非金属及复合材料成形方法-毛坯成形优秀文档

第10章非金属及复合材料成形方法

工程塑料的成形

工程塑料成形是将粉状、粒状、溶状或分散体等各种物态物料转变为所需形状的制品（低于400℃）。挤压成形

挤压成形把塑料放在挤压机的料筒内加热熔化，利用螺杆将塑料连续不断地自模具的型孔中挤出而成制品。适用于热塑性塑料的管、板、棒以及丝、网、薄膜的生产。第10章非金属及复合材料成形方法工程塑料的成形

注射成形把塑料放在注射成形机的料筒内加热熔化，再靠柱塞或螺杆以很高的压力和速度注入模具型腔内，冷却固化后取出。适用于热塑性塑料或流动性大的热固性塑料，生产率高，可用于自动化大批量生产。第10章非金属及复合材料成形方法工程塑料的成形

10.1.3压延成形

将加热塑化的热塑性塑料通过两个以上相对旋转的（加热）滚筒间隙，使其成为规定尺寸的连续片状材料的成形方法。

特点：制件质量均匀、内应力小、尺寸稳定、耐热、强度较高。第10章非金属及复合材料成形方法工程塑料的成形

机械加工塑料的加工性能好，传统的车、铣、刨、磨钻以及抛光都可使用。由于塑料的导热性和耐热性差，有弹性，加工时容易变形、分层、开裂、崩落等，在刀具的角度、冷却方式以及切削用量上适当调整，以便加工出满足要求的制品。第10章非金属及复合材料成形方法10.2陶瓷件成形

１．坯料制备

第10章非金属及复合材料成形方法原料粉碎精选磨细配料脱水炼坯、防腐等。

２．成形（１）可塑法（塑性料团成形法）（２）注浆法（浆料成形法）（３）压制法（粉料成形法）10.2陶瓷件成形

３．烧结

生坯：未经烧结的陶瓷制品。

烧结：生坯在高温加热时发生一系列物理化学变化并使生坯体积收缩，强度、密度增加，最终形成致密、坚硬的具有某种显微结构烧结体的过程。一烧、二土、三细工。第10章非金属及复合材料成形方法10.2.1干压成形

将粉料装入钢模内，通过冲头对其加压，压制成一定形状和尺寸压坯的成形方法。

适应与形状简单、尺寸较小的制品。

特点：工艺简单、操作方便、周期短、便于自动化生产。坯体密度大、尺寸精确、收缩小、强度高。10.2陶瓷件成形10.2.2等静压成形

利用液体或橡胶等在各个方向传递压力相等的原理对坯体进行压制（分为干式和湿式）。

特点：压力容易调整、坯体均匀致密、烧结收缩小、不易变形开裂。但设备较复杂、操作繁琐，生产效率低。10.2陶瓷件成形10.2.3注浆成形

将陶瓷颗粒悬浮于液体中成为料液，再把料液注入多孔模具中，通过模具的气孔把料液中的液体吸出，在模具内留下坯体。

工艺流程：料奖准备、模具制备、料奖浇注。

用于形状复杂、大型薄壁制品。

10.2陶瓷件成形10.2.4热压成形

利用蜡类材料热熔冷固的特点，把粉料与熔化的蜡料黏合剂迅速搅合成具有流动性的料奖，在热压铸机中用压缩空气把热熔料奖注入金属模具中，冷却凝固成形。

特点：操作简单，模具损耗小，可成形复杂制品，但坯体密度低，生产周期长。10.2陶瓷件成形10.2.5注射成形

将粉料与有机黏结剂混合后，加热混炼，制成粒状粉料，用注射成形机在130～300℃温度下注射入金属模具中，冷却后黏结剂固化，取出坯体，经脱脂后按常规工艺烧结。

特点：成形简单，成本低，压坯密度均匀，适用于复杂零件的自动化大规模生产。10.2陶瓷件成形

复合材料成形

10.3.1制备复合材料的通用方法

1、颗粒、晶须、短纤维增强复合材料

制备步骤：

（1）混合：基体材料的熔化，均匀混入增强材料；或制成粉末混入增强材料，并均匀化。

（2）制坯：采用铸造、液态模锻、喷射、粉末热压等方法使复合成分固化。

（3）成形：通过挤压、轧制、锻造、机加工制备零件。

10.3.1制备复合材料的通用方法

2、纤维增强体增强复合材料

制备步骤：

（1）增强体预成形：将增强体排列成特定形状。

（2）复合：采用粉末冶金、液态浸透、化学气相沉积法等将基体材料与增强体复合。

复合材料成形超声波具有被固体传输和被内表面存在处反射的性能。生坯：未经烧结的陶瓷制品。2、纤维增强体增强复合材料（１）受力较小或不重要零件；３、局部要求高硬度、高耐磨性；1、射线照相法短纤维增强预成形体采用压滤法、浇注法、喷涂法、热压法；用于陶瓷增强金属基复合材料的制造。二、轴杆件的分析与毛坯选择（１）小型或轻型零件；特点：生产连续，制品截面恒定，型材性能可设定。毛坯：形状和尺寸与成品相接近、且通常比成品大出加工量的待加工件。充分考虑外协的可能性。但存在残余金属，使高温强度下降。三、盘套件的分析与毛坯选择（四）齿轮毛坯选择

10.3.2金属基复合材料成形方法复合材料成形

10.3.2金属基复合材料成形方法复合材料成形

10.3.2金属基复合材料成形方法

1、液态金属浸润法

（1）常压铸造法：将预成形的纤维形坯预热后放入浇注模，浇入液态金属，靠其重力渗入形坯并凝固。但制品易出现缺陷。

（2）液态金属搅拌法：熔化金属，并逐步加入弥散增强材料使其均匀，然后进行脱气处理，注入模具中凝固成形。用于陶瓷增强金属基复合材料的制造。

复合材料成形

10.3.2金属基复合材料成形方法

（3）真空加压铸造法：在真空密闭容器中加热纤维形坯和熔化金属，随后将铸模的引流管插入熔融金属中，并通过惰性气体对金属液面加压，强制其渗入形坯冷却后成形。用于生产小型零件。复合材料成形

10.3.2金属基复合材料成形方法

（4）挤压铸造法：将增强材料放入配有黏结剂和纤维表面改性溶质的溶液中，充分搅拌后压滤、干燥，烧结形坯；随后将预加热的形坯放入固定在液压机上经预加热的模具中，注入液态金属，加压，使金属渗透形坯，并在高压下凝固成形。复合材料成形

10.3.2金属基复合材料成形方法

2、扩散黏结法

在较长时间、较高温度和压力下，使固态金属基体与增强材料的接触界面通过原子间相互扩散黏结而成。

工艺过程：把增强纤维用不同的方法预制成坯，处理、清洗后按一定形状、尺寸和排列叠层封装，用热压法、热等静压法或热轧法加热压制。复合材料成形

10.3.2金属基复合材料成形方法

3、粉末冶金法

将金属粉末与陶瓷颗粒、晶须或短纤维，经均匀混合后放入模具中进行高温、高压成形。

特点：材料致密，增强材料分布均匀。复合材料成形

10.3.2金属基复合材料成形方法

4、喷雾共沉积法

熔融金属从炉子底部的浇铸孔流出，经雾化器被高速惰性气体流雾化，同时由气体携带陶瓷颗粒加入雾化流中使其混合、沉降，在金属滴未完全凝固前喷射在基板或特定的模具上凝固成固态。

特点：材料致密，陶瓷颗粒分布均匀，生产率高。复合材料成形

10.3.3树脂基复合材料成形方法

1、热压罐成形

将预浸材料按一定排列顺序置于涂有分型剂的模具上，铺放分离布和带孔的脱模薄膜，在脱模薄膜上铺放吸胶透气毡，再包覆耐高温的真空袋，并用密封条密封周边。连续从真空袋内抽出空气并加热，使预浸材料层间达到一定的真空度。达到要求的温度后，向热压罐内充入压缩空气，给制品加压。复合材料成形

10.3.3树脂基复合材料成形方法

2、对模模压成形

将预浸材料按一定排列顺序置于涂有分型剂的模具上，铺放分离布和带孔的脱模薄膜，在脱模薄膜上铺放吸胶透气毡，再包覆耐高温的真空袋，并用密封条密封周边。连续从真空袋内抽出空气并加热，使预浸材料层间达到一定的真空度。达到要求的温度后，向热压罐内充入压缩空气，给制品加压。复合材料成形

10.3.3树脂基复合材料成形方法

3、热成形工艺（预热坯料成形）

工艺过程：材料预浸，坯料加热，合模压制，成形。

特点：模具闭合时，预浸料铺层边缘向模具中滑行，并叠覆到模具型面上，厚度保持不变。复合材料成形

10.3.3树脂基复合材料成形方法

4、缠绕成形

工艺过程：将浸渍树脂的纤维按照要求的方向有规律、均匀地布满芯模表面，送入固化炉固化，脱去芯模。

特点：机械化、自动化程度高，产品质量好。复合材料成形

10.3.3树脂基复合材料成形方法

5、拉挤成形

工艺过程：增强纤维浸渍树脂；预成形；进入固化模精成形；固化成形；型材脱模，在空气或水中冷却；进入自动切割机按长度切割。

特点：生产连续，制品截面恒定，型材性能可设定。

复合材料成形

10.3.4陶瓷基复合材料成形方法

1、浆体浸渍工艺

纤维束通常经过至少含有3种组分的泥浆混合物进行浸渍，再压制切断成单层薄片，按一定方式列成层片，放入加热炉中烧去黏结剂，加压固化。

复合材料成形利用液体或橡胶等在各个方向传递压力相等的原理对坯体进行压制（分为干式和湿式）。纤维束通常经过至少含有3种组分的泥浆混合物进行浸渍，再压制切断成单层薄片，按一定方式列成层片，放入加热炉中烧去黏结剂，加压固化。4陶瓷基复合材料成形方法特点：成形简单，成本低，压坯密度均匀，适用于复杂零件的自动化大规模生产。（1）混合：基体材料的熔化，均匀混入增强材料；零件的结构分析及毛坯选择零件批量大时采用高生产率的生产方法；4陶瓷基复合材料成形方法选择毛坯原则：在满足零件使用要求和工艺要求的前提下，选择总成本较低的方案。三、盘套件的分析与毛坯选择（四）轴类零件毛坯加工方法采用低黏度的染色液处理毛坯表面，再将毛坯表面洗干净、干燥。工艺包括预成形体的成形和致密化。

10.3.4陶瓷基复合材料成形方法

2、气-液反应工艺

将熔融金属直接氧化制备CMC材料。

特点：工艺简单、成本低廉、反应温度低、反应速度快，制品的形状、尺寸不受限制，其性能可由工艺调控，常温性能优越。但存在残余金属，使高温强度下降。

复合材料成形

10.3.4陶瓷基复合材料成形方法

3、化学气相渗透法

将具有特点形状的纤维预制体置于沉积炉中，通入的气态前驱体通过扩散、对流等方式进入预制体内部，在一定温度下由于热激活而发生复杂的化学反应，生成固态的陶瓷类物质并以涂层的形式沉积于纤维表面，并越来越厚，成为材料内的连续相-陶瓷基体。

优点：1）增强物损伤小，制品性能高；2）通过改变气体前躯体的种类、质量分数、沉积顺序、沉积工艺对材料的界面、基体的组织进行设计；3）不需加入烧结助剂，陶瓷基体纯度和组织好；4）可形成形状复杂、纤维体积分数较高的陶瓷基复合材料。但周期长，成本高。复合材料成形

10.3.5C/C复合材料成形方法

工艺包括预成形体的成形和致密化。复合材料成形

10.3.5C/C复合材料成形方法

1.预成形体的成形工艺：按产品形状和性能要求把碳纤维成形为所需结构形状，以便进一步进行C/C致密化工艺。

短纤维增强预成形体采用压滤法、浇注法、喷涂法、热压法；连续纤维增强采用预浸布、层压、铺层、缠绕方法成形。

复合材料成形

10.3.5C/C复合材料成形方法

2.C/C致密化工艺：基体碳形成的过程，是用高质量的碳填满纤维周围的空隙以获得结构、性能优良的复合材料的过程。包括树脂、沥青浸渍工艺和碳氢化合物气体的化学气相渗透工艺。

树脂浸渍工艺流程：将预成形体置于浸渍罐中，在真空状态下用浸没，再充气加压浸透，然后放入固化罐中进行加压固化，随后在碳化炉中的保护气氛下进行碳化。复合材料成形作业P1901、3第11章毛坯成形方法选择及质量控制

毛坯成形方法选择

11.1.1毛坯分类

毛坯：形状和尺寸与成品相接近、且通常比成品大出加工量的待加工件。

第11章毛坯成形方法选择及质量控制11.1.1毛坯分类

１、按用途分类（１）结构毛坯件：包括机械毛坯件及工程结构毛坯件；（２）工具毛坯件；（３）其它毛坯件：日常制品、艺术制品等。

２、按加工方法分类分为铸件、锻件、冲压件、焊接件等。

3、其形状分类

轴（杆）类、机架箱体类、盘套类。毛坯成形方法选择11.1.2毛坯选择的内容

１、毛坯材料的选用根据零件使用性能选取。

２、毛坯加工方法的选取采用铸造、锻压、冲压、粉末冶金、挤压、轧制、焊接、粘接等加工方法。毛坯成形方法选择11.1.3毛坯选择的基本原则

原则：根据零件的结构类型、使用性能、生产批量和生产条件进行选择。

一、保证零件的使用性能

零件的使用性能：零件为适应工作条件而应具备的形状、尺寸、力学性能及物理和化学性能。

毛坯成形方法选择一、保证零件的使用性能

１、不同结构的零件毛坯生产方法的选用重量超过100Kg的毛坯，采用砂型铸造、自由锻造或拼焊；质量超过的锻件需要水压机进行锻造。毛坯成形方法选择一、保证零件的使用性能

２、不同内在质量的零件毛坯生产方法的选用锻件和焊接件力学性能优于铸件。

３、不同条件下工作的零件毛坯生产方法的选用工作条件不同，性能要求也不同，相应的毛坯材料及生产方法必须满足这些要求。毛坯成形方法选择二、满足材料的工艺性能要求

工艺性能要求：（1）毛坯的加工方法能把毛坯制造出来；（2）毛坯的加工方法能容易把毛坯制造出来；

（3）生产的毛坯能保证质量。

毛坯成形方法选择二、满足材料的工艺性能要求

毛坯材料的工艺性能：

（１）铸造性能铸造时的流动性及收缩率，偏析、缩孔、气孔等缺陷的倾向；

（２）锻压性能锻压时的塑性、变形抗力，可加工温度范围、抗氧化性，热脆、冷裂倾向等。毛坯成形方法选择二、满足材料的工艺性能要求

（３）焊接性能

（a）接合性能一定工艺条件下所获得优质接头的能力，常用抗裂性及接头性能下降程度衡量；

（b)使用性能接头所具有的性能在使用条件下安全运行的能力。毛坯成形方法选择三、降低制造成本

零件的制造成本：毛坯成形方法选择包括所消耗的材料的费用、燃料和动力费、工资、设备与工艺装备的折旧费和修理费、废品损失费及其他辅助费用。三、降低制造成本

选择毛坯原则：在满足零件使用要求和工艺要求的前提下，选择总成本较低的方案。零件批量大时采用高生产率的生产方法；批量小时，采用自由锻造、砂型铸造。毛坯成形方法选择四、符合生产条件选用毛坯生产方法时，必须分析本单位的设备条件和技术水平。充分考虑外协的可能性。毛坯成形方法选择零件的结构分析及毛坯选择

一、零件的结构类型１、按形状分类（１）轴类零件；（２）盘类零件；（３）箱架类零件；

２、按尺寸及质量分类（１）小型或轻型零件；（２）中型或一般零件；（３）大型或重型零件。

一、零件的结构类型

３、按复杂程度分类（１）简单零件；（２）比较复杂零件；（３）复杂零件。

４、按受力状况分类（１）受力较小或不重要零件；（２）受力中等或一般零件；（３）受力大的或重要零件。零件的结构分析及毛坯选择二、轴杆件的分析与毛坯选择

（一）分类１、按形状分类：实心轴、空心轴、直轴、弯轴、同心轴、偏心轴及管件、杆件。零件的结构分析及毛坯选择二、轴杆件的分析与毛坯选择２、按受力分类（１）转轴：受弯矩、扭矩；（２）心轴：受弯矩；（３）传动轴：受扭矩。零件的结构分析及毛坯选择二、轴杆件的分析与毛坯选择

（二）工作条件１、分别承受弯、扭、拉、压等多种应力，并多为循环应力，有时有冲击应力。２、局部颈部、滑动表面承受摩擦，会产生各种断裂、磨损及塑性变形失效。零件的结构分析及毛坯选择（三）对轴类零件的要求

１、整体综合力学性能好；２、有高的抗疲劳强度；３、局部要求高硬度、高耐磨性；４、刀具类轴杆件，要求高硬度、高耐磨性和一定的韧性及足够的强度。

零件的结构分析及毛坯选择（四）轴类零件毛坯加工方法1、一般轴采用锻件；2、小尺寸、断面直径差异不大用圆钢；3、曲轴、凸轮轴等用锻件或球铁铸件；4、大型重型或复杂轴类用锻件或铸件。零件的结构分析及毛坯选择三、盘套件的分析与毛坯选择（一）工具类，选用硬度和耐磨性高、强韧性适当的碳钢和合金钢。（二）一般盘套件，要求具有一定的强韧性，而局部耐磨性高。一般选用中、低碳钢或合金结构钢。零件的结构分析及毛坯选择三、盘套件的分析与毛坯选择

（三）齿轮零件，齿部承受交变弯曲应力和冲击力，齿面承受接触应力和摩擦力。易发生接触疲劳、磨损、折断和局部变形失效。要求心部有足够的强度和韧性，齿部有高的弯曲疲劳强度、接触疲劳强度。齿面有较高的硬度和耐磨性。

零件的结构分析及毛坯选择三、盘套件的分析与毛坯选择

（四）齿轮毛坯选择１、轧材毛坯：制造形状简单、尺寸不大的齿轮的大批量生产；２、锻钢毛坯：制造机器中的大部分齿轮，力学性能较好；３、铸铁毛坯：制造受力不大、无冲击、低速齿轮。零件的结构分析及毛坯选择四、箱架件的分析与毛坯选择

箱架件受力不大要求有较好的刚度和密封性。一般采用铸铁。受力复杂的可采用铸钢。单件、短周期可选用焊接件。零件的结构分析及毛坯选择11.3毛坯质量及其控制一、外观质量检验

1、尺寸和形状检验

2、近表面质量检验1）着色试验采用低黏度的染色液处理毛坯表面，再将毛坯表面洗干净、干燥。缺陷处留有色迹。3）磁力探伤