多種塑料薄膜。(2)泡淶塑料成形泡沫塑料是以合成樹(shù)脂為基體制成的內(nèi)部有無(wú)數(shù)微小氣孔的一大類特殊塑料。泡沫塑料可用作漂浮材料、絕熱隔音材料、減震和包裝材料等。泡沫塑料的發(fā)泡方法通常有以下三種：1)物理發(fā)泡法2)化學(xué)發(fā)泡法3)機(jī)械發(fā)泡法按泡沫塑料軟硬程度不同，可分為軟質(zhì)泡沫塑料、半硬質(zhì)泡沫塑料和硬質(zhì)泡沫塑料。按照泡孔壁之間連通與不連通，又可分為開(kāi)孔泡沫塑料和閉孔泡沫塑料。此外將密度小于0．4s／cm3的泡沫塑料稱為低發(fā)泡塑料；大于0．4s／cm3的稱為高發(fā)泡塑料。泡沫塑料成形方法很多，有注射成形、擠出成形、壓制成形及其他成形方法，這里僅介紹低發(fā)泡注射成形和與模壓成形有關(guān)的可發(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料制品的成形過(guò)程。1)低發(fā)泡注射成形在某些塑料材料中參加定量發(fā)泡劑，通過(guò)注射成形獲取內(nèi)部低發(fā)泡、外表不發(fā)泡塑料制品的過(guò)程稱為低發(fā)泡注射成形。通常可分為單組分法和雙組分法。單組分法又分為高壓注射成形和低壓注射成形兩種。2)可發(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料制品的成形可發(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料制品是用含有發(fā)泡劑的懸浮聚苯乙烯珠粒，經(jīng)一步法或二步法發(fā)泡制成要求形狀的塑料制品。由于兩步法發(fā)泡倍率大，制品品質(zhì)好，因此廣為采用，其成形過(guò)程是：①預(yù)發(fā)泡②熟化③成形(3)壓延壓延成形是將加熱塑化的熱塑性塑料通過(guò)一組以上兩個(gè)相向旋轉(zhuǎn)的輥筒間隙，而使其成為規(guī)定尺寸的連續(xù)片材的成形方法。壓延成形的生產(chǎn)特點(diǎn)是加工能力大、生產(chǎn)速度快、產(chǎn)品品質(zhì)好、生產(chǎn)連續(xù)、產(chǎn)品厚薄均勻、厚度相對(duì)公差可控制在10％以內(nèi)、而且外表平整。此外，壓延生產(chǎn)的自動(dòng)化程度高。其主要缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，投資較高，維修復(fù)雜，制品寬度受壓延機(jī)輥筒的限制等，因而在生產(chǎn)連續(xù)片材方面不如擠出成形的技術(shù)開(kāi)展快。(4)塑料的連接塑料與塑料、塑料與金屬或其他非金屬材料的連接，除用一般的機(jī)械連接方法外，還有熱熔粘接，溶劑粘接和膠粘劑粘接等。1)熱熔粘接2)溶劑粘接3)膠接膠結(jié)劑分合成膠粘劑和天然膠粘劑。合成膠粘劑一般由幾種材料組成，除合成樹(shù)脂或彈性體為基體材料外，還有一些添加劑，如增塑劑、固化劑、填料及溶劑等。6．1．6塑料制品結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征(1)塑料制品幾何形狀的設(shè)計(jì)塑料制品幾何形狀的設(shè)計(jì)包括脫模斜度、壁厚、加強(qiáng)筋、圓角、孔和支承面的設(shè)計(jì)。1)脫模斜度為了便于使塑料制品從模具內(nèi)取出形芯，防止塑料制品外表在脫模時(shí)劃傷、擦毛等，塑料制品內(nèi)外外表沿脫模方向都應(yīng)有傾斜角度，即脫模斜度。塑料制品的脫模斜度的大小，與塑料的性質(zhì)、收縮率的大小、塑料制品的壁厚和幾何形狀有關(guān)，也和制品高度、形芯長(zhǎng)度有關(guān)。2)壁厚合理確定塑料制品壁厚十分重要。塑料制品壁厚受使用要求、塑料性能、塑料制品幾何尺寸與形狀以及過(guò)程參數(shù)等眾多因素的制約。塑料制品的壁厚應(yīng)力求均勻、厚薄適當(dāng)。如果壁太薄熔料充滿形腔的流動(dòng)性阻力大，會(huì)出現(xiàn)缺料現(xiàn)象；而壁太厚塑料制品內(nèi)部易產(chǎn)生氣泡，外部易產(chǎn)生凹陷等缺陷。3)加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋的主要作用是在不增加壁厚的情況下，加強(qiáng)塑料制品的強(qiáng)度和剛度，防止塑料制品變形翹曲。而且可以使塑料成形時(shí)容易充滿形腔。4)支承面以塑料制品整個(gè)底面作支承面，一般說(shuō)來(lái)是不易做到的，因?yàn)槟Ｋ艹尚魏笠乖撁娓鼽c(diǎn)均在同一水平面頗為困難。因此，通常采用凸緣或凸臺(tái)作為支承面。5)圓角在塑料制品的拐角處設(shè)置圓角，可增加制品的力學(xué)性能，改善成形時(shí)材料的流動(dòng)性，也有利于制品的脫模。6)孔塑料制品上的孔有通孔、盲孔和復(fù)雜形狀的孔。應(yīng)盡可能開(kāi)設(shè)在不減弱塑料制品強(qiáng)度的部位，在相鄰孔之間以及孔到邊緣之間，均應(yīng)留出適當(dāng)?shù)木嚯x，且盡可能使壁厚大一些，以保證有足夠的強(qiáng)度。7)側(cè)孔和側(cè)凹塑料制品上出現(xiàn)側(cè)孔及側(cè)凹時(shí)，為便于脫模，必須設(shè)置滑塊或側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，從而使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本錢增加。(2)金屬嵌件的設(shè)計(jì)金屬嵌件是模塑在塑料制品中的金屬零件。金屬嵌件的作用是提高塑料制品的強(qiáng)度和使用壽命，滿足塑料制品某些特殊要求，如導(dǎo)電、導(dǎo)磁、耐磨和裝配聯(lián)接等。對(duì)帶有嵌件的塑料制品，一般都是先設(shè)計(jì)嵌件，然后再設(shè)計(jì)塑料制品。在設(shè)計(jì)嵌件時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)設(shè)計(jì)嵌件時(shí)由于金屬與塑料冷卻時(shí)的收縮值相差較大，致使嵌件周圍的塑料存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，那么會(huì)造成塑料制品的開(kāi)裂。2)嵌件盡可能采用圓形對(duì)稱形狀，以利均勻收縮。其邊棱應(yīng)倒成圓弧或倒角，以減少應(yīng)力集中。3