材料概论(周达飞)(二版) 第4章

材料概论第四章材料成型•4.1材料的成型加工•4.2自由流动成型•4.3受力流动成型•4.4受力塑性成型•4.1材料的成型加工•4.1.1成型方法•4.1.2加工方法•4.1.3材料成型特性第四章材料成型•4.1材料的成型加工•材料的制备技术和成型加工技术是一个国家经济发达程度的标志之一。•成型加工是材料走向具有使用价值产品的桥梁。•新材料、新产品、新技术的产生在某种意义上取决于成型加工工艺技术和成型加工机械的突破。•材料的加工工艺涉及三个方面，即材料、成型加工与制品。•材料的内在性能与成型加工的工艺过程紧密联系在一起。第四章材料成型第四章材料成型例如：我们日常生活中经常使用的塑料薄膜有很大一部分是聚乙烯薄膜。因此，材料的内在性能和成型加工所赋予的附加性能的总和决定了制品性能。图4－1薄膜生产中吹胀与牵引牵引吹胀连接机头压缩空气连接牵引机薄膜•4.1.1成型方法•成型的目的是将材料转变成为一定形状的半成品（毛坯）或成品。•金属材料、无机非金属材料、高分子材料其成型方法形成各自的系统特色。•表4－1列出金属材料、无机非金属材料、高分子材料的主要成型方法，每种材料采用哪一种成型方法，应根据其自身的成型特性、制品性质及经济上的合理性等因素来取舍。第四章材料成型表4－1材料主要成型方法类别品种成型方法金属材料黑色与有色金属浇铸（铸造）成型、锻造成型、冲压成型、轧制、挤压、拔制、超塑性成型、粉末冶金、焊接（连接成型）等陶瓷可塑成型（挤压成型、车坯成型、旋坯成型、滚压成型）；注浆成型（空心注浆、实心注浆、压力注浆、离心注浆、真空注浆、热压注、流延法）及压制成型等玻璃人工成型（人工吹制、自由成型、人工拉制等），机械成型（压制法、吹制法、拉制法、压延法、浇铸法、烧结法等）无机非金属材料水泥注浆橡胶塑料压制、压延、压出、浸渍、浇铸、涂层等注塑、压制、压延、挤出、中空成型、热成型、浇铸、搪塑、浸渍、真空成型、泡沫塑料成型、烧结等纤维熔体纺丝、干法纺丝、湿法纺丝等高分子材料复合材料手糊成型、模压成型、缠绕成型、挤出及注射成型等注：本表中只列出树脂基复合材料成型方法。第四章材料成型•4.1.2加工方法•加工，通常指材料成型后的加工（后加工），主要有机械加工、修饰和装配三个环节组成。•表4－2列出主要的加工方法。第四章材料成型第四章材料成型表4－2材料主要加工方法加工方法采用手段机械加工修饰装配车、铣、钻、锯、刨等锉、磨、抛光、涂饰、印刷、表面金属化等焊接、粘接、机械连接等•4.1.3材料成型特性•材料在其成型加工特性上有许多相似之处，材料的成型性主要表现在两个方面：可流动性与可塑性变形性。•将材料的成型方法从传统三大材料区分方法中重新归类，将其归纳为四种成型类别：自由流动成型、受力流动成型、受力塑性成型与其他成型，如表4－3所示。第四章材料成型•4.2自由流动成型•*4.2.1金属砂型铸造•*4.2.2橡胶浸渍成型•4.2.3陶瓷注浆成型第四章材料成型•4.2自由流动成型•自由流动成型是指将呈流动状态的物料，成型时无外力作用下，倒入模型型腔或使其附在模型表面，经改变温度（降温或升温），或反应，或溶剂挥发等作用，使之固化或凝固，而形成具有模型形状的产品，最终的产品可以是成品，也可以是半成品（或毛坯）。•自由流动成型中典型代表是：金属砂型铸造、塑料与橡胶浸渍成型、陶瓷注浆成型。第四章材料成型•4.2.1金属砂型铸造•铸造是将金属熔化成液体，浇注到具有与零件形状相近似的铸型空腔内，待其冷却、凝固后获得铸件的工艺方法。简化的工艺流程如下。第四章材料成型金属熔化液体浇注冷凝铸型铸件•4.2.2橡胶浸渍成型•浸渍成型是将高分子材料配制成胶乳，用与制品形状相近似的模型浸渍胶乳，使胶乳粘附在模型外表面，经干燥、硫化后获得胶乳制品的工艺方法。简化的工艺流程如下。•图4－5玩具气球生产工艺流程简图第四章材料成型高分子材料浸渍干燥、硫化配制模型胶乳胶乳制品•图4－5玩具气球生产工艺流程简图第四章材料成型浸渍槽浸渍成膜干燥、硫化脱模模型清理涂隔离剂模型烘道检验制品表面处理•4.2.3陶瓷注浆成型•陶瓷注浆成型是将配制好注浆料，浇注到具有与零件形状相近似的石膏模型空腔内，利用石膏模的吸水性，使泥浆分散地粘附在模壁上，形成和模型相同形状的坯泥层，并随时间的延长而逐渐增厚，当达到一定程度时，经干燥收缩而与模壁脱离，然后脱模取出，得到生坯。制成的生坯经干燥、上釉、装饰、烧成，得到陶瓷制品。简化的工艺流程如下。第四章材料成型原材料配制注浆料成型干燥上釉、装饰烧成制品生坯脱模注浆第四章材料成型•4.2.3陶瓷注浆成型•1、注浆料配制•注浆坯料应满足下列要求、细度、流动性、水分、触变性、悬浮性。•2、注浆成型•自由流动成型中注浆成型主要有空心注浆（单面注浆）和实心注浆（双面注浆）两种。•3、干燥•生坯干燥过程可分为：预热阶段、等速干燥阶段、降速干燥阶段与平衡状态。•生坯干燥方法主要有：自然对流干燥、强制对流干燥、辐射干燥等。•4、施釉、装饰•5、烧成：一次烧成和二次烧成之分。•4.3受力流动成型•4.3.1塑料注塑成型•*4.3.2玻璃吹制成型第四章材料成型•4.3受力流动成型•受力流动成型是指成型时在受力作用条件下，将呈流动状态的物料，注入模型型腔，或使物料通过一定形状的口模，或附在模型表面，经温度变化（降温或升温），或反应，或溶剂挥发等作用，使物料冷凝、固化，最终形成产品。受力流动成型得到的产品，一般无需后续加工可直接使用。•与自由流动成型相比，两种成型方法均是在物料流动状态下进行，区别在于自由流动成型无外力作用，而受力流动成型是在受力条件下成型。•一是高分子材料的各种成型，如塑料注塑、挤出、压延，纤维纺丝等。•另一类是无机非金属材料的各种成型，如陶瓷压力注浆、热压注，玻璃压制、拉制、压延、吹制等。第四章材料成型•4.3.1塑料注塑成型•注塑成型的过程是将粒状或粉状树脂配合料从注射机的料斗送进加热的料筒，经加热熔化呈流动状态后，由柱塞或螺杆的推动，使其通过料筒前端的喷嘴注入闭合模具中。充满模具的熔料在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热（热固性塑料）固化后得到注塑模型腔所赋予的形状，开启模具即得制品。简化的工艺流程如下。第四章材料成型原料预处理加料加热熔融塑化注射保压冷却脱模制品后处理•4.3.1塑料注塑成型•成型前准备：原料的预处理、料筒、模具清理、脱模剂使用、嵌件预热及安置。•注射成型：包括加料、塑化、注射、冷却固化和脱模等几个工序。充模、保压、凝封、冷却。成型周期（注射周期）。注塑成型过程中最为重要、最为关键的就是物料的塑化。•制品后处理：退火处理、调湿处理•影响质量因素：除原料、设备的影响因素外，包括温度（料温、模温）、注射压力与注射速度。第四章材料成型•4.3.2玻璃吹制成型•玻璃是一种具有各种优良性能和易加工的材料，它广泛用于各个领域。如建筑玻璃、日用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、药用玻璃、仪器玻璃、激光玻璃等。它们的品种与用途虽各不相同，但它们的生产工艺流程却十分相近，简化的成型工艺流程如下：第四章材料成型原料加工配合料制备熔制成型退火处理制品•4.3.2玻璃吹制成型•成型前准备：原料加工、玻璃熔制。•人工吹制成型：人工吹制的主要工序为挑料、吹小泡、吹制、加工等。•退火后处理第四章材料成型•4.4受力塑性成型•4.4.1金属锻造•*4.4.2陶瓷挤压成型•*4.4.3橡胶压出成型第四章材料成型•4.4受力塑性成型•受力塑性成型是指在受力条件下，在高温，或常温，或塑化剂存在下，固态物料产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及机械性能的成型方法。与前两种成型方法（自由流动成型、受力流动成型）相比，受力塑性成型过程中，物料不发生流动，而产生塑性变形。•事实上塑性变形包括弹性变形和塑性变形两部分。•受力塑性成型主要有金属锻压成型、陶瓷可塑成型、橡胶塑性成型。第四章材料成型•4.4.1金属锻造•利用一定的设备和工具，将固态金属在高温或常温下及外力作用下，产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及力学性能的工艺方法，称锻压（锻造与冲压）。•黑色金属和大多数有色金属都具有一定的塑性，均可在冷态或热态下进行变形加工。压力加工的方法有锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等，图4－11所示为金属各种受力塑性成型方法。第四章材料成型•4.4.1金属锻造•金属自由锻造。•自由锻造是将坯料置于上、下铁砧之间进行锻压，使坯料产生塑性变形而获得锻件的加工方法。自由锻造制得的锻件，从形状方面有轴类、圆筒（圆柱状）、环、圆盘等等。简化的自由锻造锻件制造工艺流程如下所示。第四章材料成型钢锭或钢板加热锻造退火或缓冷材料试验机械加工热处理机械加工检验制品•4.4.1金属锻造•自由锻造的基本方法有：实心（延伸）锻造、展宽锻造、镦锻、冲孔与扩孔锻造。•其工序：坯料加热、锻造、锻造后冷却第四章材料成型•4.4.2陶瓷挤压成型•陶瓷挤压成型属可塑成型方法，此外，还有车坯成型、旋坯成型和滚压成型等亦称可塑成型。我国古代采用的手工拉坯是最原始的可塑法。挤压成型是将配制好的可塑料团，由挤压机的螺杆或活塞挤压向前，经机嘴出来达到要求的形状。陶瓷的挤压成型与塑料挤出成型和橡胶的压出成型相类似。挤压得到的生坯经干燥、上釉、装饰、烧成，得到陶瓷制品。简化的工艺流程如下：第四章材料成型可塑料挤压原材料配制成型干燥上釉、装饰烧成制品生坯•4.4.2陶瓷挤压成型•可塑料配制：良好的可塑性、一定的细度、适当水分、空气含量、一定干坯强度。•挤压成型：挤压的压力、挤出速率。•挤压成型的缺陷有：气孔、弯曲变形、表面不光滑、管壁厚度不一致。第四章材料成型•4.4.3橡胶压出成型•橡胶压出成型又称挤出成型，是橡胶工业的基本工艺之一。•压出成型具有连续、高效、不用金属模型即能成型制造多种橡胶制品等优点，而且压出效应比橡胶压延效应小。因此，目前广泛用来制造胎面、内胎、胶管、电线电缆和各种复杂断面形状的（空心或实心）半制品等。橡胶压出成型简化的工艺流程如下所示：第四章材料成型橡胶原料炼胶（塑炼、混炼）滤胶压出冷却定型半制品•4.4.3橡胶压出成型•成型前准备：橡胶塑炼、橡胶混炼、回炼、滤胶。•压出成型：胶条送至压出机，胶条受螺杆挤压通过机头口模而成型。•压出成型的影响因素：胶料组成和性能、压出机结构、压出温度、压出速度、压出物的冷却。第四章材料成型•从三大材料共性出发，说明材料成型性及成型方法？第四章材料成型