机械工程材料及成形工艺-非金属成形和快速成形ppt课件

1、非金属材料成形、快速成形无锡职业技术学院 2019年9月6日非金属成形与快速成形非金属成形与快速成形本章主要内容本章主要内容 本章主要内容为塑料、橡胶、陶瓷、复合材料的成形方法。再介绍目前国内外几种成熟的快速成形方法。第一节第一节 非金属材料的成形非金属材料的成形第二节第二节 快速成形快速成形第一节非金属材料的成形第一节非金属材料的成形一、塑料的成形二、橡胶的成形三、复合材料的成形一、塑料的成形一、塑料的成形塑料制品的成形方法：注射、挤压、压制、浇注等1 1、注射成形、注射成形也称注塑成形，是利用注射机将熔化的塑料快也称注塑成形，是利用注射机将熔化的塑料快速注入模具中，并固化得到各种塑料制品的

2、方法。速注入模具中，并固化得到各种塑料制品的方法。运用：约占塑料件生产的运用：约占塑料件生产的30%30%左右左右 用于热塑性塑料氟塑料除外成形；一部分热固性塑用于热塑性塑料氟塑料除外成形；一部分热固性塑料的成形。料的成形。 适用于大批量塑料件的生产。适用于大批量塑料件的生产。特点：具有能一次成形形状复杂的制件、尺寸精确、生特点：具有能一次成形形状复杂的制件、尺寸精确、生产率高等优点，但设备和模具费用较高产率高等优点，但设备和模具费用较高柱塞式注塑、螺杆式注塑原理柱塞式注塑、螺杆式注塑原理柱塞螺杆注塑机示例注塑模示例注塑件示例注塑件示例2、挤出成形、挤出成形是利用螺杆旋转加压或柱塞加压方式，连

3、续地是利用螺杆旋转加压或柱塞加压方式，连续地将塑化好的塑料挤进模具，通过一定形状的口模时，得将塑化好的塑料挤进模具，通过一定形状的口模时，得到与口模形状相适应的塑料型材的工艺方法到与口模形状相适应的塑料型材的工艺方法特点：能连续成形、生产率高、模具结构简单、生产特点：能连续成形、生产率高、模具结构简单、生产成本低、制品组织紧密等成本低、制品组织紧密等运用：约占塑料制品产量的运用：约占塑料制品产量的30%30%左右左右 主要用于截面一定、长度大的各种塑料型材，如塑料管、主要用于截面一定、长度大的各种塑料型材，如塑料管、板、棒、片、带材和截面复杂的异形材板、棒、片、带材和截面复杂的异形材 除氟塑料

4、外，几乎所有的热塑性塑料都能挤出成形，部分除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都能挤出成形，部分热固性塑料也可挤出成形。热固性塑料也可挤出成形。挤出成形原理图挤出成形原理图棒材的挤出成形挤出管材挤出棒材挤塑机示例挤塑机示例挤塑件示例挤塑件示例3、压制成形、压制成形又称压缩成形、压塑成形和模压成形等，是将固态的粒料或预制的片料加入模具中，通过加热和加压方法，使其软化熔融，并在压力的作用下充满模腔，固化后得到塑料制件的方法特点：压制成形设备、模具简单，能生产大型制品；但生特点：压制成形设备、模具简单，能生产大型制品；但生产周期长、效率低，较难实现自动化，难以生产厚壁制品产周期长、效率低，较难实现自动化

5、，难以生产厚壁制品及形状复杂的制品。及形状复杂的制品。运用：主要用于热固性塑料，如酚醛树脂、环氧树脂、运用：主要用于热固性塑料，如酚醛树脂、环氧树脂、有机硅等；也能用于压制热塑性塑料，如聚四氟乙烯制有机硅等；也能用于压制热塑性塑料，如聚四氟乙烯制品和聚氯乙烯唱片等品和聚氯乙烯唱片等压制成形原理压制成形原理塑料压制成形机塑料压制模具压制件示例压制件示例合成压制的琥珀蜜蜡塑料压制件4、吹塑成形、吹塑成形吹塑成形属于塑料的二次加工是借助压缩空气使空心塑料型坯吹胀变形，并经冷却定型后获得塑料制件的加工方法主要应用：主要应用： 中空吹塑成形 薄膜吹塑成形塑料薄膜吹塑机组吹塑件示例吹塑件示例浇铸成形浇铸成

6、形塑料的浇铸成形类似于金属的铸造成形。即将处于流动状态的高分子材料或单体材料注入特定的模具中，在一定条件下使之反应、固化，并成形得到与模具型腔相一致的塑料制件的加工方法特点：这种成形方法设备简单，不需或只需少许加压，对特点：这种成形方法设备简单，不需或只需少许加压，对模具强度要求低，生产投资少，但制件精度低，生产率低，模具强度要求低，生产投资少，但制件精度低，生产率低，成形周期长。成形周期长。运用：可用于生产各种尺寸的热塑性和热固性塑料制件，运用：可用于生产各种尺寸的热塑性和热固性塑料制件，气体辅助注塑成形气体辅助注塑成形简称气辅成形，是塑料加工领域的一种新方法，生产过程包括以下三个阶段：第一

7、阶段，塑料注射。熔体进入型腔，遇到温度较低的模壁，形成一个较薄的凝固层第二阶段，气体入射。惰性气体进入熔融的塑料，推动中心未凝固的塑料进入尚未充满的型腔第三阶段，气体继续推动塑料熔体流动直到熔体充满型腔第四阶段，气体保压。在保压状态下，气道中的气体压缩熔体，进行补料确保制件的外观质量。成辅成形原理成辅成形原理气辅成形优点：气辅成形优点： 消除产品表面缩痕，改善表面质量； 减少变形，减少流动条痕； 降低产品内应力，提高强度； 节省塑料原料，减轻制品重量一般可减轻20%40%）； 改善材料在制品断面上的分布，改善制品的刚性； 缩短成形时间，提高生产效率，延长模具使用寿命气辅成形零件二、橡胶的成形二

8、、橡胶的成形橡胶生产工艺流程：塑炼橡胶生产工艺流程：塑炼混炼混炼成形成形塑炼：是使弹性生胶转变为可塑状态。通过机械塑炼法和化塑炼：是使弹性生胶转变为可塑状态。通过机械塑炼法和化学塑炼法，使橡胶的大分子断裂成相对较小的分子，从而使学塑炼法，使橡胶的大分子断裂成相对较小的分子，从而使粘度下降，可塑性增加粘度下降，可塑性增加混炼：是将各种配合剂硫化剂、防老化剂和填充剂等混炼：是将各种配合剂硫化剂、防老化剂和填充剂等混入生胶中，制成均匀的混炼胶以便后续成形工序的正常混入生胶中，制成均匀的混炼胶以便后续成形工序的正常进行。进行。成形：主要有压延成形、压出成形、注射成形成形：主要有压延成形、压出成形、注射

9、成形1、压延成形、压延成形主要用于胶料的压片、压型；纺织物和钢丝帘等的贴胶、擦胶；胶片与胶片或胶片与挂胶织物的贴合等橡胶压延机2、压出成形、压出成形主要用于各种复杂形状的半成品，如轮胎的胎面胶、内胎胎筒、电线电缆外皮等。电缆外皮 轮胎3、注射成形、注射成形 将胶料直接从机筒注入模型进行硫化的生产方法。 用于各种形状的橡胶件橡胶注射成形机 注射成形橡胶件三、复合材料的成形三、复合材料的成形复合材料按基体分类1 1、聚合物基复合材料的成形、聚合物基复合材料的成形 预浸料及预混料成形 手糊成形 袋压成形 缠绕成形 拉挤成形 模压成形组成：1、聚合物基复合材料2、金属基复合材料3、陶瓷基复合材料成形工

10、艺方法：聚合物基体热塑性塑料、热固性塑料等）增强物纤维、晶须、粒子等）手糊成形、袋压成形手糊成形、袋压成形缠绕成形拉挤成形模压成形2 2、金属基复合材料的成形、金属基复合材料的成形金属基复合材料组成：金属基体金属或非金属增强材料成形方法：固态法：包括扩散法和粉末冶金法两种液态法：包括压铸、半固态复合铸造、液态渗透等喷涂沉积法：加热金属后通过喷涂气体喷涂到沉积基板上固态扩散法成形固态扩散法成形压铸成形压铸成形喷涂沉积法喷涂沉积法3 3、陶瓷基复合材料的成形、陶瓷基复合材料的成形 粉末冶金法：与金属基复合材料的粉末冶金法相似 桨体法：采用桨体原料，使各组元保持散凝状，基体与增强物混合均匀后，可直接

11、浇注成形，也可通过热压或冷压后烧结成形； 溶胶凝胶法：基体形成溶液或溶胶，加入增强材料，搅拌均匀，基体凝固后将增强材料固定在基体中，经干燥或一定温度热处理，然后压制、烧结得到 陶瓷基体玻璃陶瓷、氧化铝、氮化硅和碳化硅等） 以纤维、晶须作增强物陶瓷基复合材料组成陶瓷基复合材料组成制备工艺：制备工艺：第二节快速成形第二节快速成形 快速成形技术是一种用材料逐层堆积出制件的制造方法，是和种材料成形的新工艺。它是基于离散堆积成形思想的新型成形技术，集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术。二、快速成形的基本工艺方法二、快速成形的基本工艺方法 根据所用材料种类，分四种方

12、法：根据所用材料种类，分四种方法：（SLA、LOM、SLS、FDM）一、快速成形的原理与应用一、快速成形的原理与应用特点：特点：可以制造任意复杂形状的三维实体；利用计算机技术可以制造任意复杂形状的三维实体；利用计算机技术实现设计与制造高度一体化；实现设计与制造高度一体化； 成形过程无需专用夹具、成形过程无需专用夹具、模具、刀具，缩短了制作周期与配成本。模具、刀具，缩短了制作周期与配成本。运用：运用：主要适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、主要适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具与模型设计与制造、也适复杂形状零件的制造、模具与模型设计与制造、也适合于难加工

13、材料的制造、外形设计检查、装配检验和合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等快速反求工程等、光固化成形法、光固化成形法采用液态光敏树脂原料，在计算机控制的激光光束扫描器，按指定路径照射到液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化成形光固化法实况光固化法光固化法SLASLA快速成形件示例快速成形件示例2 2、层压法、层压法LOM LOM 以片材如纸片、塑料薄膜或复合材料为原材料，。激光切割系统按照计算机指定路径，将背面涂有热熔胶的纸逐层切割，叠加后利用热粘压装置将已切割层粘合在一起层压法动画层压法层压法LOMLOM快速成形件示例快速成形件示例3 3、粉末烧结成形法、粉末烧结成形法SLSSLS采用各种固态粉末金属、陶瓷、蜡粉、塑料等），逐层用激光束在计算机的控制下，按照零件截面轮廓信息进行有选择的扫描，对粉末进一步加热，直至熔化，使粉末颗粒相互粘结而形成制件的实体部分。在非扫描区，粉末仍是松散的，去除后即得到三维制件粉末烧结法实况SLSSLS快速成形件示例快速成形件示例4 4、熔积法、熔积法FDMFDM使用丝状材料石蜡、金属、塑