yh第七章金塑料成形与加工.

第六节锻造锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，通过金属体积的转移和分配，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。锻造的目的是使坯料成形及控制其内部组织性能达到所需几何形状、尺寸以及品质的锻件。一般铸件的内部组织和力学性能不如锻件。比较重要的零件都选用锻造工艺过程生产。原则上任何一种金属材料都可用锻造方法制成锻件或零件。随着锻造工业的发展，锻件的精度和表面粗糙度逐步达到了车床、铣床加工的水平。特别是粗糙度，有的精锻件甚至超过磨削加工水平。冷镦、冷挤压、冷精压件（锻件）可以不需机械加工或少量机械加工而直接装机使用。按所用的工具不同，锻造可分为自由锻和模锻两大类。自由锻（opendieforging）只使用简单工具利用上下砧直接使坯料成形。自由锻的工序包括基本工序、辅助工序和修整工序。常用的自由锻设备有空气锤、蒸汽—空气自由锻锤、液压机等。自由锻锤压力机（液压，水压）（一）自由锻基本工序1.镦粗使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序称为镦粗2.拔长使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序叫拔长。3.冲孔将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔。4错移错移是指将坯料的一部分相对于另一部分平移错开，但仍保持轴线平行的锻造工序。5锻接锻接是指将坯料在炉内加热至高温后用锤快击，使两坯料在固相状态下结合的方法。6弯曲弯曲是指采用一定的工模具将坯料弯成规定外形的锻造工序。二、模型锻造（ModelForging）利用模具使毛坯变形获得锻件的锻造方法称为模型锻造。1.锤上模锻在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻。锤上模锻示意图：模锻件图：2.锻造压力机上模锻（1）热模锻压力机上模锻热模锻压力机采用整体床身或有预应力的框架式机身，通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻。热模锻压力机滑块运动精确，模具有导向装置，分为预成形、预锻、终锻等工步。（2）螺旋压力机上模锻螺旋压力机是利用飞轮旋转积蓄的能量，靠主螺杆的旋转带动滑块上、下运动使坯料模锻成形的。（3）平锻机模锻平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式压力机，其主滑块水平运动，故称之为平锻机。第七节冲压成形冲压成形（SheetForming）板材冲压成形是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。板材冲压成形具有下列特点：①板材冲压生产主要是依靠冲模和冲压设备完成加工，工艺过程便于实现机械化和自动化，生产率很高，操作简便，故零件成本低。②可以冲压出形状复杂的零件，一般不需再进行切削加工，且废料较少，因而节省原材料和能源消耗。③板材冲压常用的原材料有低碳钢以及塑性高的合金钢和有色金属，多是表面质量好的板料、条料或带料，产品重量轻、材料消耗少、强度高、刚性好。④冲压件的尺寸公差主要由冲模来保证，因此产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，尺寸稳定，互换性好。但冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下，其优越性才显得突出。冲压生产中常用的设备是剪床和冲床。（二）变形工序变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如拉深、弯曲、翻边、成形等。1.拉深（DeepForming）拉深是利用拉深模具使冲裁后得到的平板坯料变形成开口空心件的冲压工序。拉深可以制成筒形、阶梯形、盒形、球形、锥形及其它复杂形状的薄璧零件。2.弯曲（Bending）弯曲是将坯料弯成具有一定角度和曲率的变形工序。弯曲时还应尽可能使弯曲线与板料纤维垂直。３.胀形胀形主要用于平板毛坯的局部成形（或叫起伏成型），如压制凹坑，加强筋，起伏形的花纹及标记等。胀形所使用的模具可分为钢模和软模两类。4.翻边翻边是在带孔的平坯料上用扩孔的方法使板料沿一定的曲率翻成直立边缘的冲压成形方法。５.旋压有些空心回转体件还可用旋压方法来制造。旋压是在专用旋压机上进行。第七章高分子材料成形与加工第一节塑料成形加工第二节橡胶成形加工第三节合成纤维成形加工第一节塑料成形加工•任何对塑料产品的讨论都离不开生产制造的技术问题。许多塑料产品都可以由多种加工工艺制造而成。选择正确的生产流程有以下几点标准：产品的形状，材料的要求，想投资的模具数量和你想制造的零件数量。注塑的工具投资相当高，但是单件的价格往往很低。其他的方法相对较低，但是单件产品价格却较高。•塑料的工艺特性是指将塑料原料转变为塑料制品的工艺特性，即塑料的成型加工性。塑料的成型方法很多．根据加工时聚合物所处状态的不同，塑料成型加工的方法大体可分为三种：•1、处于玻璃态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、喷涂等表面处理方法。•2、当塑料处于高弹态时，可以采用热压、弯曲、真空成型等加工方法。•3、把塑料加热到粘流态，可以进行注射成型、挤出成型、吹塑成型等加工。塑料成型方法的选择取决于塑料的类型(热塑性或热固性)、特性、起始状态及制成品的结构、尺寸和形状等。•液态成型类似于金属铸造工艺。在液态成型中，当加热过的树脂进入模具或在模具中混合时候，（常是加压状态，）树脂为液态。在某些工艺中，树脂不会变为液体而在模具中的时候，热固性塑料常象面团一样柔软。液态填充型腔时向液体一样，使得柔顺的零件具有极好的细部。塑料成型工艺的基本知识•塑料制成品性能的好坏，除与所用塑料的品种、结构以及性能有关外，还与成型的方法和所采用的工艺条件等因素有关。塑料成型加工的特点：•塑料的粘性流动：无论是热塑性塑料还是热固性塑料，其成型都是在流动状态下进行的。所以，在选择原材料、考虑成型方法和解决工艺条件时，都必须认真研究不同品种塑料的流动性问题。•塑料成型过程中的松弛现象和内应力：在外力作用下，塑料高分子链由原来的形状过渡到与外力相适应的另外一种状态，需要一定的时间，形成过程中的这种现象，称为松弛现象。由于松弛现象的存在，常会导致成品内部出现应力。•塑料成型过程中的膨胀效应：塑料熔体在成型过程中同时伴有弹性变性发生，当造成变形的外力去除后，熔体流动造成的变形有一部分要恢复，这种现象称为膨胀效应。例如在175-200度温度下快速挤出聚苯乙烯（PS）熔体时，棒材直径将可能比模孔直径膨胀2.8倍。塑料的工艺性能：a)吸湿性：塑料依据其对水分的亲疏程度，大致可分为有吸湿或粘附水分倾向的（如尼龙PA、ABS）和既不吸水又不粘附水分的（聚苯乙烯PS、聚乙烯PE）两大类。b)收缩性：塑料制件从热模中取出冷却至室温后，其尺寸缩减的特性。塑料的收缩率是模具设计的一个重要依据。c)相溶性：指两种不同品种的塑料，在熔融状态下能否相混融的性质。一般来说，分子结构相似的较容易相溶。借助混融方法来改进单一塑料的性能，合理选择各种添加剂。塑料制品常用的主要原料和辅助材料•塑料制品常用的主要原料和辅助材料，一般包括合成树脂和各种添加剂两大部分。合成树脂是塑料中对各种添加剂起粘结作用的主要成分，一般占30%—100%，对塑料的基本性能有决定性的影响。添加剂则是为了改善塑料的某些性能，以获取更满足使用要求的塑料制品，而在生产中特意加入的成分。1）主要原料：最常用的合成树脂有聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚酰胺PA、聚甲醛POM、酚醛树脂PF和氨基塑料UF/MF等。出厂时形状：粒状、粉状、液状、糊状等2）辅助材料：增塑剂、润滑剂、填充剂、着色剂、发泡剂、阻燃剂、抗氧剂、抗静电剂等。塑料制品的一般生产过程•配方设计：根据塑料制品的性能要求进行塑料各组成分的配方设计。添加不同组分或不同剂量的添加剂可制造出性能各异的不同塑料制品；•混炼：将树脂与各种添加剂充分混合，制成多相均态的混合物；•造粒：将混合物塑料加工成便于成型时使用的颗粒状半成品原料；如聚氯乙烯PVC经造粒后要求粒料大小均匀，外形尺寸最大不超过3-4mm；•成型：用不同的成型工艺设备，将半成品加工成塑料制件。塑料的成型工艺•塑料成型是将不同形态(粉状、粒状、溶剂或分散体)的塑料原料按不同方式制成所需形状的坯件，是塑料制品生产的关键环节。1、注射成型•注射成型又称注塑成型（注铸）。是热塑性塑料的主要成型方法之一。这种工序使设计师获得彻底的自由，几乎能创造出想象中的所有形态，并且被应用在所有塑料产品的制造领域。最初只限于热塑塑料，现在这种制模工序也可以用于部分流动性较好的热固塑料的制造上。•其原理是利用注射机中螺杆或柱塞的运动，将料筒内已加热塑化的粘流态塑料用较高的压力和速度注入到预先合模的模腔内，冷却硬化后成为所需的制品。整个成型是一个循环的过程，每一成型周期包括：定量加料－熔融塑化－施压注射－充模冷却－启模取件等步骤。在现代塑料的成型技术中，用注射成型法生产的制品，约占热塑性塑料制品的20％～30％，注射成型原理如下图7—7所示。•注射机是注射成型的主要设备，按外形特征可分为卧式、立式和角式注射机•注塑模具具有一个型腔，它的形状与需要加工成型的零件形状相反。熔融的塑料通过模具中心的浇铸口进入，填满模具。溶液在模具内部形成中空的形状或者许多孔，如果该形状位置发生偏心，成型的零件会被切去一部分。•双色注射是将两种颜料或材料注入同一个模具中，从而获得两种不同的肌理或颜色。•加工通常占入注塑成型的大部分费用。设计一个注塑件，设计师应当充分考虑，避免尖角，并且保持壁厚一致。最麻烦的成型就是在注塑件上形成切口。可以使用侧向力或后期处理打磨等拿走注塑中出现切口的零件。但侧向力减慢了生产周期，并且最终需要维修，或者更换磨损的模具。•一个工具的其他零件还包括挡板或者顶销，能将成型好的零件快速的推出，以进行下一个注塑周期。•注射成型方法有以下优点：高产量，高制造成本。能一次成型出外形复杂、尺寸精确和带嵌件的制品；可以极方便的利用一套模具，成批生产得到尺寸、形状、性能完全相同的产品；生产性能好，成型周期短，一般制件只需30－60秒可成型，而且可实现自动化或半自动化作业，具有较高的生产效率和技术经济指标。单件成本较低，但是通常需要更高的前期制造模具成本。•典型用途：电脑机箱，垒高拼装玩具，塑料餐具。2、挤出成型（挤压成型）挤出成型又称挤塑成型，主要适合热塑性塑料成型，也适合一部分流动性较好的热固性塑料和增强塑料的成型。其原理是利用机筒内螺杆的旋转运动，使熔融塑料在压力作用下连续通过挤出模的型孔或口模，待冷却定型硬化后而得各种断面形状的制品，其成型原理如图所示。一台挤出机只要更换螺杆和机头，就能加工不同品种塑料和制造多种规格的产品。相对注铸而言，成本较低，但生产上常受限于最低长度的定购量。•挤出模口模的截面形状决定了挤出制品的截面形状，但是，挤出后的制品由于冷却受力等各种因素的影响，制品的截面形状和模头的挤出截面形状并不是完全相同的。例如制品是正方形型材，见图7—13(a)，那么，口模形状肯定不是正方形的孔，见图7-13(b)；如果将口模的孔设计成正方形见图7—13(d)，则挤出的制品就是方鼓形，见图7—13(c)。•挤出成型是塑料加工工业中应用最早、用途最广、适用性最强的成型方法。与其他成型方法相比，挤出成型具有突出的优点：设备成本低，占地面积小，生产环境清洁，劳动条件好，生产效率高；操作简单，工艺过程容易控制，便于实现连续自动化生产；产品质量均匀、致密；可以机多用，进行综合性生产。挤出成型加工的塑料制品，主要是连续的型材制品，如薄膜、管板、片、棒、单丝，扁带、网、复合材料、中空容器、电线被覆及异型材料等。3压制成型•压制成型主要用于热固性塑料制品的生产，有模压法和层压法两种。压制成型的特点是：制品尺寸范围宽，可压制较大的制品；设备简单，工艺条件容易控制；制件无浇口痕迹，容易修整、表面平整、光洁；制品收缩率小、变形小、各项性能较均匀；不能成型结构和外形过于复杂、加强筋密集、金属嵌件多、壁厚相差较大的塑料制件；对模具材料要求高；成型周期长，生产效率低，较难实现自动化生产。•(1)模压成型•模压成型又称压塑成型。其原理是将定量的塑料原料置于金属模具内，闭合模具，加热加压，使塑性原料塑化流动并充满模腔，同时发生化学反应而固化成型，图714为模压成型示意图。模压成型制品质地致密，尺寸精确．外观平整光洁，无浇口痕迹，但生产效率较低。是热固性塑料和增强塑料成型的