第6章材料成型和连接
切向键连接--pxzl
第6章键、花键、成型连接和销连接内容提要本章主要讲述键、花键、销连接及过盈连接。
讨论这些连接的类型、工作原理、结构形式和类型的选择方法及应用，重点研究键连接截面尺寸的确定方法、失效形式、强度计算方法。
键和花键连接广泛应用于轴和轮毂零件之间的周向固定并且传递转矩。
其中，有的还能实现轴向固定以传递轴向力；有的则能实现轴向滑动连接。
销连接主要用来固定零件的相互位置，销连接通常只传递较小载荷。
销还可用作安全装置。
成形连接和弹性环连接则是轴毂连接的其他形式，后者只能构成静连接。
成形连接又称无键连接，用于轴毂连接时一般采用为非圆形截面。
6．1键连接键是标准件，主要类型有平键、半圆键、楔键和切向键。
设计者的任务是如何进行选择。
6．1．1平键连接1.平键连接平键的工作原理：平键的两侧面是工作面，见图6-1，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙。
工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩。
平键连接的优点是结构简单，对中性好，装拆、维护方便。
缺点是不能承受轴向力。
平键的分类：普通平键，导向平键，滑键和薄型平键。
普通平键属静连接。
导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动连接。
普通平键又分成A型（双圆头）见图6-2a、B型（方头）见图6-2b、C 型（单圆头）见图6-2c三种。
图6-1普通平键连接A型键：轴上的键槽用圆柱铣刀加工，轮毂上的键槽用插削、拉削或线切割等方法加工。
键在键槽中固定良好，但是键的工作长度小于它的总长度，所以圆头部分并未被充分利用；再有轴上键槽端部产生应力集中。
B型键：轴上的键槽用圆盘铣刀加工，避免了A型键的缺点。
必要时用螺钉紧固。
C型键：常用于轴端与轮毂配合键连接，装配时简单方便。
当轮毂为薄壁零件建议采用键高较小的薄型平键。
它与普通平键的区别在于，高度约为普通平键的60%—70%，因此薄型平键所传递的载荷也比普通平键低。
（a）A型键 (b) B型键 (c) C型键图6-2普通平键的型号同一轴上不同轴段的键槽要设计在一条母线上，以方便加工。
第6章 -材料成型及控制
3. 保温时间 一定的保温时间是钎料同母材相互扩散、 形成强固的结合所必需的。但过长的保温 时间同样会导致某些过程的过分发展而走 向反面
（还原性气体炉中钎焊）
确定保温时间的因素 ① 钎料与母材相互作用特性 作用强烈时，t↓ ② 焊件大小（保证加热均匀） 大件时，t↑ ③ 钎缝间隙（钎料/母材间必要的相互作用） 大间隙时，t↑ 注意：钎焊温度和保温时间的相互影响
4. 加热速度和冷却速度 加热快——内应力 加热慢——晶粒长大、组元蒸发、氧化、 钎剂分解 保证均匀加热的前提下尽量缩短加热时间 冷速慢——晶粒长大 冷速快——热应力，裂纹
பைடு நூலகம்
6-4 钎焊后的处理工序
一 钎焊后处理 出于产品性能的需要，也可能是基于工艺 的考虑。 两种类型： 1. 改善接头组织进行的扩散热处理； 2. 消除钎焊产生的内应力而进行的低温退火 处理。
四 表面制备后零件的保存 遵循原则： 1. 尽量缩短存放时间，从速完成钎焊 2. 在保存中必须保持零件的洁净
6-2 零件的装配和固定
1. 装配工序目的：使零件获得设计所要求的 钎缝间隙位置和大小，保证焊件的总体尺 寸，防止在钎焊施工中零件的错动。 2. 方法： ① 简易固定方法 ② 工装夹具
夹具——加工时用来迅速紧固工件，使机床、 刀具、工件保持正确相对位置的工艺装置。
2. 覆层功用分类： ① 工艺镀层——改善或简化钎焊工艺条件； 用于氧化性强的母材，保护它不被氧化， 使之能在较低的工艺条件下获得质量良好 的接头；用于较难或不能为钎料润湿的母 材
② 阻挡镀层——作用在于抑止钎焊过程中可 能发生的某些有害反应 ③ 钎料镀层——用途是作钎料，减少钎缝缺 陷、提高致密性，以保证高度的气密或在 大面积、多钎缝结构的生产中简化工艺、 保证钎焊质量并提高生产率
第6章 三维印刷成型工艺及材料
Nantong Institute of Technology
6.1 概述
国内外广泛关注： 三维印刷成型零件的性能 三维印刷成型打印材料 三维印刷成型粘结剂 三维印刷成型设备
Nantong Institute of Technology
6.2 成型原理及工艺
6.2.1 成型原理
工艺原理：喷头在计算机控制下，按 照截面轮廓的信息，在铺好的一层粉 末材料上，有选择性地喷射粘结剂， 使部分粉末粘结，形成截面层。一层 完成后，工作台再下降一个层厚，铺 粉，喷射粘结剂，进行下一层的粘结， 如此循环形成产品原型。用粘结剂粘 结的原型件强度较低，要置于加热炉 中，作进一步的固化或烧结。
图6-5 液滴喷射分类
Nantong Institute of Technology
6.3 成型系统
6.3.1 喷墨系统 ，液滴发生器中振荡器发出振动信号，产生的扰 动使射流断裂并生成均匀的液滴；液滴在极化电场获得定量的电荷，当通过 外加偏转电场时，液滴落下的轨迹被精确控制，液滴沉积在预定位置。而不 带电的墨滴将积于集液槽内回收。
工业级覆膜砂3DP打印机快速 成型产品
Nantong Institute of Technology
6.2 成型原理及工艺
6.2.3 工艺特点
缺点： （1）精度和表面质量较差 （2）原型件强度低 （3）原材料成本高
近100万元
Nantong Institute of Technology
6.3 成型系统
6.1 概述
1989年，麻省理工学院（MIT）的Emanual Sachs 申请了3DP专利。
材料工程基础-第六章 粉末材料的成形与固结
P0—初始接触应力 ρ—相对密度
θ0—(1-ρ) a=[ρ2(ρ-ρ0)]/θ0
成形方法
压力成形
增塑成形
浆料成形
模压成形 三轴压制 等静压成形 高能成形 挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
注浆成形 热压铸成形 流延法成形 压力渗滤 凝胶铸模成形 直接凝固成形
二、压力成形 1、 模压成形
压力成形
增塑成形
挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
浆料成形
二、增塑成形
1、挤压（挤出）成形： 利用压力把具有塑性的粉料通
过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯体的形状。
单螺杆挤出机示意图
通心粉
➢ 2、轧膜成形（滚压或辊压成形）
将粉体和粘结剂、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 得薄片坯料。
２、 粉末在压力下的运动行为
成形工艺主要有： 刚性模具中粉末的压制（模压） 弹性封套中粉末的等静压 粉末的板条滚压 粉末的挤压
受力过程的三个阶段
第一阶段：首先粉末颗粒发生重排； 第二阶段：颗粒发生弹塑性变形； 第三阶段：颗粒断裂。
压坯密度与压制压力的关系
在压制过程中，随着压力的增加，粉 体的密度增加、气孔率降低。人们对压 力与密度或气孔率的关系进行了大量的 研究，试图在压力与相对密度之间推导 出定量的数学公式。目前已经提出的压 制压力与压坯密度的定量公式（包括理 论公式和经验公式）有几十种之多，表 中所示为其中一部分。
成形的理论基础 粉末的工艺性能 粉末在压力下的运动行为 成形方法
一、成形的理论基础
１、粉体的堆积与排列
晶胞 BCC
金属材料及加工工艺
图62为采用铸造方法生产的产品
第六章 金属材料及加工工艺
6 2金属材料的工艺特性 成型加工
2熔模铸造 又称失蜡铸造;为精密铸造方法之一;是常闲的铸造方法 熔模
铸造的工艺过程如图64所示 ①制作母模：
第六章 金属材料及加工工艺
6 2金属材料的工艺特性 成型加工
金属的成型方法可区分为铸造 塑性加工 切削加工 焊接与粉末冶金五类
1 铸造
将熔融态金属浇入铸型后;冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法 铸 造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一;与其他工艺方法相比;铸造成型 生产成本低;工艺灵活性大;适应性强;适合生产不同材料 形状和重量的铸 件;并适合于批量生产 但它的缺点是公差较大;容易产生内部缺陷 铸造按 铸型所用材料及浇注方式分为砂型铸造 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造以 及离心铸造等
焊接型钢等；按截面形状可分为圆钢 方钢 扁钢 六角钢 角钢 工字钢 槽钢和异形钢等 型钢的规格常以反映截面形状的主要轮廓尺寸来表示
机械处理：通过切削 研磨 喷砂等加工清理制品表面的锈蚀及氧化皮 等;将表面加工成平滑或具有凹凸模样；
化学处理：主要是清理制品表面的油污 锈蚀及氧化皮等； 电化学处理：主要用以强化化学除油和浸蚀的过程;有时也可用于弱浸
蚀时活化金属制品的表面状态
第六章 金属材料及加工工艺
6 2金属材料的工艺特性 表面处理技术
④表面蚀刻：是使用化学酸进行腐蚀而得到的一种斑驳 沧桑的装 饰效果;如图16所示具体方法如下：
首先在金属表面涂上一层沥青;接着将设计好的纹饰在沥青的表面刻画;将需腐蚀部分的金 属露出 下面就可以进行腐蚀了;腐蚀可以视作品的大小;选择进入化学酸溶液内腐蚀和喷刷溶液 腐蚀 一般来说;小型作品选择浸入式腐蚀 化学酸具有极强的腐蚀性;在进行腐蚀操作时一定要注 意安全保护
材料成型基本原理完整版
第一章：液态金属的结构与性质1雷诺数Re：当Re>2300时为紊流，Re<2300时为层流。
Re=Du/v=Duρ/η，D为直径，u 为流动速度，v为运动粘度=动力粘度η/密度ρ。
层流比紊流消耗能量大。
2表面张力：表面张力是表面上平行于切线方向且各方向大小相同等的张力。
润湿角：接触角为锐角时为润湿，钝角时为不润湿。
3压力差：当表面具有一定的曲度时，表面张力将使表面的两侧产生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径越小，表面张力的作用越显著。
4充型能力：充型过程中，液态金属充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充型能力。
5长程无序、近程有序：液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性，表现出长程无序特征；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停游荡着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围内的近程有序。
拓扑短程序：Sn Ge Ga Si等固态具有共价键的单组元液体，原子间的共价键并未完全消失，存在着与固体结构中对应的四面体局域拓扑有序结构。
化学短程序：Li-Pb Cs-Au Mg-Bi Mg-Zn Mg-Sn Cu-Ti Cu-Sn Al-Mg Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均有化学短程序的存在。
6实际液态金属结构：实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇空穴所组成，同时也含有各种固态液态和气态杂质或化合物，而且还表现出能量结构及浓度三种起伏特征，其结构相对复杂。
能量起伏：液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停的变化，时高时低，这种现象成为能量起伏。
结构起伏：由于能量起伏，液体中大量不停游动的局域有序原子团簇时聚时散，此起彼伏而存在结构起伏。
浓度起伏：游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化，这一现象成为浓度起伏。
材料成型原理第六章 答案
第六章1.焊接和铸造过程中的气体来源于何处？它们是如何产生的？答：焊接区内的气体：焊条药皮、焊剂、焊芯的造气剂，高价氧化物及有机物的分解气体，母材坡口的油污、油漆、铁锈、水分，空气中的气体、水分，保护气体及其杂质气体铸造过程中的气体：熔炼过程，气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO2、CO、SO2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。
来自铸型中的气体主要是型砂中的水分。
浇注过程，浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差，浇注速度控制不当，型腔内的气体不能及时排除等，都会使气体进入液态金属。
2. 气体是如何溶解到金属中的？电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程一样吗？答：气体溶解到金属中分四个阶段：（1）气体分子向金属-气体界面上运动；（2）气体被金属表面吸附；（3）气体分子在金属表面上分解为原子；（4）原子穿过金属表面层向金属内部扩散。
电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程不一样，氢在高温时分解度较大，电弧温度下可完全分解为原子氢，其溶解过程为分解—吸附—溶入。
在电弧气氛中，氮以分子形式存在，其溶解过程为吸附—分解—溶入。
3.哪些因素影响气体在金属中的溶解度，其影响因素如何？答：气体在金属中的溶解度与压力，温度，合金成分等因素有关：（1）当温度一定时，双原子的溶解度与其分压的平方根成正比（2）当压力一定时，溶解度与温度的关系决定于溶解反应类型，气体溶解过程为吸热反应时，△H为正值，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应时，△H为负值，溶解度随温度的上升而降低。
（3）合金成分对溶解度的影响：液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即氮、氢、氧化合物），则可降低气体的溶解度。
此外，合金元素还能改变金属表面膜的性质及金属蒸气压，从而影响气体的溶解度。
（4）电流极性的影响：直流正接时，熔滴处于阴极，阳离子将向熔滴表面运动，由于熔滴温度高，比表面积大，故熔滴中将溶解大量的氢或氮；直流反接时，阳离子仍向阴极运动，但此时阴极已是温度较低的溶池，故氢或氮的溶解量要少。
华科 材料成型原理 第六章 多相合金的凝固
13
棒状共晶可用与六边形等面积的半径r取代层片状共晶中的间距λ， 作为共晶组织的特征尺寸。参照层片状组织的Jackson-Hunt生长 模型，可得：
r= k v
−1/ 2
式中的k是由组成相的物理性质决定 k 的常数，r和λ均与凝固速率的平方根 成反比即生长速率越快。r和λ越小， 共晶组织越细，材质的性能就越好。
第六章
多相合金的凝固
Chapter 6 Solidification of multi-phase alloys
1
第一节 共晶合金的结晶
共晶合金可以由两个纯组元(A-B)构成，也可由一个纯组元和 一个化合物(A-AmBn)或两个化合物构成。
2
共晶合金的特点是液态无限互溶，固态局部互溶(有时固溶度非 常小)；溶质元素在另一个相中的分配系数k＜1；共晶点大多偏 向低熔点组元一边；在共晶转变时，从液体中同时析出两个固 相，对成分偏离共晶成分的合金，则出现初生相。 一．共晶组织的特点和共晶合金的分类 共晶结晶形成的两相混合物，具有多种多样的组织形态。 宏观形态——平面生长、胞状生长、枝晶生长 柱状晶(共晶群体 eutectic colony)到等轴晶(共晶 团 eutectic cell) 微观形态——共晶体内两相析出物的形状与分布，与组成相的 结晶特性、它们在结晶过程中的作用以及具体的 结晶条件有关。 3
30
第二节 偏晶合金和包晶合金的凝固
1. 偏晶合金的凝固 这种合金的特点是： ①在一定温度以上两组元在液态无限互 溶； ②在固态有限互溶，各组元的k＜1； ③在一定的成分和温度范围内出现两个 互不溶解的液体Ll和L2；偏晶成分Cm的 L L C 液体在Tm温度时液体L1中能分解出两个 相：固相α和新的液相L2，即 L1= α + L2
第六章压制成型
流动性要适中： 流动性要适中：
太大：溢出模外，塑料在型腔内填塞不紧， 太大：溢出模外，塑料在型腔内填塞不紧，或树脂 与填料分头聚集。 与填料分头聚集。 太小：难于在压力下充满型腔，造成缺料， 太小：难于在压力下充满型腔，造成缺料，不能模 压大型、 复杂及厚制品。 压大型、 复杂及厚制品。
高分子材料成型加工
高分子材料成型加工
四、模压成型工艺和条件限制
高分子材料成型加工
模压压力的作用
促进物料流动，充满型腔提高成型效率。 促进物料流动，充满型腔提高成型效率。 增大制品密度，提高制品的内在质量。 增大制品密度，提高制品的内在质量。 克服放出的低分子物及塑料中的挥发物所 产生的压力，从而避免制品出现气泡、 产生的压力，从而避免制品出现气泡、肿胀 或脱层。 或脱层。 闭合模具，赋予制品形状尺寸。 闭合模具，赋予制品形状尺寸。
高分子材料成型加工
4.压缩率 4.压缩率 定义： 定义：粉状或粒状的热固性塑料的表观比重与制 品比重之比。即压塑料在压制前后的体积变化。 品比重之比。即压塑料在压制前后的体积变化。 Rp = d2 / d1 Rp值总是＞ 1 Rp值总是 值总是＞ Rp 越大，所需的模具装料室越大消耗模具钢材， 越大，所需的模具装料室越大消耗模具钢材， 不利于传热，生产效率低，易混入空气。 不利于传热，生产效率低，易混入空气。 解决方法： 解决方法： 预压。 预压。
高分子材料成型加工
排气
赶走气泡、水份、挥发物，缩短固化时间 赶走气泡、水份、挥发物， 过早， 过早，不能完全排气 过迟，制品表面已经固化，气体不能顺利排出 过迟，制品表面已经固化，
保压固化
经过固化后， 经过固化后，原来可溶可熔的线型树脂变成了 不溶不熔的体型结构的材料。 不溶不熔的体型结构的材料。 固化速率不高的塑料也可在制品能够完整地脱 模时固化就暂告结束， 模时固化就暂告结束，然后再用后处理来完成 全部固化过程，以提高设备利用率。 全部固化过程，以提高设备利用率。
高分子材料成型加工基础 第六章注塑成型
第六章注塑成型一、简答题1.简单描述一个完整的注塑过程。
塑化物料，注塑，保压冷却，开模，脱模，合模2.注塑制品有何特点。
壁厚均匀；制品上有凸起时，要对称，这样容易加工；为加强凸台的强度．要设筋，并在拐角处加工出圆角；倾斜的凸台或外形会使模具复杂化，而且体积变大，应该设计为和分型面垂直的形状；深的凹进部分．尽可能的集中在制品的同一侧；对于较薄的壁．为避免出现侧凹，可将制品上的凹孔设计成v形槽；所有的拐角处都应有较大的圆角。
3.注塑机有几种类型，包括哪些组成部分。
按传动方式：机械式注塑机，液压式注塑机，机械液压式注塑机按操纵方式：手动注塑机、半自动注塑机、全自动注塑机按塑化方式：柱塞式注塑机、预塑式注塑机、橡胶注塑机包括以下：注射装置、合模装置、液压电气控制系统4.柱塞在柱塞式注塑机中的作用。
柱塞将注塑力传递至聚合物，并将一定的熔料快速注射入模腔。
5.挤出机和注塑机的螺杆有何异同。
注塑机的螺杆存在前进、后退运动，多为尖头，压缩比较小6.为了防止“流涎”现象，喷嘴可采用哪几种形式，描述每种形式的工作原理。
小孔型：孔径小而射程长。
料压闭锁型：利用预塑时熔料的压力，推动喷嘴芯达到防止“流涎”弹簧锁闭式：用弹簧侧向压合顶针。
可控锁闭式：用液（或电、气）动控制顶针开闭7.锁模系统有哪几种型式，描述每种型式的工作原理。
液压式，轴杆式8.注塑机料筒清洗要注意哪些问题。
1.首先使用上要注意操作的问题。
2.如果加工的物料有腐蚀性，且停机后需要一定时间才开机，则要及时对料筒进行清洗。
清洗工作应在料筒加热情况下进行，一般用聚苯乙烯作为清洗料。
在清洗结束后，立即关闭加热开关，并做结束工作。
3.如果是一般物料，清洗时一定要升温到上次实验物料的熔点之上进行清洗，否则螺杆会扭断。
后在降温到所需温度进行实验。
4.清洗时可采用高低不同转速进行清洗，容易洗净。
最后在所需转速清洗，后进行实验。
9.嵌件预热有何意义。
为了装配和使用强度的要求，理解塑件内常常嵌入金属嵌件。
聚合物基复合材料成型工艺
3. 固化（凝胶-----定型-----熟化）
固化方式
常温固化：温度＞15℃ （25~30℃）；湿度 ≤80% （15~30℃，8~24h）
加热固化：烘箱、固化炉、模具加热、红外 线加热 （60~80℃，1~2h）
固化度 丙酮萃取法 硬度法（巴氏硬度） ＞15
4. 脱模：气脱、顶脱、水脱
5. 后处理 修整：除去毛边、飞刺、修补表面及内部缺陷，钻孔 装配：机械连接、胶接 表面涂饰
四、手糊制品缺陷及原因
1. 胶衣起皱、龟裂、变色
原因： 起皱 ①胶衣层太薄；②固化剂不足；③气温太低； ④胶衣层厚度不均；⑤胶衣层固化不足
龟裂 ①胶衣层太厚；②固化时热量过大； ③固化剂用量过多；
变色 ①固化剂用量过多；②胶衣流挂； ③颜色分离；④胶衣层厚度不均
NaBO2 （5~8%） ），80℃溶于水； ⑦低熔点金属58%Bi+42%Sn，熔点135 ℃； ⑧玻璃钢 ⑨金属：钢材、铸铝，不能用铜（铜盐可妨碍树脂固化）
三、模具结构形式
单模 阴模（制品外表面光洁） 阳模（制品内表面光洁）
对合模 制品双面光洁 拼装模（组合模） 大型模具，由小块模具拼装而成
a.阴模示意图
4. 真空袋材料：气球步、橡胶袋、尼龙薄膜 5. 密封材料：胶条、胶带
图4-5 手糊玻璃钢制品举例
➢袋压成型
优点：仅用一个模具，就可得到形状复杂，尺寸较大，质量较好 的制件，也能制造夹层结构件
一、真空袋成型 1. 过程
制品毛坯 真空袋密封
抽真空
固化 制品
2. 特征 1）工艺简单，不需要专用设备；
3）预热和预成型
A. 预热作用：改善工艺性能，提高模压料温度，缩短固 化时间，降低成型压力；
第6章挤出成型工艺
第六章挤出成型工艺第一节热塑性塑料工艺特性（一）收缩率热塑性塑料加工成型中产生的热收缩产生原因：宏观：材料的热胀冷缩行为－微观：分子间自由体积发生变化。
通常高分子材料的热膨胀系数远大于金属材料、陶瓷材料。
影响热塑性塑料成形收缩的因素如下：第六章挤出成型工艺第六章挤出成型工艺1、塑料品种热塑性塑料成形过程中由于还存在结晶化形起的体积变化，内应力强，冻结在塑件内的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比则收缩率较大，收缩率范围宽、方向性明显。
另外成形后的收缩、退火或调湿处理后的收缩一般也都比热固性塑料大。
第六章挤出成型工艺2、塑件特性成形时融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。
由于塑料的导热性差，使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。
所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。
另外，有无嵌件及嵌件布局，数量都直接影响物料流动方向，密度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的特性对收缩大小，方向性影响较大。
第六章挤出成型工艺3、进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响物料流动方向、密度分布、及成形时间。
直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚的）则收缩小但方向性大，进料口宽及长度短的则方向性小。
距进料口近的或与物料流动方向平行的则收缩大。
4、成形条件模具温度高，融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结晶料则因结晶度高，体积变化大，故收缩更大。
另外，保持压力及时间对收缩也影响较大，压力大、时间长的则收缩小但方向性大。
第六章挤出成型工艺（二）流动性1、热塑性塑料流动性大小，一般可从分子量大小、熔融指数、表现粘度及流动比（流程长度/塑件壁厚）等一系列指数进行分析。
分子量小，分子量分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、表现粘度小；流动比大的则流动性就好。
按模具设计要求我们大致可将常用塑料的流动性分为三类：第六章挤出成型工艺（1）流动性好：尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素；（2）流动性中等改性：聚苯乙烯（例ABS·AS）、PMMA、聚甲醛、聚氯醚；（3）流动性差：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。
材料成型原理第6章 对数应变
V1 − V0 θ = V0
= εx +εy +εz
（15-22）
在塑性成形时，由于物体内部质点连续且致密， 在塑性成形时，由于物体内部质点连续且致密，可以认为体积 不发生变化， 不发生变化，因此
θ =
ε x + ε y + ε z = ε1 + ε 2 + ε 3 = 0
l3
= ∈ 1 ＋ ∈ 2＋ ∈ 3
对应的各阶段的相对应变为
l 2 − l1 ε 12 = l1 l3 − l 2 ε 23 = l2
ε 01 =
l1 − l 0 l0
ε 03 ≠ ε 01 + ε 12 + ε 23
显然，这表明，对数应变具有可叠加性，而相对应变不具有可叠加性。
2．可比性 对数应变为可比应变，相对应变为不可比应变。假设将试样拉长一 倍，或压缩一半，则物体的变形程度相同。 拉长一倍时 ∈+
d ∈进行积分，求出总应变
∈= ∫
l dl = ln 1 l0 l l0
l1
（15-32）
对数应变或真实应变 ∈反映了物体变形的实际情况，称为对数应变 真实应变 对数应变 真实应变，
它能真实地反映变形的累积过程，表示在应变主轴方向不变的情况下应变增 量的总和。在大塑性变形中，主要用对数应变来反映物体的变形程度。
1523单位时间内的应变称为应变速率又称变形速度用表示单位为在时间间隔dt内产生的应变增量为则应变速率为第二节对数应变设在单向拉伸时某试样的瞬时长度为l在下一个瞬时试样长度又伸长了dl则其应变增量为为了真实地反映瞬时的塑性变形过程一般用对数应变来表示塑性变形的程度
第一节 塑性变形体积不变条件
第6章、缠绕成型工艺要点
第6章、缠绕成型工艺§6-1、概述定义：将浸过树脂胶液的连续玻璃纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强材料制品的工艺过程。
因此三大过程：预浸、缠绕、固化脱模。
细节见图7-1§6-1-1、缠绕工艺分类及特点1、干法缠绕预浸纱带（布带），加热粘流后缠绕。
特点：严格控制纱带含胶量和尺寸，质量稳定，速度快，劳卫条件好，投资大。
2、湿法缠绕浸渍无捻粗纱直接缠绕。
特点：材料经济，质量不稳。
3、半干法缠绕预浸渍粗纱（或布带）随即缠绕到芯模上。
特点：无需整套设备，烘干快，室温操作。
§6-1-2、缠绕制品特点1、比强度高F：3Ti，4Steel。
原因：(1)表面缺陷小(2)避免纵横交织点和末端的应力集中(3)可控方向与数量，实现等强(4)纤维含量高80%2、可靠性高克服材料的韧性不够及缺口带来的可靠性降低。
3、生产率高机械化，大批量。
4、成本低无捻减少了纺织等其它工费。
缺点：形状限制，投资大，必须大批量。
§6-1-3、原材料纤维增强材料，树脂基体选择原则：满足设计性能指标，工艺性参数及经济性要求。
1、增强材料玻纤（无碱，中碱无捻粗纱，高强纤维），碳纤维，芳纶纤维等。
纤维要求：(1)高档产品：碳纤维，芳纶纤维(2)制品性能要求(3)表面处理(4)与树脂浸渍性好(5)各股张力均匀(6)成带性好2、树脂基体指合成树脂与各种助剂组成的基体体系。
选用要求：(1)工艺性好，粘度与适用期最重要，适用量>4小时,η=0.35~1Pa·S。
(2)树脂基体的断裂伸长率与增强材料相匹配，方能获得满意效果。
(3)固化收缩率低和毒性刺激小(4)来源广、价格低§6-1-4、应用航天、导弹、军用飞机、水下装置，高强度、质量轻的高压容器，壳体。
民用管道，贮罐，质轻，耐腐，费低。
形成缠绕工艺的两部分——空间技术及民用部分。
§6-2、缠绕规律§6-2-1、缠绕规律的内容由导丝头（绕丝嘴）和芯模的相对运动实现。
《复合材料工艺与设备》第六章层压成型工艺及设备
《复合材料工艺与设备》第六章层压成型工艺及设备第六章层压成型工艺及设备6层压成型工艺及设备6.1概述6.1.1层压工艺的发展现状及前景课件6.1.1层压工艺的发展现状及前景层压工艺：是指将浸有或涂有树脂的片材层叠，在加热加压条件下，固化成型玻璃钢制品的一种成型工艺。
起始于30年代，目前在航空、航天、汽车、船舶、电讯等工业广泛应用。
层压成型工艺制品已经成为不可缺少的工程材料之一。
主要产品有：玻璃布层压板、木质层压板、棉布层压板、纸质层压板、石棉纤维层压板、复合层压板等。
第六章层压成型工艺及设备6.1.2层压工艺特点及应用课件6.1.2层压工艺的特点及应用工艺特点：生产的机械化、自动化程度较高；产品质量稳定；但一次性投资较大，适合于批量生产。
层压板可分为：纸层压板、木层压板、棉纤维层压板、玻璃纤维层压板等品种。
电绝缘部件；薄板适合于各领域；可用于制造齿轮、轴承、皮带轮等结构材料；用于飞机、汽车、船舶、电气工程等领域。
主要应用范围：例如：复铜箔层压板，用于制造印刷电路板。
第六章层压成型工艺及设备6.2胶布制备工艺及设备6.2.1制备工艺6.2.1.1原材料增强材料：课件玻璃布，石棉布，合成纤维布，玻璃毡，石棉毡，石棉纸，牛皮纸等。
酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂等。
6.2.16.2.1制备工艺树脂：6.2.1.2胶布制备工艺过程玻璃纤维布经化学处理或热处理后，浸渍树脂胶液，并控制胶含量。
在一定温度、时间条件下烘干，使树脂由A阶转到B阶，即得到需要的玻璃纤维胶布。
如P136工艺流程图。
第六章层压成型工艺及设备6.2.1.3胶布制备工艺参数主要有：胶液粘度、浸胶时间、烘干温度与时间、牵引张力。
(1)、胶液粘度课件一般通过胶液浓度及环境温度来控制。
浓度的控制往往采用测试密度的方法来实现。
各种玻璃布所用的胶液密度见P137,表6-1。
(2)、浸胶时间一般控制在15~45,不同的布浸透时间不同。
塑料成型工艺第六章-挤出成型
适用的树脂材料： 绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如
PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸 树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等 应用：
塑料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、 长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、 单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、 树脂掺和等。
面灰暗无光泽等。
努力方向是尽可能减少或消除这种波动和温差。
产生这种波动和温差的原因：
如加热冷却系统不稳定，螺杆转数的变化等, 但 以螺杆设计的好坏影响最大。
普通三段螺杆存在的问题
1.熔融效率低 熔融段熔体与固体床共同存在于一个螺槽中，减
小了料筒壁与固体床的接触面积；固体床随着熔融 解体，部分碎片进入熔体中，很难从剪切获得热量， 这样，固体床不能彻底熔融；另外，已熔物料与料 筒壁接触，从料筒壁和熔膜处获取热量，温度继续 升高过热。 2.压力、温度和产量波动大
的物料量或塑件长度。它表示挤出能力的高低。 4.牵引速度
牵引速度与挤出速度相当，可略大于挤出速度。 牵引— 比— 牵引速度与挤出速度的比值，其值 等于或大于1。
§6.3 挤出管材成型工艺
一、挤出管材工艺控制要点
1.温度的控制
挤出成型温度是促使成型物料塑化和塑料熔体流动的 必要条件。对物料的塑化及制品的质量和产量有着十分 重要的影响。
分离型（屏障型）螺杆
原理：在螺杆熔融段再附加一条螺纹，将原来一 个螺纹所形成的螺槽分为两个，将已熔物料和未 熔物料尽早分离，促进未熔料尽快熔融。
销钉型螺杆 物料流经过销钉时，销钉将固体料或未彻底熔 融的料分成许多细小料流，这些料流在两排销钉 间较宽位置又汇合，经过多次汇合分离，物料塑 化质量得以提高。
料筒外部加热器提供的热量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
产生焊接应力与变形
原因 焊件局部不均匀加热和冷却，膨胀和收缩
受到牵制，相关部位产生焊接应力并出现变形。
（ +） （ -） （ +） （ -） l’
（ -）
l 焊接中 l
（ +）
l
冷却后
应力规律 焊缝区—拉应力（+）
远离焊缝两侧对应边缘—压应力（-）
• 变形规律 焊接变形越大，焊接应力减小，通过
变形来平衡或释放应力，即变形总朝力图减小焊 接应力的方向弯曲或扭曲。
焊接变形形式
—整体尺寸收缩、角变形、弯曲、扭曲等。
焊接变形与应力的危害
工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产 生不利影响。 产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困 难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。 焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能 力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发 应力腐蚀裂纹。 残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产 生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊 接变形和应力是十分必要的。
6.2.2 焊接接头的组织与性能
熔焊热源的高温集中融化焊缝区金属，并 向工件金属传导热量，必然引起焊缝及 附近区域金属的组织和性能发生变化。 焊缝区——在焊接接头横截面上测量的 焊缝金属的区域。 熔合区——熔合线两侧有一个很窄的焊 缝与热影响区的过渡区。 热影响区---受焊接热循环的影响，焊 缝附近的母材因焊接热作用发生组织或 性能变化的区域（过热区、正火区、部 分相变区）。
在焊接过程中，将焊件加热至熔化状态，不加 压力完成的焊接方法通称为熔焊。
熔焊的本质及特点
熔化焊的本质是小熔 池熔炼与铸造，是金 属熔化与结晶的过程。 熔池存在时间短，温 度高；冶金过程进行 不充分，氧化严重； 热影响区大。 冷却速度快，结晶后 易生成粗大的柱状晶。
熔化焊的三要素
热源
第六章 材料的连接成形
在工业生产中采用的连接方法主要有可拆连接、不 可拆连接两大类。 可拆连接：螺钉、键、销钉等，它们通常不用于制 造金属结构，而是用于零件的装配和定位工作中。
不可拆连接：铆接、焊接和粘接等，它们通 常用于金属结构或零件的制造中。
铆接：应用较早，但它工序复杂、结构笨重、 材料消耗也较大，因此，现代工业中已逐步被焊接 所取代。 粘接：虽然工艺简单，在粘接过程中对被粘材 料的组织和性能不产生任何不良影响，但是其接头 强度一般较低。 焊接：易于保证焊接结构等强度的要求，相对 来说工艺比较简单，加工成本也比较低廉。
过热区：高温影响，晶粒粗大。塑性和韧性下降，显著影
响焊件接头性能。
正火区：最高加热温度比Ac3稍高，晶粒重结晶细化，获
得正火组织。机械性能改善。
部分相变区：最高加热温度比Ac1～Ac3稍高，珠光体和部
分铁素体重结晶细化。晶粒大小不均，机械性能稍差。
一般，低碳钢焊件的热影响区较窄，危害性较小，
焊后可直接使用；对于碳素钢和低合金钢焊件，焊后可 进行正火处理，细化晶粒，改善机械性能；对于无法进
延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹 渣的析出。
渣保护
为了使熔池与空气隔离， 可在熔池上覆盖一层熔渣 • 一方面防止金属氧化和吸气 • 另一方面向熔池过渡合金元 素，提高焊缝性能
• 同时，还可以减少散热，提 高生产率，防止强光辐射
气保护
• 用于保护熔池和溶滴的气 体应是惰性气体，并在高 温下不分解，或是低氧化 性的不溶于金属液体的双 原子气体(如Ar或CO2)。 • 喷嘴结构应尽可能使气体 以层流流出。
焊接接头的组织和性能
焊缝区：结晶从熔池壁向中心推进，形成柱状的铸态组织。
与基体金属性能接近，但熔池中心易出现杂质、疏松等。
熔合区：未熔化的过热组织和部分熔化的结晶铸态组织。
很大程度上决定焊件接头的性能。熔合区成分不均，组 织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差 的部位。
在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降， 而且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头 的性能。
焊接熔池凝固过程的特点
外延结晶 从熔池边界半熔化的母材开始生长 非均质形核 柱状晶形式
外延结晶示意图
焊接熔池凝固过程的特点
择优生长 每一种晶体点阵都存在一个最优结晶取向, 对于立方 点阵的金属（Fe, Ni, Cu, Al），最优结晶取向为 <001>。 温度梯度大的方向，也是晶粒易生长的方向。与焊接 熔池边界垂直的方向温度梯度G最大。 当母材晶粒取向<001>与导热最快的方向一致时，即 垂直熔池边界时，晶粒生长最快而优先长大。
氩气
氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反 应，因此，氩气是一种理想的保护气体。 由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。 氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度 可达99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。 氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会 影响焊缝质量。
行热处理的焊件，则需正确选择焊接方法和工艺条件，
来减小热影响区的范围。
熔合区 ： 相变重结晶区 (正火区 )： 不完全重结晶区 ： 过热区 ： 又称半熔化区，是焊缝与 紧靠着过热区 加热温度 ： 紧靠熔合区 母材的交界区。 加热温度： 加热温度 ： AC AC 之间 加热温度 1490 1～ 3 850 ℃～： 1100 ℃～1530℃
部分组织发生相变， 特点 ： 特点 ：该区很窄，组织不均 特点 ： 晶粒不均匀，力学性 宽度为 1～ 3mm ，塑性和 匀，强度下降，塑性很差， 宽度约 1.2 ～ 4.0mm ，力
韧性下降。 是裂纹及局部脆断的发源地。 学性能优于母材。 能差。
6.2.3 焊接变形和焊接应力
焊接应力与变形产生的原因： 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘 束，不能自由膨胀和收缩。
6.1 焊接
(1) 焊接的定义： 焊接是通过加热或加压，或两者并用， 并且用或不用填充金属，使焊件间达到原子 结合的一种加工方法。 根据上述定义，焊接最本质的特点就是 通过焊接使焊件达到了原子结合，从而将原 来分开的物体构成了一个整体，这是任何其 它连接形式所不具备的。
(2) 焊接方法分类
• 常用的焊接方法分为以下三类： • 1) 熔焊 焊接过程中，将焊件加热至熔化状态，不加压力完成的 焊接方法通称为熔焊。 • 2) 压焊 在焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）， 以完成的焊接方法，叫做压焊。 • 3)钎焊 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和 钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点温度，利用液 态钎料浸润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现 连接焊件的方法。
焊接热循环的特点是加热 和冷却速度很快，对易淬火钢， 易导致马氏体相变；对其它材料， 易产生焊接变形、应力及裂纹。
焊缝的组织和性能
热源移走后，熔池 焊缝中的液体金属立刻 开始冷却结晶，以垂直 熔合线的方式向熔池中 心生长为柱状树枝晶。 低熔点物质将会被 推向焊缝最后结晶部位， 形成成分偏析。
焊缝对称布置 采用反变形方法
采用对称焊和分段倒退焊
采用多层多道焊，能减少焊接变形
采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形， 但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装 也可防止焊接变形。
防止或减小焊接变形措施 （1）结构设计合理； （2）采用正当焊接工艺； 如：刚性固定法 反变形法
（3）焊缝分散，不宜密集和过于交叉；焊缝设 计时应尽可能对称布置。
焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊 接局部加热，从而减少焊接应力。 采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。
缺点 1）产生焊接变形和焊接残余应力； 2）焊接接头的性能不均匀性； 3）止裂性差
(4)焊接方法的应用 1、制造金属结构件 2、制造机器零件和工具 3、修复
6.2 熔焊工艺
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 熔焊原理及过程 焊接接头的组织与性能 焊接变形和焊接应力 熔焊方法及工艺
6.2.1 熔焊原理及过程
1100 1490 ℃ （固、液相线之间） （ AC 至1100 ℃） 组织 ： 3℃～ （1100 ℃～固相线） 组织 ：（未熔化但因过热而 组织 ： F+P (F粗、细不均) 组织 ： 长大的）粗晶组织和（部分 均匀细小的铁素体和珠光 特点 ： 粗大的过热组织。
新凝固的）铸态组织。 体组织（近似于正火组织）
CO2气体
CO2为无色无味气体，密度是空气的1.5倍，在常温下很稳定，但在 高温下易分解。 CO2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池 和电弧方面，效果良好。 但CO2气体为氧化性气体，在高温下将分解为CO和O2： CO2 ＝ CO + O2 所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。
渣-气联合保护
• 利用渣的良好的冶金反应
和焊缝成型特点以及气体
的优良电弧热效率和稳弧 作用，可获得良好的熔池
保护效果。如焊条的药皮
及二氧化碳加药芯。
填充金属
• 填满焊缝，提高焊缝性能， 使焊缝与母材等强度，用 焊丝和焊芯（填充金属） 过渡合金元素。 • 常用的焊条钢芯为碳素钢 丝、合金钢丝和不锈钢丝。
（4）合理安排焊接次序；对于长焊缝，可 许时应分段施焊。
3 3 1 2
3 2 1 4 5 6
4
2 1 1—2—3—4 4
1—4—3—2
1— 4 — 5 — 2 — 3 — 6
采取合理的焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩， 以减少应力（图a）。而图b因先焊焊缝1导致对焊 缝2的拘束度增加，而增大残余应力。
焊接
熔焊
压焊 （固相焊） 等离子 弧焊