第4章 仪器零件的成形工艺基础

1、第4章 仪器零件的成形工艺基础 4.1电子组装技术 4.2 光学零件加工 4.3塑料零件的加工 4.4陶瓷零件加工 4.5金属零件成形 4.6连接工艺 4.7刻划工艺 4.8 表面技术 电子组装技术经历了下列几个阶段: 40年代是以电子管为有源器件的手工焊接阶段。 40 年代晶体管和印制电路相继问世，并在50年代至 60年代 得到广泛应用后，形成了以晶体管和印制电路板为主的手工焊 接阶段。这阶段电子设备的组装和结构产生了很大的变化，提 高了组装密度，缩小了设备的体积。 60年代，在集成电路技术与多层印制板的发展的基础上，形 成了以集成电路、自动插装和波峰焊为主的组装阶段。 70年代末，由于超大

2、规模集成电路和无引线或短引线片状电 子元器件的发展，电子组装进入了表面贴装阶段。 80年代中 期，在发展表面安装技术的同时，微焊接技术、高 密度多层基板技术的发展，形成了以多芯片模块 (MCM)为特征 的第五代微电子组装阶段。其特点是组装密度更高，互连线更 短，因此，信号延迟时间短，信息传输速度快 微组装技术是90年代以来在半导体集成电路技术、混合 集成电路技术和表面组装技术(SMT)的基础上发展起来的 新一代电子组装技术。 微组装技术是在高密度多层互连基板上，采用微焊接和 封装工艺组装各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯 片，形成高密度、高速度、高可靠的三维立体机构的高级 微电子组件的技术

3、。 4.1电子组装技术 4.1.1SMT和THT 电子工业不断的高速发展阶段。人们希望电子设备体积 小、重量轻、性能好、寿命长以满足各方面的要求。因此 促进了电子电路的组装技术的发展朝着高密度组装技术的 发展。 表面组装技术， “Surface Mount Technology”，简称SMT 通孔组装技术， “Through-hole Technology”，简称THT 微组装技术， “Microelectronics Packing Technology”，简称MPT THT与与SMT组装比较组装比较 组装的元器件引线短或无引线组装的元器件引线短或无引线 电子组装技术的发展主要受元器件类型的

4、支配。 与传统的THT相比，SMT有以下特点特点： 1. 1. 组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的 体积和重量只有传统插装元件的体积和重量只有传统插装元件的1/101/10左右，一般采用左右，一般采用SMTSMT 之后，电子产品体积缩小之后，电子产品体积缩小40%-60%40%-60%，重量减轻，重量减轻60%-80%60%-80%。 2.2.可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。 3.3.高频特性好。减少了电磁和射频干扰。高频特性好。减少了电磁和射频干扰。 4.4.易于实现自动化，提高生产效率。易于实

5、现自动化，提高生产效率。 5.5.降低成本达降低成本达30%-50%30%-50%。节省材料、能源、设备、人力、时。节省材料、能源、设备、人力、时 间等。间等。 4.1电子组装技术 THT组装生产线如图4-1所示，采用人工插装、波峰焊 接，AOI焊点质量自动检查，主要应用在一些产量大要求 较高的产品中（如计算机主板）。 图4-1THT组装生产线 4.1电子组装技术 SMT组装生产线如图4-2所示。SMT是将表面贴装元件 直接贴焊到印制电路板或其他基材表面，使用片式元器件。 图4-2SMT组装生产线 4.1电子组装技术 MPT组装生产线如图4-3所示。MPT实质是高密度组装的SMT， 具有工作频

6、率高、焊点尺寸微小等特点。 图4-3MPT组装生产线 4.1电子组装技术 4.1.2 电子组装中的焊接技术 电子元器件的焊接是指通过熔融的焊料合金与两个被 焊接金属表面之间形成金属间合金层（焊缝），从而实现 两个被焊接金属之间电气与机械连接的工艺过程，如图4- 1所示。 4.1电子组装技术 常用的焊接技术如下： 1）手工锡焊 在生产企业中，焊接SMT元器件主要依靠自动焊接设备，但 在维修电子产品或者研究单位制作样机时，检测、焊接SMT元件 常使用手工锡焊。图4-4所示为手工锡焊的操作步骤。 图4-4手工锡焊的操作步骤 4.1电子组装技术 2）浸焊 浸焊浸焊是最早应用在电子产品批量生产中的焊接方

7、法，现 在还在一些小型企业中使用，浸焊设备的焊料槽如图4-5 所示。 图4-5浸焊设备的焊料槽 No Image No Image No Image 浸焊设备的工作原理是让插好元器件的印制电路板水 平接触熔融的铅锡焊料，使整块电路板上的全部元器件 同时完成焊接。 印制板上的导线被阻焊层 阻隔，不需要焊接的焊点 和部位，要用特制的阻焊 膜（或胶布）贴住，防止 焊锡不必要的堆积。 No Image No Image No Image 1020 操作浸焊机的要点操作浸焊机的要点 浸焊的缺点：浸焊的缺点： 熔融的焊料易氧化，形成的残渣漂浮在表熔融的焊料易氧化，形成的残渣漂浮在表 面，影响焊接质量。面，

8、影响焊接质量。 电路板因为热冲击大易翘曲变形。电路板因为热冲击大易翘曲变形。 焊点易产生桥连焊点易产生桥连 浸焊的优点：浸焊的优点： 结构简单，由温度、时间与浸焊深度控制焊结构简单，由温度、时间与浸焊深度控制焊 料，由焊盘的大小和元器件引脚的粗细决定可料，由焊盘的大小和元器件引脚的粗细决定可 焊面积而形成焊点。焊面积而形成焊点。 4.1电子组装技术 3）波峰焊（Wave Soldering） 波峰焊分为两种：单波峰焊单波峰焊和双波峰焊双波峰焊电子产品THT 批量生产中的焊接方法是单波峰焊，SMT批量生产中的 焊接方法是双波峰焊。 波峰焊接技术是由早期 的浸焊技术发展而来的。是 利用焊锡槽内的机

9、械式或电 磁式离心泵，将熔融焊料压 向喷嘴，形成一股向上平稳 喷涌的焊料波峰。装有元器 件的印制电路板以直线平面 运动方式通过焊料波峰，在 焊接面上形成浸润焊点而完 成焊接。 波峰焊机焊锡槽示意图波峰焊机焊锡槽示意图 工作流程图1 增加了电路板焊接 面与焊锡波峰接触 的长度 ； 有利于焊点内的助 焊剂挥发，避免形 成夹气焊点，还能 让多余的焊锡流下 来。 斜坡式波峰焊机 图4-7 双波峰焊接 图4-6一般单波峰焊接 湍流波湍流波: 波峰口是2-3排交错排列的小孔或狭长缝，锡流从孔/缝中喷出， 形成快速流动的、形如涌泉的波峰； 空心波空心波: 是从倾斜45的单向峰口喷出，锡流与SMA（表面贴装组

10、件） 行走同向或逆向喷出。 层流波：层流波： 波峰稳定平稳，可对焊点进 行修整，以消除各种不良现象， 所以该波又称为平滑修整补充 波。 由于它们具有窜动现象，在焊接过 程中有更多的动能，有利于在紧密 间距的片状元器件之间注入焊料， 但湍流波与空心波峰形成的焊点是 不均匀的，还可能有桥接和毛刺存 在。 紊乱波紊乱波宽平波宽平波 4.1电子组装技术 4）再流焊 再流焊目前主要用于表面组装技术中片状元件的焊接。 这种焊接技术是预先在印制电路板上的焊盘上施放适量且 适当形式的锡铅(Sn/Pb)糊状焊膏，用它将元器件粘在印 制电路板上；然后将贴装好元器件的印制板放在再流焊设 备的传送带上，利用外部热源使

11、钎料熔化而再次流动，从 炉子入口到出口(大约需要4-6分钟)完成干燥、预热、熔化、 冷却全部焊接过程。 4.1电子组装技术 4.1.3 电子组装中的检测 目前电子产品的微小型化，必然使元器件也不断地朝着 微小型化方向发展，引脚间距现朝着0.1mm甚至更小的尺 寸发展，布线也越来越密，这一切对用SMT生产的产品质 量检测技术提出了非常高的要求。在现代电子组装技术中 采用SMT工艺，使用的检测技术主要包括： 人工目检(MVl)，自动视觉检测(AVl)，自动光学检测 (AOI)，在线电路检测(ICT)，自动X射线检测(AXl)。 在线电路测试即ICT，分为飞针和针床两种方式 其工作原理是在设计芯片和

12、PCB板时引入菊花链拓扑结构（菊花链 拓扑是用最短的互连传输线把所有的器件连接起来，每个器件最多只 能通过两段传输线连接到另外的两个器件上，直至完成所有的器件连 接，连接完成后，从首个器开始，所有的器件连接成链状），使得组 装后的焊点形成网络，从而通过检测网络通断来判断焊点是否失效。 具体的方法是用探针检测设定点的电性能参数。目前生产中选用最多 的是单头探针(尖矛型)，一般适用于检测孔和焊盘，若用于管脚会发 生侧滑：对通孔元器件的管脚，通常采用三针型和锋利的多面型等。 为提高探针耐久性，探针材料通常选高硬度的钢材，检测压力一般在 120N的范围内；而对于免清洗焊膏，助焊剂残余较少，压力范围可

13、选择低一点，通常取1.12.0N。ICT测试一般用于再流焊后，主要用 来检测元器件极性贴错、桥接、虚焊、短路等缺陷。 在线电路测试仪外形 为了适应高密度和细间距组装的检 测需要，AOI检测即自动光学检测成 为SMT工艺中检测技术的重要技术手 段，AOI检测是采用了计算机技术、 高速图像处理和识别技术、自动控制 技术、精密机械技术和光学技术整合 形成的一种检测技术。具有自动化程 度高、检测速度快和高分辨率的检测 能力，可以减轻劳动强度，提高判别 准确性，减少专用夹具，具有良好的 通用性，能给组装系统提供实时反馈 信息，其设备外形如图右图所示。 SAKI AOI外形 SMT中应用AOI技术的形式多

14、种多样，但其基本原理是相 同的，即用光学手段获取被测物体图形，一般通过一传感 器（摄像机）获得检测物体的照明图像并经过数字化处理， 然后以某种方法进行比较、分析、检验和判断，相当于将 人工目视检测自动化、智能化。 AOI系统是涉及多学科的精密设备。AOI系统按技术可 划分为精密机械、电气控制、图像处理（CCD摄像或叫视 觉系统）系统、软件系统4大部分，在各主要模块中根据 需要还可以进行功能划分。 AOI与其它测试技术相比，可用于生产线上的多个 位置，目前AOI主要用于3个检测工序： 1) 锡膏印刷之后检测，及时发现印刷过程中的缺陷， 将因为锡膏印刷不良产生的焊接缺陷降到最低，常采 用100的2

15、D和3D检测方法，可以检测焊膏沉积的位 置和厚度。 2) 贴片之后检测，检查来自锡膏印刷以及贴片过程中 产生的缺陷。 3) 再流焊后检测，主要检查焊后缺陷。 X射线检测是利用X射线具备 很強的穿透性，能穿透物体表面 的性能，透视被检焊点内部，从 而达到检测和分析电子元件各种 常见的焊点的焊接品质，如BGA， CSP与FC等封装器件下面的焊点 缺陷，如桥接、开路、焊球丢失、 移位、钎料不足、空洞、焊球和 焊点边缘模糊等，还可检测BGA 等封装内部是否有气泡，桥架， 虚焊等。图为X射线测试机器外 形图。 X射线测试机器外形图 4.1.4 电子组装中的清洗与返修 1.清洗 2.返修 1）接触焊接 2

16、）热风焊接 3）IR红外焊接 图4.8 热风焊接与IR红外焊接 电子产品组装的基本工艺流程 电子产品的装配过程是先将零件、元器件组装成部件，再将部件 组装成整机，其核心工作是将元器件组装成具有一定功能的电路板部 件或叫组件（ PCBA ）。这里介绍的电子工艺主要是指电路板组件 的装配工艺 4.2 光学零件加工 随着近代光学和光电子技术的飞速发 展，现代仪器中光学元器件的使用日趋 广泛。仪器中所使用的光学元器件的种 类繁多，按其功能、结构形式和工艺特 点，可分为透镜、棱镜、反射镜、滤光 片、光栅，以及激光器件、光纤器件、 光存储器件等。 4.2 光学零件加工 图4-9所示为某个望远物镜的光学零件

17、即典型透镜零件工程图样。 图4-9 典型透镜零件工程图样 4.2 光学零件加工 4.2.1 光学零件的基本加工工艺 1光学零件的毛坯成形 1）热加工成形 2）冷加工成形 3）一次成形 2铣磨 3精磨 4抛光 5定心和磨边 6胶合 7镀膜 4.2 光学零件加工 4.2.2光学零件的现代制造技术 随着光学的发展，光学系统中光学零件所应用的光学面越来越 复杂，光学面是指在光学零件上和光发生相互作用的表面。球形 光学面的光学零件有着悠久的历史，现在还在广泛应用。1非 球面光学零件计算机控制制造技术 1）单点金刚石车削 2）单点金刚石飞刀铣削 3）金刚石磨轮铣磨 图4-10金刚石飞刀铣削原理 4.2 光

18、学零件加工 4.2.2光学零件的现代制造技术 图4-11金刚石车削飞刀 图4-12筒形磨轮铣磨加工原理 4.2 光学零件加工 4.2.2光学零件的现代制造技术 2塑料光学零件注射成形技术 塑料光学零件具有质轻、耐冲击、易于实现非球面、便于大 批量生产、成本低等优点。塑料光学零件制造方法包括注射成形、 浇铸成形和热压成形等。 1）光学塑料零件的注射成形过程 2）提高质量和精度应注意的因素 3光学玻璃模压成形技术 4.2 光学零件加工 4.2.2光学零件的现代制造技术 图4-13GMP-58-7Z移动模芯式玻璃成形工艺过程示意图 4.2 光学零件加工 4.2.3光学零件的镀膜工艺 当光线经过未经任

19、何处理的光学零件表面时，将会有百分之 几的光线反射。如果在光学零件的表面镀上一层或者多层薄膜， 根据所镀膜层的不同，将实现增透、反射、分光、滤光、偏振等 功能。常用的光学镀膜如下： （1）减反射膜（增透膜） （2）分束膜（分光膜） （3）其他薄膜 除以上外，还有滤光膜、偏振膜、保护膜等。 光学薄膜的镀膜方法有真空镀膜、化学镀膜、 溅射镀膜等方法 4.2.3光学零件的镀膜工艺 1化学镀膜 （2）溶液沉淀法化学镀银。 （1）酯类水解法镀双层（TiO2 + SiO2）增透膜。 2真空镀膜 真空镀膜 4.2.3光学零件的镀膜工艺 工业生产中常采用的蒸镀方法有电子加热蒸镀法、电子束加热蒸镀法 和离子束辅

20、助蒸发技术。 （1）电子加热蒸镀法。 （2）电子束加热蒸镀法。 直型电子枪 1基板；2灯丝；3阴极；4阳极； 5电子束聚焦装置；6电子束； 7蒸发材料；8冷却水 4.2.3光学零件的镀膜工艺 （3）离子束辅助镀膜技术。 e型磁偏转电子枪工作原理 离子束辅助镀膜系统结构示意 1阴极；2阳极；3偏转磁极靴；4电子束流； 5水冷坩埚；6二次电子；7收集极；8励磁线圈 4.2.3光学零件的镀膜工艺 3等离子体增强化学气相沉积技术等离子体增强化学气相沉积技术 4溅射镀膜技术溅射镀膜技术 图图4-18用于光学薄膜沉积的不同用于光学薄膜沉积的不同PECVD系统原理系统原理 4.2.3光学零件的镀膜工艺 图图

21、4-19 PECVD沉积工艺流程框沉积工艺流程框 4.2.3光学零件的镀膜工艺 图4-20磁控溅射基本工艺流程 4.3塑料零件的加工 塑料的种类繁多，按它受热时所呈现的性质不 同，分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。 （1）热固性塑料。 （2）热塑性塑料。 4.3.1塑料零件的成形 1注射成形 4.3塑料零件的加工 1注射成形 注射成形又称为注塑成形，其原理是将颗 粒状态或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的 料筒中，经过加热熔融塑化成为黏流态熔体， 在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的 流速通过喷嘴注入模具型腔，经一定时间的保 压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状， 然后开模分型获得成形塑件

22、。 4.3塑料零件的加工 1注射成形 图4-21注射成形工作循环 4.3塑料零件的加工 1注射成形 图4-22螺杆式注射机结构 1注射液压缸；2料斗；3螺杆；4加热器；5喷嘴；6定模固定板； 7模具；8立柱；9动模固定板；10合模机构；11合模液压缸 4.3塑料零件的加工 2压塑成形 压塑成形又称为压缩成形、模压成形、压 制成形等，基本原理是将粉状、粒状或片状塑 料放在金属模具中加热软化熔融，在压力下充 满模具型腔然后成形，塑料中的高分子产生交 联反应而固件转变成具有一定形状和尺寸的塑 料制件。 4.3塑料零件的加工 图4-23压塑成形 1上模座；2上凸模；3凹模；4下凸模；5下模板；6下模座

23、 4.3塑料零件的加工 3挤出成形 挤出成形又称为挤塑成形，它是使加热或未经加 热的塑料借助螺杆的旋转推进力通过模孔连续 地挤出，经冷却凝固而成为具有恒定截面的连 续成形制品的方法。 4.3塑料零件的加工 图4-24管材挤出成形原理 1螺杆冷却水入口；2料斗冷却区；3料斗；4料筒；5料筒加热器；6螺杆；7多孔板； 8机头（挤出模）；9机头加热器；10定径套；11冷却装置；12压缩空气堵头；13牵引装置； 14切断装置；15管材 4.3塑料零件的加工 4压延成形 使加热塑化的物料通过一系列相向旋转的辊筒之 间，受辊筒的挤压和延展作用成为平面状连续 材料的成形方法。 4.3塑料零件的加工 4.3.

24、2 塑料零件的加工 4.3.2 塑料零件的加工 1机械加工机械加工 2连接加工连接加工 3表面处理表面处理 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 1形状形状 塑件的内外表面形状应在满足使用要求的情况下尽可能易于成形，避免侧孔与侧凹，塑件的内外表面形状应在满足使用要求的情况下尽可能易于成形，避免侧孔与侧凹， 防止使用侧抽芯或瓣合模而使模具结构复杂，制造成本提高，增加塑件的修防止使用侧抽芯或瓣合模而使模具结构复杂，制造成本提高，增加塑件的修 整量。整量。 图图4-25所示为防止采用侧抽芯或瓣合分型模具的设计。所示为防止采用侧抽芯或瓣合分型模具的设计。 （a）不合理）不合理 （b）合

25、理）合理 图图4-25防止采用侧抽芯或瓣合分型模具的设计防止采用侧抽芯或瓣合分型模具的设计 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 2壁厚塑件的壁厚应适当和均匀壁厚塑件的壁厚应适当和均匀 壁厚过小的塑件难以满足使用时的强度及刚度要壁厚过小的塑件难以满足使用时的强度及刚度要 求，熔体充满型腔时流动阻力大，易出现缺料求，熔体充满型腔时流动阻力大，易出现缺料 现象，大型复杂塑件难以充满型腔；壁太厚的现象，大型复杂塑件难以充满型腔；壁太厚的 塑件内部会产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷；塑件内部会产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷； 塑件壁厚不均将造成收缩不一致，导致塑件变塑件壁厚不均将造成收缩

26、不一致，导致塑件变 形或翘曲形或翘曲 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 a 不合格结构 b 合格结构 图4-26 后壁应适当和均匀 1-缩孔 2-筋板 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 3脱模斜度脱模斜度 为了便于脱模和抽芯，防止塑料零件表面在脱模为了便于脱模和抽芯，防止塑料零件表面在脱模 时划伤，零件与脱模方向平行的内、外表面应时划伤，零件与脱模方向平行的内、外表面应 具有合理的脱模斜度具有合理的脱模斜度 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 4加强筋加强筋 （a）改进前 （b）改进后 图4-27塑件的脱模斜度 图4-28采用加强筋避免

27、塑件翘曲变形 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 5薄壁件的底部和边缘薄壁件的底部和边缘 薄壳状的宽底容器的底部刚性较差，应设计成球面或拱形面，以增大刚度薄壳状的宽底容器的底部刚性较差，应设计成球面或拱形面，以增大刚度 和减小翘曲变形。对于薄壁容器的边缘，可按照如图和减小翘曲变形。对于薄壁容器的边缘，可按照如图4-29所示的设所示的设 计来增大刚度和减小变形。计来增大刚度和减小变形。 图4-29容器边缘的增强 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 6圆角圆角 在塑料零件的内外表面转弯处应采用圆角过渡（见图在塑料零件的内外表面转弯处应采用圆角过渡（见图4-30）

28、，以减少应力集中，），以减少应力集中， 避免在受力或冲击振动时发生破裂。避免在受力或冲击振动时发生破裂。 （a）改进前 （b）改进后 图4-30塑料零件的圆角 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 6圆角圆角 圆角半径的大小主要取决于塑料零件的壁厚，如图圆角半径的大小主要取决于塑料零件的壁厚，如图4-31所示。所示。 图4-31塑料零件的圆角半径 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 7孔孔 塑料零件上常见的孔有通孔、不通孔、异形孔。 在设计孔的位置时，应尽量不削弱塑料零件的 强度，不增加模具制造的复杂性。 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性

29、8螺纹螺纹 塑料零件上的螺纹可以直接用模具成形，也可以用机械加塑料零件上的螺纹可以直接用模具成形，也可以用机械加 工成形。螺纹直径不宜过小，螺纹的配合长度一般不大工成形。螺纹直径不宜过小，螺纹的配合长度一般不大 于于810牙。为了增加塑件螺纹的强度，防止螺孔最牙。为了增加塑件螺纹的强度，防止螺孔最 外圈螺纹崩裂或变形，同时也方便螺纹的拧入，螺纹的外圈螺纹崩裂或变形，同时也方便螺纹的拧入，螺纹的 始端和末端均不应突然开始和结束，在螺孔始端应留有始端和末端均不应突然开始和结束，在螺孔始端应留有 0. 20. 8 mm的凹台，如图的凹台，如图4-32所示。所示。 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料

30、零件的结构工艺性 （a）塑件阴螺纹的正误形状 （b）塑件阳螺纹的正误形状 图4-32塑料零件螺纹的加工形状 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 9镶嵌件镶嵌件 利用镶嵌件可以扩大塑料零件的使用范围，还可利用镶嵌件可以扩大塑料零件的使用范围，还可 简化部件的装配，提高生产效率。镶嵌件的固简化部件的装配，提高生产效率。镶嵌件的固 定方法有两种：先嵌固定法与后嵌固定法。定方法有两种：先嵌固定法与后嵌固定法。 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 9镶嵌件镶嵌件 图4-33先嵌固定法 4.3塑料零件的加工 4.3.3塑料零件的结构工艺性 9镶嵌件镶嵌件 图4-34后嵌

31、固定法 1螺钉兼作扩张器；2镶嵌件；3被紧固在塑件上的零件 4.4陶瓷零件加工 4.4.1陶瓷零件的成形技术 制造陶瓷零件的原料大多是粉料，同时陶 瓷又是一种硬而脆的材料，因此，仪器中陶瓷 零件的制造与普通陶瓷器的制造相似，多采用 成形后再烧结的方法。常用的成形方法如下。 4.4陶瓷零件加工 4.4.1陶瓷零件的成形技术 1干压成形 干压成形又称为金属模压成形，这种方法类似于粉末冶金，是最常用的一 种成形方法 2等静压成形 等静压成形是巴斯克原理（静压传递原理）的一种应用。图4-36所示为等 静压成形法的原理。 4.4陶瓷零件加工 4.4.1陶瓷零件的成形技术 图4-35热压工艺原理 1下模冲

32、；2被压制材料；3模体；4上模冲； 5隔热板；6测温热电偶；7加热器件；8隔热板； 9下活动板 图4-36等静压成形法原理 1上盖；2排气口；3高压容器；4粉末； 5成形橡胶模；6液体压力介质； 7液体压力介质加入口；8下盖 4.4陶瓷零件加工 4.4.1陶瓷零件的成形技术 3注射成形 注射成形类似塑料注射成形的方法。首先，在陶 瓷粉料中加入约15%30%质量百分数的热 塑性石蜡、热塑性树脂等，用注射成形机把熔 化的含蜡料浆在压力下注满金属型中，冷却后 脱模得到坯件，之后再排蜡和烧结。 4.4陶瓷零件加工 4.4.2陶瓷零件的加工技术 1磨削 2研磨和抛光 3其他现代加工方法 4.5金属零件成

33、形 4.5.1金属零件的液态成形 1熔模铸造 （1）蜡模制造。 （2）结壳。 （3）脱蜡。 （4）焙烧和浇注。 熔模铸造广泛应用于仪器仪表、航空航天、机械、汽车、武器装备等行业。与其他 铸造相比熔模铸造具有以下特点： 熔模铸件精度和表面质量比普通铸造高，尺寸精度一般可达IT11IT13，表面 粗糙度Ra为12.51.6m，熔模铸造是一种近（净）成形的方法，加工余量 小，甚至有些场合可以无需再加工。 熔模铸造可铸出形状复杂、并难于用其他方法加工成形的零件。铸件质量可以 小至几克，壁厚薄至0.5mm，铸出孔径最小可达1mm。 用于各种合金材料，尤其适用于那些高熔点合金及难切削加工合金的铸造。 生产

34、批量不受限制，单件、小批量、大批量生产均可。 但熔模铸造工序繁杂，生产周期长，铸件的尺寸和质量受到铸型（沙壳体）承 载能力的限制（一般不超过25 kg）。 4.5金属零件成形 熔模铸造工艺过程 4.5金属零件成形 4.5.1金属零件的液态成形 2压力铸造 压力铸造是在压铸机上将熔融的金属在高压下快 速压入金属型，并在压力下凝固，以获得铸件 的方法。 4.5金属零件成形 4.5.1金属零件的液态成形 1）压力铸造的优点 （1）压铸件的尺寸比普通铸件精度高， 压铸件组织致密，可提高铸件的强度和表面硬度。 （3）压铸件中便于嵌铸其他材料的零件，从而简化制造工艺，减少装 配工时。 （4）由于在高压下充

35、填铸型，提高了液态金属的充型能力，故能压铸 出形状较复杂的零件，如锌合金压铸件最小壁厚可达0. 3mm， 可铸出0. 7mm的小孔。必要时用压铸工艺还可铸出螺纹、齿轮、 花纹等。 （5）生产效率高， 4.5金属零件成形 图4-39立式压铸机工作过程 1定型；2压射活塞；3动型 4下活塞；5余料；6压铸件；7压室 4.5金属零件成形 4.5.1金属零件的液态成形 2）压铸的缺点 （1）压铸时，由于充型速度快，型腔中的空气很难完全排 出，铸件表面下常有气孔等，所以压铸件不宜进行较大 余量的加工，以免气孔暴露出来。同时，内含气孔的压 铸件不能进行热处理。 用昂贵，故不宜小批量生产。 （3）压铸设备和

36、压铸型费 （2）压铸的合金种类因模具寿命而受到限制 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 塑性成形是金属材料成形方法之一。它是对金属 材料施加外力作用，利用金属的塑性使其产生 塑性变形，从而获得具有一定的形状、尺寸、 组织和性能的工件的加工方法，也称为塑性加 工或压力加工。 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 图4-40塑性成形的基本方法 1锻造 锻造是塑性体积成形工艺，近代的精密锻造工艺是在古老 的自由锻造的基础上发展起来的。 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 精密锻造具有以下特点： （1）材料利用率高。 致性好 （2）产品的精度较高，尺寸一 （3）

37、锻造可使金属晶粒细化，能提高锻件的力学性能 （4）劳动生产率高。 （5）由于精密锻造所用模具的制造成本较高，故只有在生 产批量较大时，经济上才有利。 仪器仪表元器件制造中常用的精密锻造工艺有精密模锻、 摆动碾压、液态模锻、粉末锻造、冷挤压、精压、闭塞 式模锻等。 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 1）精密模锻 （1）工艺过程。 （2）精密模锻工艺特点。 2）摆动碾压 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 3）液态模锻 液态模锻实际上是铸造和锻造工艺的组合，是把 液态金属直接浇入金属模内，然后在一定时间 内以一定的压力作用于液态（或半液态）金属 上，使之成形，并在此压

38、力下结晶和塑性流动。 （1）液态模锻的工艺过程。 （2）液态模锻工艺的主要特点。 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 （1）液态模锻的工艺过程。 图4-44液态模锻的工艺过程 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 （2）液态模锻工艺的主要特点。 在成形过程中，液态金属在压力下完成结晶凝固。 已凝固的金属在压力作用下，产生塑性变形，使制件外 侧壁紧贴模膛壁，液态金属自始至终获得等静压。 液态模锻对材料的选择范围很宽，铝、铜等有色金属， 以及黑色金属的液态模锻已大量用于实际生产中。 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 4）粉末锻造 （1）粉末锻造的原理。 （

39、2）粉末锻造的优点。 5）冷挤压 6）精压 7）闭塞式模锻 图4-45粉末锻造的工序 图4-46冷挤压的基本类型 1凹模；2凸模；3工件 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 2冲压 冲压是通过冲压模具使板料产生分离或变形以获 得零件制品的工艺方法。由于冲压通常在冷态 下进行，所以也称为冷冲压。 4.5金属零件成形 4.5.2金属材料的塑性成形 精密冲压的基本工序可分为分离工序（主要是精 密冲裁）和成形（变形）工序两大类 1）精密冲裁 2）精密冲压中的成形工序 3）精密冲压工艺的新进展 （1）精密冲裁复合工艺。 （2）FCF工艺。 4.5金属零件成形 图4-47精压分类和精压原理

40、图4-48锥形齿轮的闭塞式模锻过程 图4-49V形环齿圈压板的精密冲裁 图4-50 小间隙、圆角刃口冲裁 4.5金属零件成形 图4-51冲裁-压沉孔复合工艺 图4-52FCF工艺加工法制作零件 4.6连接工艺 仪器制造中常用的连接方法有焊接、胶接与机械 连接（铆接、螺纹连接）。三种连接可以单独 使用，也可以组合使用。不论是哪种连接，连 接的目的都是为了使仪器易于制造、装配和修 理，并降低制造成本。 4.6连接工艺 4.6.1焊接工艺 焊接工艺作为永久性的连接工艺可以加工制造其他方法难以或无法制造的一些 特殊形状的零件。 目前，已经发展了多种不同的焊接方法，可以归纳为熔焊、压焊和钎焊三大类。 1

41、熔焊 熔焊（熔化焊）是利用外加热源使焊件局部加热至熔化状态（一般还同时熔入填充 金属），然后冷却结晶使被焊件连成一体的焊接方法，如手工电弧焊、气焊、埋弧 自动焊、气体保护焊、电渣焊等。 熔焊： 是焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压完成焊接 的方法。在加热的条件下增强了金属的原子动能，促进原子间 的相互扩散，当被焊金属加热至溶化状态形成液体熔池时，原 子之间可以充分扩散和紧密接触，因此冷却凝固后，即形成牢 固的焊接接头（可用冰作比喻）。常见的有气焊、电弧焊、电 渣焊、气体保护焊等都属于熔焊的方法。 图4-53 钨极惰性气体保护电弧焊 1喷嘴；2钨极；3电弧；4焊缝； 5工件；6熔池；7

42、填充焊丝；8惰性气体 熔焊 1、气焊： 利用氧乙炔或其他气体火焰加热母材和填充金属，达到焊接目的。火焰温度为 3000左右。适用于较薄工件，小口径管道、有色金属铸铁、钎焊。 2、手工电弧焊： 利用电弧作为热源熔化焊条与母材形成焊缝的手工操作焊接方法，电弧温度在 6000-8000左右。适用于黑色金属及某些有色金属焊接，应用范围广， 尤其适用于短焊缝，不规则焊缝。 3、埋弧焊： (分自动、半制动)电弧在焊剂区下燃烧，利用颗粒状焊剂，作为金属熔池的覆 盖层，将空气隔绝使其不得进入熔池。焊丝由送丝机构连续送入电弧区， 电弧的焊接方向、移动速度用手工或机械完成。 适用于中厚板材料的碳钢、低合金钢、不锈

43、钢、铜等直焊缝及规则焊缝的焊接。 4气电焊： （气体保护焊）利用保护气体来保护焊接区的电弧焊。保护气体作为金属熔池 的保护层把空气隔绝。采用的气体有惰性气体、还原性气体、氧化性气体 适用于碳钢、合金钢、铜、铝等有色金属及其合金的焊接。氧化性气体适 用于碳钢及合金钢的合金 5、离子弧焊： 利用气体在电弧中电离后，再经过热收缩效应、机械收缩效应、磁收缩效应而 产生的一种超高温热源进行焊接，温度可达20000左右。 4.6连接工艺 2压焊 压焊是指用压力作用于加热（或不加热）的焊件，使焊接头处紧密接触， 产生塑性变形、再结晶和原子扩散而结合，从而实现焊接，包括电阻焊、 摩擦焊、扩散焊、超声波焊等。

44、是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。这类焊接有两种形式，一是将被焊金属接触部分加热至塑性状 态或局部熔化状态，然后施加一定的压力，以使金属原子间相互结合 形成牢固的焊接接头，如锻焊、接触焊、摩擦焊和气压焊等就是这种 压焊方法。二是不进行加热，仅在被焊金属的接触面上施加足够的压 力，借助于压力所引起的塑性变形，以使原子间相互接近而获得牢固 的接头，这种方法有冷压焊、爆炸焊等（主要用于复合钢板）。 图4-54常用的电阻焊方式 压焊 1、摩擦焊： 利用焊件间相互摩擦，接触端面旋转产生的热能， 施加一定的压力而形成焊接接头。适用于铝、 铜、钢及异种金属材料的焊接。 2、

45、电阻焊： 利用电流通过焊件产生的电阻热，加热焊件（或 母材）至塑性状态，或局部熔化状态，然后施 加压力使焊件连接之一起。适用于可焊接薄板、 管材、棒料。 4.6连接工艺 3钎焊 钎焊是指在接头之间加入熔点远比母材熔点低的合金，通过局部加热使这 些合金熔化，借助于液态合金与固态接头的物理、化学作用而达到焊接的 目的。钎焊用的合金称为钎料。 图4-55钎焊接头举例 是采用比母材熔点低的金属材料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点， 低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头之间间隙并 与母材相互扩散实现联接焊件的方法。常见的钎焊方法有烙铁焊、火 焰钎焊。 钎焊 1、烙铁钎焊： 利用电烙铁或火焰

46、加热烙铁的热量。加热母材局 部，并使填充金属熔入间隙，达到连接的目的。 适用于熔点300的钎料。一般用于导线，线路板 及原件的焊接。 2、火焰钎焊： 利用气体火焰为加热源，加热母材，并使填充金 属材料熔入间隙，达到连接目的适用于、不锈钢、 硬质合金、有色金属等一般尺寸较小的焊件。 4.6连接工艺 4焊接新工艺的发展 在相当多的高新技术领域，普通电弧焊已不能满 足要求。真空电子束焊接、等离子焊接、激光束 焊接扩散焊等高能量密度焊接新工艺获得了较大 的发展。 4.6连接工艺 4.6.2胶接工艺 胶接（又称为粘合、粘接）是一种广泛应用 的连接方法。胶接就是把两个同类或不同类的固 休，利用介于两者表面

47、的另一种物质的作用，把 它们牢固地结合起来。这介于两固体表面的物质 称为胶粘剂（又称为粘接剂）。 4.6连接工艺 4.6.2胶接工艺 1胶接工艺的特点 （1）适用范围广 （2）连接处应力分布均匀。 （3）接头密封性好。 （4）胶接连接成本低，工艺过程易实现机械化、 自动化。 4.6连接工艺 4.6.2胶接工艺 2胶接工艺 胶接工艺流程如图4-56所示。对于不同的粘接材 料，必须选择相应的表面处理工艺。金属表面 只需用合成洗涤剂或有机溶剂进行清洗，并进 行干燥。常用的溶剂有汽油、三氯乙烯和丙酮 等。 图4-56胶接工艺流程 4.6连接工艺 4.6.2胶接工艺 3胶接接头的结构形式 胶接接头的结构

48、形式多种多样，常用的有对接、斜接、嵌接、搭接、角接、 T形接与套接等. 图4-57胶接接头的结构形式 4.6连接工艺 4.6.2胶接工艺 4胶粘剂的选择 （1）改性环氧树脂胶。 （2）第二代（又称改性）丙烯酸树脂胶粘剂 （SGA）。 （3）聚氨酯胶粘剂。 （4）紫外固化胶粘剂。 （5）无机胶。 （6）其他功能胶。 4.6连接工艺 4.6.3机械连接 1铆接 铆接是利用铆钉或被连接零件上起铆钉作用的铆接颈，把 零件连接在一起的一种永久性的连接方法。 2螺钉和螺纹连接 螺钉连接和螺纹连接是仪器制造中广泛使用的一种可拆连 接。螺钉连接是利用螺钉、螺栓与螺母等把被连接零件 接合在一起，螺纹连接是利用被

49、连接零件本身所具有的 螺纹进行连接的。 图4-58 铆钉连接 1镦头；2铆杆；3铆钉 4.7刻划工艺 在仪器加工过程中，为了测量和瞄准，常使用一些带 有分划的零件，如刻尺、度盘、分划板和光栅等。这就需 要在零件表面加工制作出成组的线条、字母、数字、指标 及各种形式的图案。制造这些线条或图案的工艺称为刻划 或分划。需要进行刻划的零件基体常采用玻璃、金属等。 图4-60各种类型的刻度、分划元件 4.7刻划工艺 4.7.1机械刻划 机械刻划是在刻线机上进行的。刻线机是一种专用精密 机床，它是按一定方向和规定的距离（或角度）移 动（或转动）毛坯或刻刀进行刻划的。刻划机按照 加工形式可分为圆度刻线机和长

50、度刻线机两种 1圆度刻线机 圆度刻线机用于平面、圆柱面或锥面上的圆分度刻划。 按刻划精度也可分为四级 2长度刻线机 长度刻线机用于平面与圆柱面长度刻度尺上的刻划加工。 按照刻划精度也可以分为四级 4.7刻划工艺 4.7.2 机械-物理法刻划与机械-化学法刻划 机械-物理法刻划又称为机械-镀铬法刻划该刻划法是 先对涂在玻璃基底上的蜡层进行机械浮刻，然后进行真空 镀铬，再除去蜡的底层，最后得到铬质线条,此法可获得 12m的细线条. 机械-化学法刻划是先对涂在零件表面上的耐酸保护 层（蜡层）进行机械刻划（一般称浮刻），然后用化学法 进行腐蚀，使零件表面得到分划。也可以在玻璃上先镀金 属层，再涂耐酸保护层，经刻刀在保护层上浮刻后，用酸 腐蚀金属而得到镀层分划，该方法常称为机械-镀膜-化学 腐蚀法。此方法可用于玻璃或金属材料的刻划，线条宽度 可达23m。 4.7刻划工艺 图4-63 机械-物理法刻划与机械-化学法刻划 4.7刻划工艺 4.7.3 照相复制法刻划 照相复制法刻划从工艺上可分为两个步骤：第一步是制版， 即照相复制用