粉末冶金成形及非金属成形.ppt

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1、第第5 5章章 粉末冶金成形粉末冶金成形 粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末（或与非金属粉末）的混合物制工艺将金属粉末（或与非金属粉末）的混合物制成制品的加工方法成制品的加工方法特特 点点既可以制取用普通熔炼方法难以制取的特殊既可以制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可以制造各种精密的机械零件材料，又可以制造各种精密的机械零件省工省料省工省料模具和金属粉末成本较高模具和金属粉末成本较高批量小时或制品尺寸过大时不宜采用批量小时或制品尺寸过大时不宜采用 普通粉末冶金制品的密度较低且很不均匀，强普通粉末冶金制品的密度较低且很不均匀，强度

2、比相应的铸件或锻件约低度比相应的铸件或锻件约低20%30%；一般只适；一般只适用于中、小型制品的成批、大量生产。用于中、小型制品的成批、大量生产。常常用用的的粉粉末末冶冶金金材材料料 硬质合金硬质合金 用高硬度、难熔的金属碳化物用高硬度、难熔的金属碳化物（WC、TiC等）等）粉末为硬质点，以粉末为硬质点，以Co、Mo、Ni等作为粘结剂，经过混合、压制和等作为粘结剂，经过混合、压制和 烧结而成的非铁合金烧结而成的非铁合金 硬度高硬度高硬度高硬度高、耐磨性好，耐热性好耐磨性好，耐热性好耐磨性好，耐热性好耐磨性好，耐热性好 制造刃具及和不受冲击和振动的高耐磨零件制造刃具及和不受冲击和振动的高耐磨零件

3、制造刃具及和不受冲击和振动的高耐磨零件制造刃具及和不受冲击和振动的高耐磨零件 烧结减摩材料烧结减摩材料 铁与石墨或青铜与石墨粉末烧结铁与石墨或青铜与石墨粉末烧结 一般用于中速，轻载荷的含油轴承一般用于中速，轻载荷的含油轴承一般用于中速，轻载荷的含油轴承一般用于中速，轻载荷的含油轴承烧结摩擦材料烧结摩擦材料 用铁、铜等作基体，加入石棉、用铁、铜等作基体，加入石棉、Al2O3等摩擦组元及石墨或等摩擦组元及石墨或MoS2 广泛用来制造机器上的制动带和离合器片等广泛用来制造机器上的制动带和离合器片等广泛用来制造机器上的制动带和离合器片等广泛用来制造机器上的制动带和离合器片等 烧结钢烧结钢 以碳钢或合金

4、钢粉末为主制成的材料。以碳钢或合金钢粉末为主制成的材料。精精 度较高、表面光洁、有减振、消声作用度较高、表面光洁、有减振、消声作用 用于制造电钻齿轮和油泵齿轮等用于制造电钻齿轮和油泵齿轮等用于制造电钻齿轮和油泵齿轮等用于制造电钻齿轮和油泵齿轮等 (P36)5.1 5.1 粉末冶金基础粉末冶金基础5.1.1 粉末的化学成分及性能粉末的化学成分及性能 粉末通常指尺寸小于粉末通常指尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体，的离散颗粒的集合体，颗粒尺寸一般以微米（颗粒尺寸一般以微米（m m）或纳米（或纳米（nm）计量计量 1、粉末的化学成分、粉末的化学成分 常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉常用的金属粉

5、末有铁、铜、铝等及其合金的粉末末,杂质和气体的含量一般不超过杂质和气体的含量一般不超过1%1%2%2%颗粒形状颗粒形状 常见的有球状、粒状、片状和针状等常见的有球状、粒状、片状和针状等 粒度粒度 单个粉末颗粒的线性尺寸单个粉末颗粒的线性尺寸 粒度分布粒度分布 按粒度不同分为若干级，每一级粉末按粒度不同分为若干级，每一级粉末 （按质量、数量或体积）所占的百分比（按质量、数量或体积）所占的百分比。比表面积比表面积 单位质量粉末的总表面积单位质量粉末的总表面积 2、粉末粉末的物的物理性理性能能3、粉粉末末的的工工艺艺性性能能流动性：流动性：粉末的流动能力，采用球形或接近球形的粉末的流动能力，采用球形

6、或接近球形的 颗粒及较宽的粒度分布，有利于提高粉末颗粒及较宽的粒度分布，有利于提高粉末 的流动性。的流动性。松装密度：松装密度：在规定条件下粉末自由填充单位容积的质在规定条件下粉末自由填充单位容积的质 量。采用密度较高的粉末、球形或接近量。采用密度较高的粉末、球形或接近 球形的颗粒、较粗的粒度或较宽的粒度球形的颗粒、较粗的粒度或较宽的粒度 分布，均有利于提高粉末的松装密度分布，均有利于提高粉末的松装密度 压缩性：压缩性：在加压条件下粉末被压缩的程度，提高压在加压条件下粉末被压缩的程度，提高压 制压力或松装密度、减小压制速度或粉末制压力或松装密度、减小压制速度或粉末 颗粒的强度，均有利于提高粉末

7、的压缩性，颗粒的强度，均有利于提高粉末的压缩性，从而提高压坯的密度。从而提高压坯的密度。成成形形性性：粉粉末末被被压压缩缩成成一一定定形形状状并并在在后后续续加加工工中中 保保持持这这种种形形状状的的能能力力，在在一一定定压压力力下下获获 得的压坯强度越高，则成形性越好。得的压坯强度越高，则成形性越好。5.1.2 粉末冶金的机理粉末冶金的机理z 压制和烧结是粉末冶金的二个重要工序压制和烧结是粉末冶金的二个重要工序1压制的机理压制的机理 压制是在模具或其它容压制是在模具或其它容器中，在外力作用下，将器中，在外力作用下，将粉末紧实成具有预定粉末紧实成具有预定形状形状和尺寸的工艺过程。和尺寸的工艺过

8、程。压缩过程中，随着粉压缩过程中，随着粉末的移动和变形，较大的末的移动和变形，较大的空隙被填充，颗粒表面的氧化空隙被填充，颗粒表面的氧化膜被破碎，接触面积增大，使膜被破碎，接触面积增大，使原原子子间间产产生生吸吸引引力力且且颗颗粒粒间间的的机机械械楔楔合合作作用用增增强强，从从而形成具有一定密度和强度的压坯。而形成具有一定密度和强度的压坯。2烧结的机理烧结的机理 烧结是粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下烧结是粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高通过颗粒间的冶金结合以提高其强度其强度，是粉末冶金的一个关键工序，是粉末冶金的一个关键工

9、序 水水和和有有机机物物的的蒸蒸发发或或挥挥发发、吸吸附附气气体体的的排排除除、应应力力的的消消除除以以及及粉粉末末颗颗粒粒表表面面氧氧化化物物的的还还原原等等，粉粉末末表表层层原原子子间间的的相相互互扩扩散散和和塑塑性性流流动动。还还会会产产生生再再结结晶晶和和晶晶粒粒长长大大，有有时时还还会会出出现现固固相的熔解和重结晶相的熔解和重结晶 v 以上各过程往往相互重叠，相互影响以上各过程往往相互重叠，相互影响 5.2 5.2 粉末冶金工艺粉末冶金工艺 金属粉末的制取金属粉末的制取预处理预处理坯料的成形坯料的成形烧结烧结后处理等后处理等5.2.1 粉末的制取粉末的制取 机械法机械法和和物理化学法

10、物理化学法两大类两大类 1机械法机械法 用机械力将原材料粉用机械力将原材料粉碎而化学成分基本不碎而化学成分基本不发生变化的工艺过程发生变化的工艺过程 球磨法：球磨法：用于脆性材料及合金用于脆性材料及合金 研磨法：研磨法：用于金属丝或小块边用于金属丝或小块边 角料角料雾化法：雾化法：用于熔点较低的金属用于熔点较低的金属 2物理化学法物理化学法 借助物理或化学作用，改变物料的化学成分或聚集借助物理或化学作用，改变物料的化学成分或聚集状态而获取粉末的方法状态而获取粉末的方法 还原法：还原法：用还原剂还原金属氧化物或盐类，使其成为金属用还原剂还原金属氧化物或盐类，使其成为金属粉末的方法，最常用，工艺简

11、便、成本较低，适用于由金粉末的方法，最常用，工艺简便、成本较低，适用于由金属氧化物或卤族化合物制粉。属氧化物或卤族化合物制粉。电解法：电解法：在溶液或熔盐中通入直流电，使金属离子电解析在溶液或熔盐中通入直流电，使金属离子电解析出成为金属粉末的方法。可制得高纯度粉末，但成本较高，出成为金属粉末的方法。可制得高纯度粉末，但成本较高，适用于从金属盐类中制取粉末适用于从金属盐类中制取粉末 热离解法：热离解法：将金属与将金属与CO、H2或或Hg作用，生成化合物或汞作用，生成化合物或汞齐（即汞合金），再加热使其分解出齐（即汞合金），再加热使其分解出CO、H2或或Hg，从而制从而制得金属粉末的方法。用于能与

12、得金属粉末的方法。用于能与CO、H2或或Hg作用生成化合物作用生成化合物或汞齐的金属。或汞齐的金属。5.2.2 粉末的预处理粉末的预处理1分级分级 将粉末按粒度分成若干级的过程。将粉末按粒度分成若干级的过程。使使配配料料时时易易于于控控制制粉粉末末的的粒粒度度和和粒粒度度分分布布，以以适适应成形工艺的要求。应成形工艺的要求。2混合混合 将两种或两种以上不同成分的粉末均匀掺合的过程将两种或两种以上不同成分的粉末均匀掺合的过程 通过混合可获得所需的组分。通过混合可获得所需的组分。为提高粉料的成形性能，常需加入某些添加剂，如用于提为提高粉料的成形性能，常需加入某些添加剂，如用于提高压坯强度或防止粉末

13、成分偏析的增塑剂，用于减少颗粒间及高压坯强度或防止粉末成分偏析的增塑剂，用于减少颗粒间及压坯与模壁间摩擦的润滑剂。压坯与模壁间摩擦的润滑剂。3制粒制粒 为改善粉末流动性而使较细颗粒团聚成粗粉团粒为改善粉末流动性而使较细颗粒团聚成粗粉团粒的工艺。的工艺。5.2.3 成形成形 将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程 1模压：模压：通过模冲加压使刚性封闭模中的粉末密实成形通过模冲加压使刚性封闭模中的粉末密实成形 单向压制：单向压制：模具简单，操模具简单，操作方便，生产效率高，但制作方便，生产效率高，但制品密度不均匀，品密度不均匀，适于压制高适于压制高度或厚度较小

14、的制品。度或厚度较小的制品。双向压制：双向压制：压坯密度较单向压坯密度较单向压制均匀，压制均匀，适于压制高度或适于压制高度或厚度较大的制品厚度较大的制品 浮浮动动模模压压制制：浮浮动动模模压压制制 压压坯坯密密度度较较均均匀匀，适适于于压压制制 高度或厚度较大的制品。高度或厚度较大的制品。2粉末轧制粉末轧制 将将粉粉末末引引入入一一对对旋旋转转轧轧辊辊之之间间使使其其压压实实成成连连续续带带坯坯的的方法。方法。适适用用于于生生产产多多孔孔材材料料、摩摩擦擦材材料料、复复合合材材料料和和硬硬质质合合金等的板材及带材。金等的板材及带材。3挤压成形挤压成形 将置于挤压筒内的粉末、压将置于挤压筒内的粉

15、末、压坯或烧结体通过模孔压出的成坯或烧结体通过模孔压出的成形方法形方法 设备简单、生产率高，可以设备简单、生产率高，可以获得沿长度方向密度均匀的制获得沿长度方向密度均匀的制品。品。用于生产截面较简单的条、棒用于生产截面较简单的条、棒和螺旋形条、棒（如麻花钻）和螺旋形条、棒（如麻花钻）4等静压制等静压制 对粉末（或压坯）表面或对装粉末（或压坯）的软对粉末（或压坯）表面或对装粉末（或压坯）的软膜表面施以各向大致相等的压力的压制方法膜表面施以各向大致相等的压力的压制方法 (1)冷等静压制：冷等静压制：在室温下的等静压在室温下的等静压制，压力传递媒介通常为液体制，压力传递媒介通常为液体 冷等静压制压坯

16、密度较高，较均匀，力冷等静压制压坯密度较高，较均匀，力学性能较好，学性能较好，形状可较复杂，尺寸可较大形状可较复杂，尺寸可较大 (2)热等静压制：热等静压制：高温下的等静压制高温下的等静压制 同时进行压制和烧结，压制压力和烧同时进行压制和烧结，压制压力和烧结温度均低于冷等静压制，能耗较低，生结温度均低于冷等静压制，能耗较低，生产效率较高；制品密度高且均匀，晶粒细产效率较高；制品密度高且均匀，晶粒细小，力学性能较高，形状和尺寸不受限制；小，力学性能较高，形状和尺寸不受限制；但投资大。但投资大。用于粉末高速钢，难熔金属，高温合用于粉末高速钢，难熔金属，高温合金和金属陶瓷等制品的生产金和金属陶瓷等制

17、品的生产 5松装烧结成形松装烧结成形 粉末未经压制有直接进行的烧结。粉末未经压制有直接进行的烧结。可用于多孔材料的生产可用于多孔材料的生产 6粉浆浇注粉浆浇注 将粉末中加入悬浮剂、水等并调成粉浆，再注入石将粉末中加入悬浮剂、水等并调成粉浆，再注入石膏模内，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。膏模内，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。粉浆浇注设备简单、成本低，但生产效率低，粉浆浇注设备简单、成本低，但生产效率低，适于成形形状复杂的大型制品适于成形形状复杂的大型制品 用于生产硬质合金、高温合金等制品。用于生产硬质合金、高温合金等制品。7爆炸成形爆炸成形 借助爆炸波的高能量使粉末固结的成形方法。借助爆

18、炸波的高能量使粉末固结的成形方法。可加工普通压制和烧结工艺难以成形的材料，如可加工普通压制和烧结工艺难以成形的材料，如难熔金属、高合金材料等，且成形密度接近于理论难熔金属、高合金材料等，且成形密度接近于理论密度。密度。可压制普通压力机无法压制的大型压坯。可压制普通压力机无法压制的大型压坯。5.2.4 烧结烧结 按按一一定定的的规规范范加加热热到到规规定定高高温温并并保保温温一一段段时时间间，使压坯获得一定物理与力学性能的工序。使压坯获得一定物理与力学性能的工序。1 1连续烧结和间歇烧结连续烧结和间歇烧结(1)(1)连续烧结：连续烧结：待烧结材料连续地或平稳、分段地通过具有脱待烧结材料连续地或平

19、稳、分段地通过具有脱腊、预热、烧结或冷却区段的烧结炉进行烧结的方式。腊、预热、烧结或冷却区段的烧结炉进行烧结的方式。生产效率高，适用于大批、大量生产生产效率高，适用于大批、大量生产 (2)间歇烧结：间歇烧结：在炉内分批烧结零件的方式。在炉内分批烧结零件的方式。通过对炉温控制进行所需的预热，加热及冷却循环通过对炉温控制进行所需的预热，加热及冷却循环 生产效率较低，适用于单件、小批生产生产效率较低，适用于单件、小批生产 2固相烧结和液相烧结固相烧结和液相烧结(1)(1)固相烧结：烧结速度较慢，制品强度较低固相烧结：烧结速度较慢，制品强度较低 (2)液相烧结：烧结速度较快，制品强度较高，液相烧结：烧

20、结速度较快，制品强度较高，用于用于 具有特殊性能的制品如硬质合金、金属陶瓷等具有特殊性能的制品如硬质合金、金属陶瓷等 3影响粉末制品烧结质量的因素影响粉末制品烧结质量的因素 粉末制品的烧结质量取决于烧结温度、烧结时间粉末制品的烧结质量取决于烧结温度、烧结时间和烧结气氛等因素。和烧结气氛等因素。(1)烧结温度和时间：烧结温度和时间：烧结温度过高或或过低，烧结温度过高或或过低，时间过长或过短，都会使产品性能下降时间过长或过短，都会使产品性能下降(2)烧结气氛：烧结气氛：烧结时通常采用还原性气氛，以烧结时通常采用还原性气氛，以防压坯烧损并可使表面氧化物还原。对于活性金属或防压坯烧损并可使表面氧化物还

21、原。对于活性金属或难熔金属还可采用真空烧结。难熔金属还可采用真空烧结。5.2.5 后处理后处理 根据产品的具体要求根据产品的具体要求，可对，可对烧结后的压坯进一步烧结后的压坯进一步处理处理。常用的后处理方法复压、浸渍、热处理、表常用的后处理方法复压、浸渍、热处理、表常用的后处理方法复压、浸渍、热处理、表常用的后处理方法复压、浸渍、热处理、表面处理等。面处理等。面处理等。面处理等。还可通过锻压、焊接、切削加工、特种加工等方法进一步还可通过锻压、焊接、切削加工、特种加工等方法进一步改变烧结体的形状或提高精度，以满足零件的最终要求。改变烧结体的形状或提高精度，以满足零件的最终要求。1 1尽量采用简单

22、、对称的形状，避免截面变化过大尽量采用简单、对称的形状，避免截面变化过大以及窄槽、球面等，以利于制模和压实，以及窄槽、球面等，以利于制模和压实，2 2避免局部薄壁，以利于装粉压实和防止出现裂纹避免局部薄壁，以利于装粉压实和防止出现裂纹 5.3 粉末冶金零件结构的工艺性粉末冶金零件结构的工艺性3 3避免侧壁上的沟槽和凹孔，以利于压实或减少余块避免侧壁上的沟槽和凹孔，以利于压实或减少余块 4 4避免沿压制方向截避免沿压制方向截面积渐增，以利压实。面积渐增，以利压实。各壁的交接处应采用各壁的交接处应采用圆角过渡，以利于压圆角过渡，以利于压实及避免应力集中实及避免应力集中 q 1.5 非金属材料非金属

23、材料 1.5.1 高分子材料高分子材料(P37)机械工程材料中常用的高分子材料有机械工程材料中常用的高分子材料有塑料、橡胶、塑料、橡胶、合成纤维、涂料和胶粘剂等合成纤维、涂料和胶粘剂等 1塑料塑料 塑料是以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某塑料是以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料阶段可流动成形的材料(1)塑料的分类：塑料的分类：按用途和受热时的性能进行分类。按用途和受热时的性能进行分类。1）按用途分类：）按用途分类：通用塑料：通用塑料：力学性能和使用温度较低的塑料力学性能和使用温度较低的塑料 （PEPE、PPPP等）等）约占塑料总产量的约占塑料总产量的70%工程塑料：

24、工程塑料：力学性能和使用温度较高的塑料力学性能和使用温度较高的塑料（ABSABS、强度较高，刚性较大，韧性也较好，价格强度较高，刚性较大，韧性也较好，价格 PAPA等）等）较高，常用于制造机械零件和工程构件。较高，常用于制造机械零件和工程构件。2）按受热时的性能分类：）按受热时的性能分类：按受热时的性能不同分类按受热时的性能不同分类热塑性塑料：热塑性塑料：在整个特征温度范围内，能反复加热在整个特征温度范围内，能反复加热（ABSABS、PAPA等）等）软化和反复冷却硬化，且在软化状态软化和反复冷却硬化，且在软化状态 通过流动能反复模塑为制品通过流动能反复模塑为制品 力学性能较好，加工成形方便，耐

25、热性较差力学性能较好，加工成形方便，耐热性较差 热固性塑料：热固性塑料：固化时，能变成基本不溶、不熔的固化时，能变成基本不溶、不熔的 （PFPF等）等）产物。有较高的耐热性，受压时亦产物。有较高的耐热性，受压时亦 不易变形不易变形,但力学性能但力学性能较差。较差。(2)工程塑料的性能特点和应用：工程塑料的性能特点和应用：工程塑料密度小，比工程塑料密度小，比工程塑料密度小，比工程塑料密度小，比 强度（强度强度（强度强度（强度强度（强度/密度）高，耐磨性、减振性较好，密度）高，耐磨性、减振性较好，密度）高，耐磨性、减振性较好，密度）高，耐磨性、减振性较好，易于成形；强度、硬度较低，导热性、耐热性易

26、于成形；强度、硬度较低，导热性、耐热性易于成形；强度、硬度较低，导热性、耐热性易于成形；强度、硬度较低，导热性、耐热性 较差，且易老化。较差，且易老化。较差，且易老化。较差，且易老化。工程塑料可用于替代金属制造工程构件和机械零件工程塑料可用于替代金属制造工程构件和机械零件工程塑料可用于替代金属制造工程构件和机械零件工程塑料可用于替代金属制造工程构件和机械零件 丙、丁、苯树脂丙、丁、苯树脂(ABS)硬度高，耐冲击，表面可电镀，但耐候性和耐热性差硬度高，耐冲击，表面可电镀，但耐候性和耐热性差 水表外壳、电话机外壳、泵叶轮、汽车挡泥板、小汽车车身水表外壳、电话机外壳、泵叶轮、汽车挡泥板、小汽车车身聚

27、丙烯（聚丙烯（PP）最轻的塑料，力学性能较高，密度小，耐腐蚀性最轻的塑料，力学性能较高，密度小，耐腐蚀性 化工容器、管道、法兰接头、汽车零件、仪表罩壳化工容器、管道、法兰接头、汽车零件、仪表罩壳尼龙（尼龙（PA）韧性好，耐磨、耐油、吸水性大，影响尺寸稳定性韧性好，耐磨、耐油、吸水性大，影响尺寸稳定性 轴承、密封圈、轴瓦、石墨填充轴承轴承、密封圈、轴瓦、石墨填充轴承聚甲醛（聚甲醛（POM）耐磨、耐疲劳，抗冲击，摩擦系数低，吸水率小，但成形收缩率较大耐磨、耐疲劳，抗冲击，摩擦系数低，吸水率小，但成形收缩率较大 大型轴承、齿轮、蜗轮、轴套。阀杆、螺母等。大型轴承、齿轮、蜗轮、轴套。阀杆、螺母等。酚醛

28、（酚醛（PF）强度和刚性好，耐磨性良好，易于成形强度和刚性好，耐磨性良好，易于成形 仪表外壳、灯头、插座仪表外壳、灯头、插座聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（F-4）摩擦系数最低，不吸水，耐腐蚀，有摩擦系数最低，不吸水，耐腐蚀，有“塑料王塑料王”之称。加工成形性不好之称。加工成形性不好;耐沸耐沸 腾盐酸、硫酸、硝酸及王水。只有熔融碱金属、气态氟才能腐蚀之腾盐酸、硫酸、硝酸及王水。只有熔融碱金属、气态氟才能腐蚀之 无油润滑活塞环，密封圈无油润滑活塞环，密封圈;输送酚的离心泵端面密封圈输送酚的离心泵端面密封圈;硝铵捕集回流管硝铵捕集回流管 子法兰，化工用阀隔膜子法兰，化工用阀隔膜 聚苯醚（聚苯醚（PPO）强

29、度高，耐热性好，收缩率低强度高，耐热性好，收缩率低 高温下工作的齿轮、轴承、外科医疗器械高温下工作的齿轮、轴承、外科医疗器械6.2 6.2 塑料成形塑料成形 6.2.1 物料物料 聚合物聚合物 塑料的主要成分，决定了塑料的基本性能塑料的主要成分，决定了塑料的基本性能添加剂添加剂 增塑剂增塑剂 提高加工性、柔韧性和延展性提高加工性、柔韧性和延展性 常用邻苯二甲酯、磷酸酯和氯化石蜡等常用邻苯二甲酯、磷酸酯和氯化石蜡等 交联剂交联剂 显著提高制品的强度和耐热显著提高制品的强度和耐热 耐磨性能。耐磨性能。主要是有机过氧化物，如双苯、过氧主要是有机过氧化物，如双苯、过氧 化异丙苯等。化异丙苯等。填填 料

30、料 改善强度、耐久性、工作性改善强度、耐久性、工作性 能或其它性能，或降低成本能或其它性能，或降低成本 的相对惰性的固体材料的相对惰性的固体材料 常用品种有碳酸钙、陶土、滑石粉和炭黑等常用品种有碳酸钙、陶土、滑石粉和炭黑等 6.2.2 塑料成形工艺过程塑料成形工艺过程 (1)原料准备：原料准备：(2)配混料：配混料：一种或几一种或几 种聚合物与其它组分种聚合物与其它组分 如填料、增塑剂、催如填料、增塑剂、催 化剂和着色剂等的均化剂和着色剂等的均 匀掺混料匀掺混料 (3)塑炼：塑炼：使物料在熔使物料在熔 融状态下进一步混合融状态下进一步混合 渗透并去除水分和挥渗透并去除水分和挥 发物发物 (4)

31、(4)粉碎或切粒粉碎或切粒：塑炼好的物料需经粉碎或切成粒状，以便于塑炼好的物料需经粉碎或切成粒状，以便于成形加工时机械化输送和加料操作。成形加工时机械化输送和加料操作。图6-7 密闭式塑炼机工作原理图6-8 切碎机结构2、塑料成形方法：、塑料成形方法：(1)(1)挤出成形：挤出成形：挤出成形：挤出成形：用于生产具有用于生产具有一定断面形状的连一定断面形状的连续材料续材料，如，如管材、管材、板材和中空制品等板材和中空制品等 还常用于物料还常用于物料的塑炼和着色等。的塑炼和着色等。生产效率高、工艺适应性强、设备结构简单，生产效率高、工艺适应性强、设备结构简单，但制品断面形状较简单且精度较低。但制品

32、断面形状较简单且精度较低。适用于几乎各类适用于几乎各类热塑性塑料热塑性塑料和和部分热固性塑料部分热固性塑料。(2)(2)(2)(2)注塑成形：注塑成形：注塑成形：注塑成形：注注塑塑成成形形适适用用于于几几乎乎所所有有品品种种的的热热塑塑性性塑塑料料和和大大部分热固性塑料部分热固性塑料。制制品品外外形形可可较较复复杂杂、精精度度和和生生产产效效率率较较高高。目目前前注塑制品产量约占塑料制品总产量的注塑制品产量约占塑料制品总产量的20%30%。(3)(3)(3)(3)压塑成形：压塑成形：压塑成形：压塑成形：模具结构简单，模具结构简单，制品性制品性能较均匀，并可成形流动能较均匀，并可成形流动性很差的

33、物料及大面积的性很差的物料及大面积的薄壁制品。薄壁制品。压塑成形多用于热固压塑成形多用于热固性塑料，几乎性塑料，几乎所有的所有的热固热固性塑料性塑料都适于压塑成形都适于压塑成形 生产效率低、劳动强度生产效率低、劳动强度大，制品精度难以控制且大，制品精度难以控制且模具易于磨损模具易于磨损,能耗较大。能耗较大。(4)(4)(4)(4)压延成形：压延成形：压延成形：压延成形：使加热塑化的物料通过一系列相向旋转的辊筒使加热塑化的物料通过一系列相向旋转的辊筒之间，受挤压和延展作用成为平面状连续材料的之间，受挤压和延展作用成为平面状连续材料的成形方法。成形方法。生产效率高、生产效率高、产品质量好产品质量好

34、，且可，且可直接制出各种花纹直接制出各种花纹和图案。和图案。设备庞杂、维设备庞杂、维修复杂，制品宽度修复杂，制品宽度受限制。受限制。压延成形可用于各类压延成形可用于各类热塑性塑料热塑性塑料，主要产品，主要产品有薄膜、片材和人造革等有薄膜、片材和人造革等(5)其它成形方法其它成形方法 1 1）注坯吹塑成形）注坯吹塑成形）注坯吹塑成形）注坯吹塑成形 2 2）反应注塑成形）反应注塑成形）反应注塑成形）反应注塑成形 用于各类用于各类热塑性塑料热塑性塑料的瓶体生产的瓶体生产 主主要要用用于于热热固固性性塑塑料料的的薄薄壁壁和和大大型型件件的的成成形形，如如浴浴盆盆、家具、座椅等。家具、座椅等。3、塑料的

35、二次加工、塑料的二次加工 通过二次加工，可进一步提高制品的精度、表面通过二次加工，可进一步提高制品的精度、表面质量和使用性能；单件小批生产时，还有利于节省质量和使用性能；单件小批生产时，还有利于节省制模费用制模费用 (1)机械加工机械加工 夹紧力和切削力不宜过大，刀具刃口应保持锋锐夹紧力和切削力不宜过大，刀具刃口应保持锋锐(2)连接加工连接加工 塑料焊接生产效率高、但只适用于同类热塑性塑塑料焊接生产效率高、但只适用于同类热塑性塑料的连接加工。料的连接加工。胶接既可用于连接加工，也可用于修补残缺件，胶接既可用于连接加工，也可用于修补残缺件，且在塑料与其它材料的连接上正逐步取代原用的机且在塑料与其

36、它材料的连接上正逐步取代原用的机械连接方法。械连接方法。(3)修饰加工修饰加工 对塑料制品表层进行修整和装饰，以提高精度和对塑料制品表层进行修整和装饰，以提高精度和表面质量的二次加工表面质量的二次加工6.2.3 塑料零件结构的工艺性塑料零件结构的工艺性 选选用用成成形形性性能能较较好好且且价价廉廉的的聚聚合合物物，制制品品的的形形状状、结构应力求简单，精度和表面质量要求也不应过高结构应力求简单，精度和表面质量要求也不应过高 (1)壁厚应适当和均匀：壁厚应适当和均匀：通常取通常取1 16 6mm (2)应避免肋板交叉应避免肋板交叉，以免局部过厚而出现缩孔和气泡，以免局部过厚而出现缩孔和气泡(3)

37、宽底容器的底部应设计成拱形面宽底容器的底部应设计成拱形面(4)内孔形状应利于抽出型芯内孔形状应利于抽出型芯(5)与脱模方向平行的内、外表面应具有结构斜度，与脱模方向平行的内、外表面应具有结构斜度，以利于脱模和抽芯以利于脱模和抽芯(6)侧孔轴线应与脱模方向一致，以简化模具和便于侧孔轴线应与脱模方向一致，以简化模具和便于 抽出型芯抽出型芯q 1.6 1.6 复合材料复合材料（p41p41）两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料 1纤维增强复合材料纤维增强复合材料 以树脂、橡胶、陶瓷或金属为基体相，以无机纤维以树脂、橡胶、陶瓷或金属为基体相，以无

38、机纤维 或有机纤维为增强相复合而成的材料。或有机纤维为增强相复合而成的材料。高强度、高刚性、密度小、易加工高强度、高刚性、密度小、易加工 是复合材料中最重要的一种，应用最为广泛，如制是复合材料中最重要的一种，应用最为广泛，如制 造轴瓦、齿轮和车、船的壳体等。造轴瓦、齿轮和车、船的壳体等。2颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料 陶瓷颗粒增强金属基复合材料，又称为金属陶瓷，增强陶瓷颗粒增强金属基复合材料，又称为金属陶瓷，增强 相主要为氧化物和碳化物，金属基体为相主要为氧化物和碳化物，金属基体为Ti、Cr、Ni、Mo、Fe等等 高强度、高硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀、膨胀系数小高强度、高硬度、耐磨、耐热、耐

39、腐蚀、膨胀系数小 用来制造高速切削刀具、重载轴承及火焰喷管的喷嘴等用来制造高速切削刀具、重载轴承及火焰喷管的喷嘴等第第7章章 复合材料成形复合材料成形 由两种或两种以上不同性质的物质组合在一起由两种或两种以上不同性质的物质组合在一起的新材料的新材料 主要组成物可分为二类：一类作为主要组成物可分为二类：一类作为基体材基体材料料形形成几何形状并起粘接作用，另一类作为成几何形状并起粘接作用，另一类作为增强材料增强材料主主要用来承受载荷，起提高强度或韧性等作用要用来承受载荷，起提高强度或韧性等作用7.1 复合材料成形基础复合材料成形基础 复复合合是是一一种种包包括括物物理理、化化学学、力力学学，甚甚至

40、至生生物物学学相互作用的复杂过程相互作用的复杂过程 7.1.1 影响复合材料性能的因素影响复合材料性能的因素 复合材料的性能取决于复合材料的性能取决于基体材料性能、增强体基体材料性能、增强体特征、组成物比例、界面性质、成形方法和工艺参特征、组成物比例、界面性质、成形方法和工艺参数数等因素等因素 基体材料性能：基体材料性能：对复合材料的性能有重要影响对复合材料的性能有重要影响 增强体特征：增强体特征：包括增强体的类型、粗细、强度和包括增强体的类型、粗细、强度和弹弹 性模量等。性模量等。增强纤维越细，复合材料增强纤维越细，复合材料 的强度越高，刚度越大。增强体颗粒的强度越高，刚度越大。增强体颗粒

41、细些，增强效果就会好些，颗粒直径细些，增强效果就会好些，颗粒直径 一般为一般为0.010.010.1mm0.1mm时增强效果最好。时增强效果最好。组成物比例及分布等：组成物比例及分布等：增强体在复合材料中的含量、增强体在复合材料中的含量、排列方式和方向以及和基体间的界面排列方式和方向以及和基体间的界面 粘结状况等都直接影响到复合材料的粘结状况等都直接影响到复合材料的性能，应进行适当控制性能，应进行适当控制 成形方法和工艺参数：成形方法和工艺参数：不同的复合材料应选择不同的复合材料应选择合适的成形方法和工艺参数以使复合适的成形方法和工艺参数以使复 合材料和制品获得良好的性能合材料和制品获得良好的

42、性能 7.1.2 复合材料的复合原则复合材料的复合原则 为为获获得得最最佳佳的的强强度度、刚刚度度和和韧韧性性，纤纤维维增增强强复复合合材料的生产应遵循下述原则：材料的生产应遵循下述原则：1、纤维的性能：纤维的性能：应具有高强度和高刚度。有时还要应具有高强度和高刚度。有时还要应具有高强度和高刚度。有时还要应具有高强度和高刚度。有时还要 求纤维的密度小，耐热性好求纤维的密度小，耐热性好求纤维的密度小，耐热性好求纤维的密度小，耐热性好。应用较多的纤维有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶应用较多的纤维有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等瓷纤维等（2 2 2 2）基体对纤维应有一定的粘结性能，并能保护基体

43、对纤维应有一定的粘结性能，并能保护基体对纤维应有一定的粘结性能，并能保护基体对纤维应有一定的粘结性能，并能保护 纤维表面不受损伤。纤维表面不受损伤。纤维表面不受损伤。纤维表面不受损伤。2、基体的性能基体的性能（1 1）基体应有一定的塑性和韧性，以防纤维断裂）基体应有一定的塑性和韧性，以防纤维断裂）基体应有一定的塑性和韧性，以防纤维断裂）基体应有一定的塑性和韧性，以防纤维断裂 时裂纹扩展。时裂纹扩展。时裂纹扩展。时裂纹扩展。v 聚合物和金属能较好地满足上述要求。聚合物和金属能较好地满足上述要求。3、纤维与基体间应纤维与基体间应纤维与基体间应纤维与基体间应有合适的结合强度有合适的结合强度有合适的结

44、合强度有合适的结合强度，以利于载荷由基体向以利于载荷由基体向纤维传递，充分发挥纤维传递，充分发挥纤维的增强作用纤维的增强作用4、纤维必须有合理的含量、尺寸和分布纤维必须有合理的含量、尺寸和分布纤维必须有合理的含量、尺寸和分布纤维必须有合理的含量、尺寸和分布(1)纤维的含量：纤维的含量：通常纤维的体积容量越大，增强效果越好。通常纤维的体积容量越大，增强效果越好。(2)纤维的尺寸：纤维的尺寸：纤维的直径越小、越长，增强效果越好。纤维的直径越小、越长，增强效果越好。(3)纤维的分布：纤维的分布：纤维的排列可采用不同方向交叉层叠方式，纤维的排列可采用不同方向交叉层叠方式，以达到多方向的增强效果。以达到

45、多方向的增强效果。7.1.3 复合材料成形的工艺特点复合材料成形的工艺特点1 1 1 1、材料制备与制品成形同时完成、材料制备与制品成形同时完成、材料制备与制品成形同时完成、材料制备与制品成形同时完成 形状复杂的大型制品往往能一次整体成形，工艺形状复杂的大型制品往往能一次整体成形，工艺简单、生产周期短、成本低。由于减少甚至取消了接简单、生产周期短、成本低。由于减少甚至取消了接头，应力集中小、制品质量轻、刚度和耐疲劳性高。头，应力集中小、制品质量轻、刚度和耐疲劳性高。2 2 2 2、材料性能的可设计性、材料性能的可设计性、材料性能的可设计性、材料性能的可设计性 通过对产品的分析选择相应的基体材料

46、和增强材通过对产品的分析选择相应的基体材料和增强材料和合适的比例；并设计合理的排列方向和层数，料和合适的比例；并设计合理的排列方向和层数，选用合适的复合工艺和参数，可使制品结构合理、选用合适的复合工艺和参数，可使制品结构合理、安全可靠，且有较好的经济性，从而为材料和结构安全可靠，且有较好的经济性，从而为材料和结构实现最优化设计。实现最优化设计。7.2.1 树脂基复合材料的成形方法树脂基复合材料的成形方法 1手糊法手糊法 铺一层增强材料刷一铺一层增强材料刷一次树脂，直至所需层数，次树脂，直至所需层数，最后进行固化、脱模、修最后进行固化、脱模、修整和检验得到所需制品整和检验得到所需制品 设备简单，

47、不受制品尺寸设备简单，不受制品尺寸限制，劳动条件差，制品质限制，劳动条件差，制品质量不稳定、强度较低，量不稳定、强度较低，适用于大型制品的小批量、适用于大型制品的小批量、多品种生产。多品种生产。一般用来成形船体、浴盆、波纹瓦、汽车壳体、一般用来成形船体、浴盆、波纹瓦、汽车壳体、风机叶片等，风机叶片等，是使用最早和目前仍广泛应用的一种是使用最早和目前仍广泛应用的一种成形方法成形方法 2喷射法喷射法：将手糊法成形操作中的糊制工序改由喷枪完成，将手糊法成形操作中的糊制工序改由喷枪完成，将纤维和树脂液同时喷到模具上，再经压实、固化将纤维和树脂液同时喷到模具上，再经压实、固化得到制品。得到制品。通常喷射

48、速率为通常喷射速率为2 210kg/min10kg/min 喷射法成形为喷射法成形为半机械化操作，生半机械化操作，生产率高；产率高；制品的飞制品的飞边少，无搭缝；整边少，无搭缝；整体性好。体性好。树脂含量高；树脂含量高；制品强度低；且操制品强度低；且操作现场粉尘大；工作现场粉尘大；工作环境差。作环境差。3袋压法袋压法 将手糊法成形的制品或预浸料（预浸树脂的纤维将手糊法成形的制品或预浸料（预浸树脂的纤维或织物）放到模具内，并在制品上覆盖橡胶袋或塑或织物）放到模具内，并在制品上覆盖橡胶袋或塑料袋，将气体压力施加到尚未固化的制品表面使其料袋，将气体压力施加到尚未固化的制品表面使其成形的工艺方法成形的

49、工艺方法。(1)真空袋压法：真空袋压法：(2)压力袋压法：压力袋压法：制品两面都比较平滑，质量好；成形周期短、制品两面都比较平滑，质量好；成形周期短、适应的树脂类型广且制品的形状可较复杂适应的树脂类型广且制品的形状可较复杂。成本较。成本较高，制品尺寸也受到设备的限制。高，制品尺寸也受到设备的限制。4缠绕法：缠绕法：将连续纤维或布带浸渍树脂后，按照一定规律缠绕将连续纤维或布带浸渍树脂后，按照一定规律缠绕到芯模上，通过固化、脱模而得到制品的方法。到芯模上，通过固化、脱模而得到制品的方法。缠绕法缠绕法目前主要目前主要用于缠绕园柱体、球用于缠绕园柱体、球体等回转体制品，如体等回转体制品，如压力罐、筒，

50、贮罐、压力罐、筒，贮罐、和火箭发动机壳体等和火箭发动机壳体等 制品比强度大、精度高、质量好且易实现自动化生制品比强度大、精度高、质量好且易实现自动化生产。但制品轴向难以增强，设备投资较大。产。但制品轴向难以增强，设备投资较大。5模压法：模压法：将已干燥的浸胶纤维或织物等放入金属模具内，将已干燥的浸胶纤维或织物等放入金属模具内，通过加热、加压使树脂塑化和熔融流动成形，经固通过加热、加压使树脂塑化和熔融流动成形，经固化获得制品。化获得制品。模压法制品尺寸精确、表面光滑、力学性能高。模压法制品尺寸精确、表面光滑、力学性能高。模压法工艺简便、应用广泛，常用于制造船体、模压法工艺简便、应用广泛，常用于制