第一部分-其他材料成形技术

三、金属基复合材料的成型
1. 金属基复合材料的分类 • 整体复合材料
• 表面复合材料
2.整体复合材料的成型
1）粉末冶金法 颗粒增强铁基复合材料多采用成熟的粉 末冶金法来制备，即将增强体与基体合金 粉末混合后冷压或热压烧结，也可以用热 等静压的工艺。
2.整体复合材料的成型
2）外加增强体颗粒法 外加增强体颗粒法是用铸造法制备金属 基复合材料的一种简单常用的方法，即将 固态的增强体颗粒逐步加入并混合于液态 金属中制得金属基复合材料。 采用粉料供给器均匀加入增强相材料或 采用超声波、机械搅拌或半固态铸造法等 。
固态成形技术
塑性成形技术 粉末冶金技术
连接成形技术
– – 焊接成形技术
绪论
4.本课程的目的
材料研究――材料制备――材料成型（产
品）――终目的。
– 常用工程材料成型工艺的知识，
– 工艺分析的能力，
– 了解现代材料成型的先进工艺、技术和发展趋
势。
第一篇 其他材料的成形
概述
其他材料是除金属材料以外的总称，主 要包括：有机高分子材料、无机非金属材 料和复合材料。 为什么要研究其他材料的成型：非金属 材料最突出得到特点是：密度小、重量轻 、抗腐蚀性能优良且电绝缘性好；成形工 艺简单，生产成本较低，应用前景广泛。
3. 压塑成形
• 当塑料预热，因流动性好，可降低成型压 力； • 模压温度：指成型时的模具温度。提高模 温可缩短成型周期，但塑料是热不良导体 ，太高的模温会使内部的塑料得不到应有 的固化。 • 模具温度在一定范围提高，也可以降低成 型压力，但应防止模具温度过高导致塑料 固化而失去降低成型压力的可能性。
1）压塑成形：
压制成型分为：模压法和层压：是将粉状、 粒状的塑料原料或片状的塑料坯料（层压法）放 入模具中，经加热和加压而成形为塑料制品的方 法。 材料：热固性塑料如酚醛树脂等 设备：压机 产品：电器开关、插座、汽车方向盘等。
3. 压塑成形
模压 层压
3. 压塑成形
产品：
3. 压塑成形
2） 成形过程：
3. 压塑成形
5）部分热固性塑料成型压力和温度
第二章 复合材料的成型加工
复合材料是由有机高分子、无机非金属或金 属等几类不同材料人工复合而成的新型材料。它 既保留原组分材料的主要特性，又通过复合效应 获得原组分所不具备的优越的综合性能。 组成复合材料有两类物质：
– 一类是基体材料――形成几何形状并起粘结作用，如树 脂、陶瓷、金属等； – 另一类是增强材料，起提高强度或韧化作用，如纤维 、颗粒等。
2. 挤塑成形
4）挤出工艺参数：
• 挤出机料筒温度：温度由低到高：加料段、压缩 段、均化段。防止加料段温度过高，否则导致塑 料在这段螺杆与料筒之间熔融，无法有效输送到 螺杆前端。 • 挤出模具温度：略高于料筒均化段温度，较高的 口模温度有利于降低离模膨胀，容易得到表面光 洁的制品；但过高的温度会引起塑料降解，甚至 烧焦。
三、塑料制件的成形方法
塑料成形： – 原材料种类 – 加工设备 – 最终产品的结构特征
1. 注塑成型
1）注塑成型又称注射成型， 将热塑性塑料或某些热固性塑料加工成 零件的加工方法。 采用注射机注射成型
1. 注塑成型
可制造重量大到数公斤，小到数克的各 种形状复杂的注塑件。
1. 注塑成型
2)流程： 将粉状的塑料原料经料斗装入料桶，并 在其内加热至熔融状态，在注射机柱塞或 螺杆作用下注入模具，冷却后脱模即得所 需形状的塑料制品。
1. 注塑成型
5）注塑常出现的问题
2. 挤塑成形
1）挤塑成形也称挤出成形 是将粉料或颗粒的塑料原料加入挤压机 的料桶中，加热软化，在螺旋螺杆的作用 下，使塑料受挤压前移通过口模，冷却后 制成等截面连续制品的方法。生产板、管 、型、棒、丝材等。
2. 挤塑成形
– 热固及热塑性塑料 – 挤出机
2. 挤塑成形
1. 注塑成型
– 时间： 一个生产周期：完成一次注射所需时间。 包括： 充模时间 3～5秒 注射时间 保压时间 20～120秒 闭模冷却时间 30～120秒
1. 注塑成型
4）成形前准备
– 原材料的预处理 颗粒的基本情况 干燥－－方法和温度 – 料筒的处理 清理料筒，专用料筒 – 嵌件的处理 预热处理－－防止对母体造成伤害
1. 注塑成型
1. 注塑成型
3）注射形成工艺的主要因素：
– 注射温度：提高温度－充模易，零件表面光洁 ，但高的熔体温度使塑料降解，力学性能急剧 下降； – 模具温度：影响充型、模塑成型周期、制品的 内应力等－低模温：充型困难；高模温：冷却 时间长――生产周期长，分子链松弛等。
1. 注塑成型
– 注射压力：影响充模能力； 包括：塑化压力和注射压力。 塑化压力：背压，是指螺杆顶部熔料在螺杆转 动时所受到的压力：提高背压使剪切力提高，温 度也会提高，塑化率下降，小于2.0MPa； 注射压力：以拄塞或螺杆顶部对塑料施加的压 力，克服塑料流动阻力， 提高冲模速度，对熔料 进行压实。
材料成形技术
四川大学 杨屹主讲
绪论
1. 科学与技术
科学 ？ 技术 ？
基础 资源 应用 财富
绪论
2.材料成形技术 材料成形技术是以各种工艺方法将材料 制备成具有一定结构形式和形状工件的技 术。 简单而言： 工件的制备方法！
绪论
3. 材料成形的工艺方法 液态成形技术
– – – – 金属的液态成形 塑料的液态成形
一、塑料的组成和分类
– 热固性塑料：以缩聚反应合成的树脂为基础， 加入多种添加剂组成的塑料。不可反复加热重塑 ，固化后，分子为网状的体型结构，呈不溶不熔 的特性。常用：酚醛塑料、有机硅塑料等。
塑料的特性决定了其成形方法： 热塑性：通过温度的降低成形 热固性：合成反应成形
二、工程塑料的工艺性能
1. 流动性：充型的基础 – 直接影响成型产品的质量 – 塑料材料的特点所决定――温度：A. 分解，B.聚 合， 方法：润滑剂如：烃类，酯类等，增塑剂 。 2. 结晶性： – 表现出晶体的性质――控制条件可改善产品性 能。
二、工程塑料的工艺性能
3 . 吸湿性 – 极性基团――吸水――气孔（泡） 4. 收缩性： 5. 热敏性： – 对热的敏感程度。
三、塑料制件的成形方法
塑料工业主要是由塑料生产和塑料制品 生产两大部分构成。
– 塑料生产是指树脂及塑料原材料的生产，通常 是由石化厂完成。 – 塑料制品生产（即塑料的成形加工）是采用各 种成形加工手段将粉状、粒状、溶液、糊状等 各种形态的塑料原料制成所需形状的制品或坯 件的过程。
3. 压塑成形
3）主要设备： 液压机 主要压制模具：与注射模具相似。有型腔 、合模导向机构、抽芯机构、排气结构、 加热冷却系统等，但没有浇注系统，只有 加料室。
3. 压塑成形
3. 压塑成形
4）主要控制因素：成型压力、模压温度和加 料量。 • 高的成型压力：用于压塑率高的塑料，为 使成型压力降低，可将松散的色料原料预 压成块状； 预压：将松散粉或纤维塑料，先用冷压法 ，压成质量一定，形状规整的密实体的作 业。
2. 挤塑成形
3）生产装置： 挤出机、挤出模具、冷却定型装置、 牵引装置、切割或卷取装置及控制系统组 成。其中：挤出机是关键装置。 挤出机： 挤压系统、传动系统、加热冷却系统 组成。关键部件是：螺杆。
2. 挤塑成形
2. 挤塑成形
螺杆：加料段、压缩段、均化段三个阶段
加料段：4～8D 传送至压缩段， 受热； 压缩段：受热， 前移，连续体， 排除气体； 均化段：6～10D，均匀塑化，稳定的挤出压力
将合成树脂、固化剂、固化促进剂、填料、 润滑剂、色料等按一定配比混合并定量加入高温 的压塑模具型腔和加料室中，然后将模具闭合。
– 热固性塑料：在热作用下，固转熔融状态，在压力下 充型，交联反应，转固态； – 热塑性塑料：在热作用下，固转熔融状态，在压力下 充型，冷却，固化脱模；
比较两种塑料的成形过程！！！
2.整体复合材料的成型
成形方法： • 以铸造成形工艺为基础； • 核心是进行增强相颗粒的合成反应 • 关键是合成过程控制：
– 控制反应速度 – 控制颗粒大小和数量
2.整体复合材料的成型
（2）自蔓延高温合成（SHS） 燃烧合成（Combustion Synthesis, 缩写 CS ） ， 也 称 为 自 蔓 延 高 温 合 成 （ Selfpropagating High-temperature Synthesis ， 缩 写 SHS），是在一定的气氛中点燃粉末压坯， 产生化学反应，其放出的生成热使邻近的 物料温度骤然升高而引发新的化学反应， 以燃烧波的形式蔓延通过整个反应物，同 时反应物转变为生成物（产品）。
2.整体复合材料的成型
问题： • 分布：增强相往往会因与基体比重不同而 产生凝聚、上浮或下沉，难以均匀分布； • 界面：润湿性问题，表面要求高 • 粘度：粘度随增强项含量的提高，粘度提 高，成形性恶化； • 缺陷：制件中容易形成气孔、夹杂；
2.整体复合材料的成型
3）原位反应复合法
原位反应复合法是一种新型的金属基复合材料的制 备方法，由Koczak等人首先于1989年提出，但实际上最早 出现于1967年前苏联Merzhanov用自蔓延高温合成法（SHS ）合成TiB2/Cu功能梯度材料的研究中。 与以上两种复合工艺相比，原位反应复合法的增强体 颗粒尺寸比较细小，且表面无污染，与基体的结合为冶金 结合，避免了与基体浸润不良的问题，因而结合良好；具 有工艺简单，成本低的特点。
2. 挤塑成形
挤出速度和牵引速度：与生产效率有关。但 过高的挤出速度容易引起塑料熔体表面破碎；而 牵引速度的提高会形成塑料熔体的拉伸，适合的 拉伸比（口模与芯棒所形成的空间的截面积与制 品截面积之比）可缓解熔体破裂的产生。 小结： 材料：热固与热塑 设备：挤出机：螺杆 产品：材（型）