第七章 其它材料成.ppt

第7章其它材料成形,1.粉末冶金2.其它材料成形综述,7.1粉末冶金,7.1.1粉末冶金的特点与应用,1.粉末冶金的特点,（1）可制造金属与金属、金属与非金属的复合材料（2）能制成难熔合金等用其它方法所不能生产的材料和制品（3）能制成由互不溶解的金属或金属与非金属组成的伪合金（4）可直接制成质量均匀的多孔性制品（5）可直接制成尺寸准确、表面光洁的零件,凸轮,2.粉末冶金的应用,（1）机械零件,含油轴承,离合器摩擦片,（2）各种工具,硬质合金刀具,量具,金刚石工具,金属陶瓷刀具,（3）各种特殊用途的材料或原件,继电器上的触点,粉末冶金成型工艺简介,烧结后的处理,压制成型,烧结,粉末冶金成品,,,,,粉料制备,7.1.2粉末冶金生产工艺过程,1.制粉与混配料,（1）粉末的工艺要求▲粉粒越细，制品性能越好，但越细的粉末越难制得；▲粉末的流动性表征粉末充填型腔的能力。粉粒越接近球形、粉粒越大，流动性越好；▲松装密度粉末自由松装时单位容积的质量；▲压制性包括压缩性和成型性。,（2）粉末制备方法,机械法通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。物理法采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。化学法依靠化学反应或电化学反应过程，生成新的粉态物质。,2.压制,主要功能（1）将粉末成形为所要求的形状；（2）赋予坯体以精确的几何形状与尺寸，应考虑烧结时的尺寸变化；（3）赋予坯体要求的孔隙度和孔隙类型；（4）赋予坯体以适当的强度，以便搬运。,基本压制方式a单向压制b双向压制c浮动压制,压制,压制过程可分为四个阶段（1）粉末颗粒移动，孔隙减小，颗粒间相互挤紧；（2）粉末挤紧，小颗粒填入大颗粒间隙中，颗粒开始有变形；（3）粉末颗粒表面的凹凸部分被压紧且啮合成牢固接触状态；（4）粉末颗粒加工硬化到了极限状态，进一步增高压力，粉末颗粒被破坏和结晶细化。,压坯置于基体金属熔点以下温度（约0.7-0.8T，单位K）加热保温，粉末颗粒之间产生原子扩散、固溶、化合和熔接，致使压坯收缩并强化，这一过程称为烧结。目的依靠热激活作用，原子发生迁移，粉末颗粒形成冶金结合；提高烧结体的强度。原理粉末在热激活状态下，表面能降低，导致空隙减小，密度增大，强度增加。影响因素烧结温度、保温时间、加热和冷却速度,3.烧结,▲浸渍利用烧结件多孔性的毛细现象浸入各种液体。润滑、提高强度和防腐能力、为了表面保护。▲表面冷挤压提高零件的尺寸精度和减小表面粗糙度。▲切削加工横槽、横孔，以及轴向尺寸精度高的面等。▲热处理可提高铁基制品的强度和硬度。▲表面保护处理对用于仪表、军工及有防腐要求的粉末冶金制品很重要。,4.后处理,7.1.3粉末冶金制品的结构工艺性,避免出现脆弱的尖角,,避免模具和压坯出现局部薄壁,锥面和斜面需有一小段平直带,需要有脱模锥角或圆角,7.2其它材料成形综述,1.塑料的组成及特点塑料是一类以天然或合成树脂为主要成分，在一定温度、压力条件下经塑制成形，并在常温下能保持形状不变的高分子工程材料。,7.2.1工程塑料及成形,一般说来，塑料是由树脂和若干种添加剂（如填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、稳定剂、固化剂和阻燃剂）组成。,塑料具有如下特点（1）密度小；（2）耐腐蚀；（3）电绝缘性好；（4）耐磨和减摩性好；（5）良好的成形性。,2.常用的工程塑料按树脂受热的行为分为热塑性与热固性塑料热塑性塑料其分子结构主要为线型或支链线型分子结构，工艺特点是受热软化、熔融，具有可塑性，冷却后坚硬；再受热又可软化，可重复使用而其基本性能不变；可溶解在一定的溶剂中。成形工艺简便、形式多种多样，生产效率高，可直接注射、挤压、吹塑成形。如聚乙烯、聚丙烯、ABS等。热固性塑料具有体型分子结构，热固性塑料一次成形后，质地坚硬、性质稳定，不再溶于溶剂中，受热不变形，不软化，不能回收。成形工艺复杂，大多只能采用模压或层压法，生产效率低。如酚醛塑料、环氧塑料等。,3.工程塑料成型,（1）注射成型,将坯料或粉状塑料从注塑机的料抖松紧加热得料桶，经过加热熔化至粘流太后，由注塞或螺杆的推动而通过料桶端部的喷嘴并注入温度较低的闭合塑模中，从曼苏模的熔料在收压的情况下，经冷却固化后，即可保持塑料行腔所赋予的形状，最后送楷模具，顶出制品。,注射成形示意图,,（2）挤出成形,挤出成形又称挤塑成形或挤出模塑，其成形过程如下图所示。首先将粒状或粉状的塑料加入到挤出机（与注射机相似）料斗中，然后由旋转的挤出机螺杆送到加热区，逐渐熔融呈粘流态，然后在挤压系统作用下，塑料熔体通过具有一定形状的挤出模具（机头）口模而成形为所需断面形状的连续型材。,挤出成形示意图,（3）压制成型,成型过程将粉状、粒状或纤维状热固性塑料转为熔融的粘流态，并在这种状态下流满型腔而取得型腔所赋予的形状，随后发生交联反应，分子结构由原子线型分子结构转变为网状分子结构，塑料也由粘流态转变为玻璃态，即硬化定型成塑料制品，最后脱模取出制品。,特点设备和模具结构简单，投资少；可生产大型制品，尤其是有较大平面的平板类制品，也利用多槽模具大量生产中、小型制品，制品强度高；压制成型生产周期长，效率低，劳动强度大，难以实现自动化。,压制成形示意图,,（4）吹塑成型,借助压缩空气，使处于高弹态或粘流态的中空塑料型坯发生吹胀变形，然后经冷却定型获得塑料制品的法。,（5）浇铸成形,塑料的浇铸成形是借鉴液态金属浇铸成形的方法而形成的。其成形过程是将已准备好的浇铸原料（通常是单体经初步聚合或缩聚的浆状物或聚合物与单体的溶液等）注入模具中并使其固化（完成聚合或缩聚反应），从而获得与模具型腔相吻合的塑料制品。,浇铸成形,,（6）压延成形,压延成形是将已加热塑化的接近粘流温度的热塑产通过一系列相向旋转的水平辊筒间隙，并在挤压和延展作用下成为规定尺寸的连续片状制品的成形方法。压延成形具有加工能力大，生产速度快，产品质量好，生产连续，可以实现自动化等特点，其主要缺点是设备庞大，前期投资高，维修复杂，制品宽度受压延机辊筒长度的限制。,（7）塑料成形后的机械加工和修饰,塑料可采取的机械加工方法很多，如裁切、切削、激光加工等。,表面修饰是指为美化塑料制件或为提高制品表面的耐蚀性、耐磨性及防老化等功能而进行的涂装、印刷、镀膜等表面处理过程。,（8）塑料制品的结构工艺性,,塑料制品的形状、尺寸大小等对成型工艺和模具结构的适应性称为塑料制品的结构工艺性。在进行塑料制品的结构设计时，应保证在使用的条件下，易于成型。,（2）制品的开口部分应设计出翻边凸缘，以增强该处的刚度。,（3）为保证制品的顺利脱模，应有一定的脱模斜度。（4）有利于脱模，制品应避免有内凸的形状。（5）要避免以整个平面作支承面，在高壁或在面积的平底部分应设计加强肋，以增加其刚度与强度过。（6）为保证制品的强度，制品中的孔与壁边的距离应不小于孔径。（7）一些受力的制品，可在其中心嵌金属芯，以增加强度和刚度。（8）两壁相接处应有圆角过渡。,（1）制品的壁厚应均匀,内腔形状,园角的设计,,7.2其它材料成形综述,采用加强筋改善壁厚,采用加强筋防止翘曲,7.2其它材料成形综述,加强筋的连接,加强筋的尺寸,7.2其它材料成形综述,1.工业橡胶的组成及特点,7.2.2橡胶及成形,橡胶是以生胶为原料，加入适量配合剂，经硫化后所组成的高分子弹性体。由生胶、配合剂、硫化剂、促进剂、软化剂、填充剂、防老化剂和着色剂等组成。橡胶具有高弹性和一定强度等特点。,2.常用橡胶,3.橡胶成形方法,橡胶制品的成形一般是先准备好生胶、配合剂、纤维材料、金属材料，生胶需经烘胶、切胶、塑炼后与粉碎后配好的配合剂混炼，再与纤维材料或金属材料经压延、挤出、裁剪、成形、硫化、修整、成品校验后得到各种橡胶制品。,7.2.3胶粘剂及粘接成形工艺,胶接是利用胶粘剂在一定条件下把两个胶接件联接在一起，形成具有一定的联接强度的联接。胶粘剂是一种靠界面作用产生的粘合力将各种材料牢固地连接在一起的物质。,胶粘剂是以某些粘性物质为基料，加入各种添加剂构成。胶粘剂按其料的化学成分不同分为有机胶粘剂和无机胶粘剂两大类。天然的有机胶粘剂如骨胶、松香、浆糊等；合成的有机胶粘剂如树脂胶、橡胶胶等。各种磷酸盐、硅酸盐类的胶粘剂属于无机胶粘剂。,胶接工艺,（1）接头设计（2）胶粘剂的选择（3）表面处理（4）配胶（5）装配与涂胶（6）固化,7.2.4工业陶瓷及其成形,陶瓷是由天然或人工合成的粉状矿物原料和化工原料组成,经过成形和高温烧结制成的,由金属和非金属元素构成化合物反应生成的多晶体相固体材料。,1.陶瓷的性能,（1）陶瓷的力学性能陶瓷的弹性模量和硬度很高，塑性、韧性差，抗拉强度低，抗弯强度高、抗压强度高。,（2）热性能陶瓷的线膨胀系数较小，比金属低得多。（3）电性能多数陶瓷具有良好的绝缘性能，但有些陶瓷具有一定的导电性，如压电陶瓷、超导陶瓷等。（4）化学性能陶瓷的结构非常稳定，通常情况下不可能同介质中的氧发生反应，不但室温下不会氧化，即使1000℃以上的高温也不会氧化，并且对酸、碱、盐等的腐蚀有较强的抵抗能力，也能抵抗熔融金属如铝、铜等的侵蚀。（5）光学特性陶瓷一般是不透明的，随着科技发展，目前已研制出了如制造固体激光器材料，光导纤维材料、光存储材料等陶瓷新品种,2.常用工业陶瓷,3.陶瓷的成形方法,（1）注浆成形将陶瓷颗粒制成浆料，浇注到石膏模（也有用多空塑料模的）中，石膏模可以把浆料中的液体吸出，模具内留下坯体成形。适用于形状复杂、大型薄壁、精度要求不高的日用和建筑陶瓷制品。近年来也引进了许多铸造新工艺，发展了离心注浆、真空注浆、压力注浆等方法。瓷。热压铸成形适用于制造各种外形复杂、细腻的陶瓷器件。（2）可塑成形可塑成形是在外力作用下，使可塑坯料发生塑性变形而制成坯体的方法。有刀压、滚压、挤压和手捏等。这是最传统的陶瓷成形工艺，在日用和工艺陶瓷中应用最多。,（3）压制成形在粉末中加入少量水分或润滑剂（如油酸和蜡）和粘结剂（如聚乙烯醇），然后在金属模具中加一定的压力，把粉料压制成坯体的过程。适用于形状简单、尺寸较小的特种陶瓷制品。（4）热压铸成形用煅烧过的熟瓷粉和石蜡等制成料浆，然后在压缩空气的作用下使之迅速充满模具各个部分，保压冷凝，脱模得到蜡坯。在惰性粉粒的保护下，将蜡坯进行高温排蜡，然后清除保护粉粒，得到半熟的坯体，此半熟坯体还要再一次经高温烧结才能成瓷。热压铸成形适用于制造各种外形复杂、细腻的陶瓷器件。,7.2.5复合材料及其成形,陶瓷是由天然或人工合成的粉状矿物原料和化工原料组成,经过成形和高温烧结制成的,由金属和非金属元素构成化合物反应生成的多晶体相固体材料。,1.复合材料的性能,（1）比强度和比模量高（2）疲劳强度较高（3）减振性好,2.复合材料的分类,（1）纤维增强复合材料1）玻璃纤维增强复合材料2）碳纤维增强复合材料（2）层合材料（3）颗粒复合材料,3.复合材料的成形方法,（1）手糊成形（2）层压成形,谢谢,,,1、工业陶瓷制品的成型基础,生产工艺经历以下三个阶段,坯料制备,成型,烧结,,,工业陶瓷制品,陶瓷生坯,陶瓷烧结,7.2其它材料成形综述,2、工业陶瓷制品的成型方法,（1）可塑法成型,挤压法成型将具有可塑性的泥料，通过挤机嘴成形。,,7.2其它材料成形综述,轧膜成形将陶瓷粉体和粘结剂、溶剂等置于置于轧辊上混炼，使之混合均匀，伴随吹风，溶剂逐步挥发，形成一层厚膜；调整轧辊间距，反复轧制，可制得薄片瓷坯。,,7.2其它材料成形综述,以水为溶剂、粘土为粘结剂和陶瓷粉体混合，配制成的具有较好流动性的料浆，再将料浆注入到具有产品形状的石膏模中成形的方法。,2注浆法成形,,7.2其它材料成形综述,（3）压制法成型,它是将含有一定水分和添加剂的粉料，在金属模具中用较高的比压压制成型。,压制成型示意图,压制成型的陶瓷制品,7.2其它材料成形综述,复合材料（compositematerial）由两种或两种以上物理化学性质不同的物质，经人工合成的一种多相固体材料。优点充分发挥组成材料的性能；材料优化设计。结构复合材料如玻璃钢功能复合材料如双金属片,7.2.2复合材料成型,7.2其它材料成形综述,模具准备,树脂胶液配制,增强材料准备,涂脱模剂,手糊成型,固化,脱模,后处理,检验,制品,,,,,,,,,,,,手糊成型工艺流程,1、树脂基复合材料成型,手糊成型,7.2其它材料成形综述,,7.2其它材料成形综述,工艺流程,喷射成型,工艺流程,喷射成型,7.2其它材料成形综述,,7.2其它材料成形综述,层压成型,工艺过程层叠胶布→模板之间→加热、加压固化→冷却、脱模、修整→层压板工艺特点▲制品表面光，质量好且稳定，设备简单，生产率高▲只能生产板材，且尺寸受限，制品精度低，劳动轻度大。,7.2其它材料成形综述,袋压成型,加压袋法手糊或注射成形未固化玻璃钢→橡胶袋→加压→加热固化真空袋法手糊或注射成形未固化玻璃钢→橡胶袋→抽真空→固化工艺特点▲制品光滑，适应各种树脂；质量高；但成本高；▲适于快速原型零件和产量不大的制品，不能生产复杂、大件制品。,7.2其它材料成形综述,拉挤成型,7.2其它材料成形综述,2、金属基复合材料成型,（1）粉末冶金法（2）热压扩散结合法（3）压铸、离心铸造及熔模精铸（4）等离子喷涂法,3、陶瓷基复合材料成型,（1）粉末冶金法（2）浆体法（3）料浆浸渍热压成型（4）化学气相渗透工艺,料浆浸渍热压成型,7.2其它材料成形综述,