机械制造基础 第2版 林江 第5、6章 粉末冶金成形、非金属材料的成形

第5章粉末冶金成形第一节粉末冶金基础

第二节粉末冶金模具第三节常用粉末冶金材料简介第四节粉末冶金制品结构工艺性返回第五节粉末冶金技术的新发展

粉末冶金是以金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)为原料，通过成形、烧结或热成形制成金属制品或材料的一种冶金工艺技术。粉末冶金生产工艺与陶瓷制品的生产工艺类似，因此人们又常常称粉末冶金方法为“金属陶瓷法”。

粉末冶金材料或制品种类较多，主要有:

难熔金属及其合金（如钨、钨—钼合金）；组元彼此不相溶、熔点十分悬殊的特殊性能材料（如钨—铜合金型电触头材料）；难熔的化合物和金属组成的各种复合材料（如硬质合金、金属陶瓷）等。粉末冶金的特点：1）某些特殊性能材料的唯一制造方法；2）可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无切削生产工艺；3）节约材料和加工工时，成本低。

4）制品强度较低；5）流动性较差，形状受限制；6）压制成形的压强较高，制品尺寸较小；7）压模成本较高。第一节粉末冶金基础

粉末冶金的主要工序有粉末制备、粉末预处理、成形、烧结及后处理等。粉末冶金材料或制品的工艺流程如图5-1所示。一、粉末性能和粉末制备（一）粉末性能固态物质按分散程度不同分成致密体、粉末体和胶体三类。

致密体或常说的固体：粒径在l以上；

胶体微粒：

0.1以下；

粉末体或简称粉末：介于二者之间。

金属粉末的性能对其成形和烧结过程以及制品的质量都有重大影响。金属粉末的性能可以用化学成分、物理性能和工艺性能来表征。

1、粉末的化学成分粉末的化学成分一般是指主要金属或组元的含量、杂质或夹杂物的含量以及气体的含量。金属或合金粉末中的主要金属含量都不能低于98%-99%。粉末中的杂质主要指：1）与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属成分，如还原铁粉中的硅、锰、碳、硫、磷、氧等；2）从原料和粉末生产过程中带进的机械夹杂，如二氧化硅、三氧化二铝、硅酸盐、难熔金属或碳化物等酸不溶物。3）粉末表面吸附的氧、水汽和其它气体(N2、CO2)。2、粉末的物理性能

粉末的物理性能：粉末颗粒大小和粒度组成、粉末颗粒形状与结构、显微硬度、粉末比表面、粉末真密度以及粉末颗粒的晶格状态。在技术条件中，通常只规定各级粉末颗粒的百分含量——粒度组成或筛分组成。1）颗粒形状：主要由粉末的生产方法决定，同时也与物质的分子或原子排列的结晶几何学因素有关；决定粉末工艺性能。2）粒度组成：是指不同粒度的颗粒占全部粉末的百分含量，又称粒度分布。3）粉末比表面：是指每克粉末所具有的总表面积，通常用厘米2/克或米2/克表示。

3、粉末的工艺性能

粉末的工艺性能用粉末的松装密度、流动性、压缩性与成形性来表征。1）松装密度是指粉末试样自然地充填规定的容器时，单位体积内粉末的质量，单位为克／厘米3。2）流动性是50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间，单位为s／50g，其倒数是单位时间内流出粉末的重量，俗称为流速。3）压缩性代表粉末在压制过程中被压紧的能力，通常以在规定单位压力下粉末的压坯密度表示。4）成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，通常用粉末得以成形所需的最小单位压制力表示或用压坯强度来表示。（二）粉末的制备

金属粉末的制取方法可分成两大类：机械法和物理化学法。

机械法是将原材料磨碎成粉而不改变原材料的化学成分的方法。如将金属切削成粉末颗粒；把金属研磨成粉末；液态金属的制粒和雾化。

物理化学法是在制取粉末过程中，使原材料受到化学或物理的作用，而使其化学成分和集聚状态发生变化的工艺过程。还原金属氧化物、电解水溶液或熔盐、热离解羰基化合物、冷凝金属蒸汽、晶间腐蚀和电腐蚀法等。物理化学制粉法是以还原和离解等化学反应为基础的。工业上普遍采用的有：氧化物还原法、电解法、热离解法、球磨法、涡旋研磨法、雾化法。

二、粉末的成形

（一）成形方法成形是粉末冶金工艺的重要步骤。成形的目的是制得具有一定形状、尺寸、密度和强度的压坯。粉末冶金常用的成形方法如下所示,模压成形是最基本方法。松装烧结粉浆浇注模压成形热压成形等静压成形轧制成形离心成形挤压成形爆炸成形成形无压成形加压成形1、粉末预处理预处理包括：粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂等。

粉末的预先退火可使氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度；同时，还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。

筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。

混合一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程；可采用机械法和化学法。

制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，以此来改善粉末的流动性。

(二）压制成形2、压制成形压模压制是将置于压模内的松散粉末施加一定的压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯，如图5-2是压模示意图。粉末的压缩过程一般采用压坯密度——成形压力曲线来表示，如图5-3所示，压坯密度变化分为三个阶段。滑动阶段：在压力作用下粉末颗粒发生相对位移，填充孔隙，压坯密度随压力增加而急剧增加；二是粉末体出现压缩阻力，即使再加压其孔隙度不能再减少，密度不随压力增高而明显变化；三是当压力超过粉末颗粒的临界压力时，粉末颗粒开始变形，从而使其密度又随压力增高而增加。图5-2模压示意图图5-3压坯密度与压力压坯密度分布不均匀：用石墨粉作隔层的单向压制实验，得到如图5-4所示的压坯形状，各层的厚度和形状均发生了变化，由图5-5可知在任何垂直面上，上层密度比下层密度大；在水平面上，接近上模冲的断面的密度分布是两边大，中间小；而远离上模冲的截面的密度分别是中间大，两边小。因为粉末体在压模内受力后向各个方向流动，于是引起了垂直于压模壁的侧压力，侧压力引起摩擦力，会使压坯在高度方向存在明显的压力降。a)压制前b)压制后图5-4用石墨粉作隔层的单向压坯a）单向压制b)双向压制图5-5压坯密度沿高度分布图

为了改善压坯密度的不均匀性，一般采取以下措施：

1）减小摩擦力：模具内壁上涂抹润滑油或采用内壁更光洁的模具；2）采用双向压制以改善压坯密度分布的不均匀性，如图5-5所示；3）模具设计时尽量降低高径比。

粉末的压制一般在普通机械式压力机或液压机上进行，常用的压力机吨位一般为500～5000kN。

图5-6为双向压制衬套的4个工步示意图。三、烧结

烧结是将压坯按一定的规范加热到规定温度并保温一段时间，使压坯获得一定的物理及力学性能的工序。

烧结机理：粉末的表面能大，结构缺陷多，处于活性状态的原子也多，它们力图把本身的能量降低。将压坯加热到高温，为粉末原子所贮存的能量释放创造了条件，由此引起粉末物质的迁移，使粉末体的接触面积增大，导致孔隙减少，密度增高，强度增加，形成了烧结。

固相烧结：烧结发生在低于其组成成分熔点的温度；如普通铁基粉末冶金轴承烧结。

液相烧结：烧结发生在两种组成成分熔点之间。如硬质合金与金属陶瓷制品的烧结。液相烧结时，在液相表面张力的作用下，颗粒相互靠紧，故烧结速度快、制品强度高。烧结时的影响因素：烧结温度、烧结时间和大气环境，粉末材料、颗粒尺寸及形状、表面特性以及压制压力等。

常用粉末冶金制品的烧结温度与烧结气氛见表5-1。烧结温度过高或时间过长，都会使压坯歪曲和变形，其晶粒亦大，产生所谓“过烧”的废品；如烧结温度过低或时间过短，则产品的结合强度等性能达不到要求，产生所谓“欠烧”的废品。

粉冶材料铁基制品铜基制品硬质合金不锈钢磁性材料(Fe-Ni-C0)钨、铝、钒烧结温度℃1050-2000700-9001350-1550125012001700-3300烧结气氛发生炉煤气，分解氨分解氨，发生炉煤气真空、氢氢氢、真空氢表5-1常用粉末冶金制品的烧结温度与烧结气氛

四、后处理

后处理的方法按其目的不同，有以下几种：1、为提高制件的物理及力学性能，方法有：复压、复烧、浸油、热锻与热复压、热处理及化学热处理。2、为改善制件表面的耐腐蚀性，方法有：水蒸汽处理、磷化处理、电镀等。3、为提高制件的形状与尺寸精度，方法有：精整、机械加工等。4、熔渗处理，它是将低熔点金属或合金渗入到多孔烧结制作的孔隙中去，以增加烧结件的密度、强度、塑性或冲击韧性。

第二节粉末冶金模具

粉末冶金模具主要是指在粉末压制成形、烧结、后处理等工序中所用到的模具。

根据用途可分为：压模、精整模、复压模、锻模、挤压模、热压模、等静压模、粉浆浇铸模、松装烧结模等。

按制作材料又可分为：钢模、硬质合金模、石墨模、塑料橡皮模和石膏模等。在工业生产中应用最广泛的是压制、精整、复压和锻造用的钢模及硬质合金模。本节重点介绍压模的几种常见的类型。一、单向压模

单向压模在压制过程中，相对于阴模运动的只有一个模冲，或是上模冲或是下模冲。如图5-7是压制轴套类压坯的单向手动压模，其基本组成部分有阴模、上模冲、下模冲和芯杆。一般只用来生产高度不大（高径比H/D＜1），形状简单的零件。图5-7单向手动压模二、双向压模

双向压制的特点是：上下模冲相对阴模都有移动，模腔内粉末体受到两个方向的压缩，或下模冲固定不动，由上模冲和阴模对着下模冲做不同距离的移动，实现双向压制。如图5-8所示为压制套类压坯的双向手动压模。一般用来生产实体类压坯的高径比H／D＞1或管套类压坯的高度与壁厚之比H／T＞3的零件。图5-8双向手动压模

三、摩擦芯杆压模

摩擦芯杆压模压制特点：芯杆和上模冲同速同向对着固定的阴模和下模冲移动压缩粉末体，或者是阴模和上模冲同速同向对着固定的芯杆和下模冲运动压缩粉末体。如图5-9所示为套类零件摩擦芯杆浮动压模。一般用于压制较长的薄壁套类零件的压坯。

图5-9摩擦芯杆浮动压模

组合压模是几种压制方式(如单向压制、双向压制和摩擦芯杆压制等)及其压模结构的综合运用。即在设计压制模具时，综合各种压模的结构特点，设计成多种形状的组合模冲来完成复杂零件的压制成形工序，并采取几种压制方式综合运用来保证压坯质量；所以，组合压模是形式最多且应用最广泛的压模结构。

四、组合压模第三节常用粉末冶金材料简介

粉末冶金常用来制作减摩材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难熔金属材料、过滤材料、金属陶瓷、无偏析高速工具钢、磁性材料、耐热材料等。

一、硬质合金硬质合金是粉末冶金工具材料的一种。主要用于制造高速切削硬而韧材料的刀具，制造某些冷作模具、量具及不受冲击、振动的高耐磨零件。1、硬质合金的性能特点

1）具有很高的常温硬度（HRC69～81），高的热硬性(可达900～1000０Ｃ)，优良的耐磨性。2）具有高的抗压强度（可达6000MPa），但抗弯强度较低；3）良好的耐蚀性(抗大气、酸、碱等)和抗氧化性；4）线膨胀系数小。

2、切削加工用硬质合金分类、分组代号切削加工用硬质合金按其切屑排出形式和加工对象的范围可分为三个主要类别，分别以字母P、M、K表示。

P适用于加工长切屑的黑色金属，以蓝色作标志；

M适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色全属，以黄色作标志；

K适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，以红色作标志。切削加工用硬质合金用途分组代号与硬质合金牌号对照见表5-2，表5-3。3、硬质合金的应用

1）用作刀具材料。硬质合金作刀具材料的用量最大，如车刀、铣刀、刨刀、钻头等；2）用作模具材料。用硬质合金作模具主要是指冷作模，如冷拉模、冷冲模、冷挤模和冷镦模等；3）用作量具及耐磨零件。如千分尺、块规、塞规等。

二、含油轴承材料

含油轴承材料是一种具有多孔性的粉末冶金材料，常用以制造轴承零件。这种材料压制成轴承后，放在润滑油中浸润，由于粉末冶金材料的多孔性，在毛细现象作用下，可吸附大量润滑油(一般含油率为12～30％)，故称为含油轴承。

常用的含油轴承有铁基和铜基含油轴承两类。1、铁基含油轴承是铁-石墨(0.5～３％)粉末冶金材料或铁-硫(0.5～1％)-石墨(1～2％)粉末冶金材料；铁-石墨粉末冶金材料的组织为珠光体(大于40%)十铁索体十渗碳体(小于5%)十石墨+孔隙，硬度30～110HBS。铁-硫-石墨粉末冶金材料的组织除了与铁-石墨粉末冶金材料相同的组织以外还有硫化物，可进一步改善摩擦条件，硬度为35～70HBS。2、铜基含油轴承常用的是青铜粉末与石墨粉末制成的冶金材料，它具有较好的热导性、耐蚀性．抗咬合性，但承压能力较铁基含油轴承小。一般用于制作中速、轻载荷的轴承，尤其适宜制作不能经常加油的轴承，如纺织机械、电影机械、食品机械、家用电器(如电风扇、电唱机)等的轴承，在汽车、拖拉机．机床．电机中也得到广泛应用。三、铁基结构材料

铁基结构材料是以碳钢或合金钢粉末为主要原材料，采用粉末冶金方法制造结构零件。用这类材料制造的结构零件具有制品精度较高、表面粗糙度值低，不需或只需少量切削加工，节省材料，提高生产率等特点。制品还可通过热处理方法强化和提高耐磨性。广泛用于制作各种机械零件，如机床上的调整垫圈、调整环．法兰盘、偏心轮，汽车制造中的油泵齿轮．差速器齿轮、止推环以及拖拉机上的传动齿轮、活塞环等。

第四节粉末冶金制品结构工艺性

考虑粉末冶金零件结构工艺性时，总的原则是零件应尽量平整简单，即不带倒角、尖角、凸起、凹槽以及难于直接压制或脱模出的内、外螺纹、倒锥度、与压制方向垂直的孔、槽等。一般需要从压制困难性、脱模困难性、粉末均匀填充困难性和压模强度、寿命等诸方面考虑。

一、考虑压制困难性及简化模具

零件的内、外螺纹、倒锥度、与压制方向垂直的孔、槽等均不能直接压制出。如图5-10a中与压制方向垂直的退刀槽需改为5-10b的结构；如图5-11a所示零件，应在模具上做出垫块（如图5-11b）

二、考虑脱模困难性

在压制过程中，由于压制压力较大而阴模会发生弹性膨胀；当压力去除后，压坯阻碍阴模弹性收缩，压坯受径向压力。压坯脱出阴模的部分，由于本身弹性后效作用而向外膨胀。这使得在脱模过程中，压坯受到方向相反的切应力作用，如图5-12所示。

在压坯脱模过程中，压坯上的一些薄弱部位有可能在上述切应力作用下发生毁坏。所以零件在结构上应尽可能避免薄壁、深而窄的槽、锐边、小而薄的凸台等形状。如图5-13a所示结构宜改成图5-13b。图5-14a脱模不便，改成5-14b图结构为妥。图5-12压坯脱模过程中的切应力三、考虑粉末均匀填充及压坯密度

密度均匀是压坯质量的一个重要指标。在压制薄壁或截面上厚度差异较大的压坯时，装粉不易均匀，薄壁和尖角处难于充填粉末，引起压坯密度很不均匀，烧结时易发生变形或开裂。压坯的最小壁厚，取决于零件尺寸。一般偏心孔零件时最薄处壁厚t≥1mm（如图5-15a所示）。设计圆柱体空心件最小壁厚规定为1.2mm；实际设计中，壁厚t与高度H有关，一般取H/t＜20（如图5-15b）。零件结构带有尖角时，不利于装粉、密度不易均匀、且模具制造困难、寿命低，宜将尖角改为圆弧。

四、考虑压模强度及寿命主要应考虑到压模结构上一些薄弱部位易于在压制高压下损坏。例如，机械加工中极易加工的倒角，在粉末冶金压制时，成了模具的薄弱部位（尖角）而极易在压制时损坏（如图5-16a所示），宜改成5-16b图所示结构。

a)b)图5-16倒角结构的改进第五节粉末冶金技术的新发展一、粉末制备1、快速冷凝技术：RST是雾化技术的发展。2、机械合金化；3、自蔓延高温合成SHS；4、气体雾化制粉。二、成形1、粉末注射成形；2、喷射沉积；3、大气压力固结

4、温压技术；5、流动温压工艺。三、烧结1、电场活化烧结；2、等离子体活化烧结；3、微波烧结；4、低温烧结。思考题：1、何谓粉末冶金？粉末冶金的主要工序有哪些？2、粉末冶金模具主要有哪几种类型？3、常见粉末冶金材料有哪些？并指出下列牌号的含义

YG6XYT14YW1返回文档原料粉末其它添加剂混合松装烧结（石膏模）粉末浇注模压成形预烧结烧结二次模压二次烧结整形高温烧结锻造拉丝烧结锻造轧制挤压冷等静压轧制挤压烧结热压热挤压热等静压后续处理（选择）：浸渍热处理电镀机械加工粉末冶金材料、制品图5-1粉末冶金材料或制品的工艺流程返回文档a)填充粉料b)双向压坯c)上冲模复位d)顶出坯块图5-6双向压制粉末冶金坯块工步示意图返回文档类别合金牌号化学成分（%）WCTiCTaC(NbC)Co其它钨钴类合金YG3XYG6XYG6AYG6YG8N96.593.592.094.091.0

＜0.5＜0.52

136668

钨钛钴类合金YT5YT14YT3085.078.066.051430

1084

钨钛钽(铌)类合金（万用合金）YW1YW284～8582～83663～43～468

碳化钛镍钼合金YN1015621

Mo10Ni12表5-2常用硬质合金的牌号及化学成分

注：摘自YB849—75《硬质合金牌号》。

返回文档用途分组代号硬质合金牌号用途分组代号硬质合金牌号P01YT30

YN10M20YW2P10YT15K01YG3XP20YT14K10YG6X

YG6AP30YT5K20YG6

YG6NM10TW1K30YG8

YG8N表5-3用途分组代号与硬质合金牌号对照表

返回文档a)b)图5-10简化槽的结构返回文档图5-11避免多台阶零件a)b)a)b)返回文档图5-13避免小而薄的凸台返回文档图5-14考虑方便脱模的结构a)b)返回文档图5-15考虑壁厚均匀的改进a)b)第6章非金属材料的成形第一节高分子材料的成形

第二节工业陶瓷的成形第三节复合材料成形返回

由于非金属材料与金属材料在结构和性能上有较大差异，其成形特点也不同，与金属材料的成形相比，非金属材料成形有以下特点:1、非金属材料可以是流态成形，也可以是固态成形，成形方法灵活多样，可以制成形状复杂的零件。2、非金属材料的成形通常是在较低温度下成形，成形工艺较简便。3、非金属材料的成形一般要与材料的生产工艺结合。第一节高分子材料的成形一、工程塑料的成形工程塑料的主要特性有：1）密度小；2）耐腐蚀；3）良好的电绝缘性和较小的介电损耗；4）耐磨和减摩性好；5）良好的成形性。

塑料制品的主要不足之处在于：耐热性差、强度、硬度较低、刚性和尺寸稳定性差、易老化、易蠕变等，使其应用受到一定限制。

（一）工程塑料的成形性能1、塑料形变与温度的关系1）热塑性塑料形变与温度的关系形变与温度的关系曲线如图6-1所示，可分为玻璃态、高弹态、粘流态。图6-1塑料的形变与温度的关系

2）热固性塑料在加热加压下状态：热固性塑料在加热过程中存在稳定态、塑化态、固态。如图6-2所示。2、塑料的流变性能塑料在成形过程中、除少数工艺外，都要求塑料处于粘流态(或塑化态)成形，塑料聚合物熔体是非牛顿流体(或称粘流体)，其粘度随流动中的剪切速率、温度、压力的变化而有较大的变化。如图6-3是几种常用塑料的粘度与温度变化曲线。当温度一定时，塑料熔体流动剪切速率愈高，其粘度愈低。

图6-2热固性塑料受热后的状态图6-3塑料粘度与温度变化曲线3、塑料的成形工艺性

塑料的成形工艺性是塑料在成形加工中表现出的特有性质，主要表现在以下几个方面。1）流动性：塑料在一定的温度和压力下填充模具型腔的能力称为塑料的流动性。

热塑性塑料的流动性用熔融指数(又称熔融流动率)表示，熔融指数越大，流动性也越好，熔融指数与塑料的粘度有关，粘度愈小熔融指数愈大，塑料的流动性也愈好。热固性塑料的流动性指标一般用拉西格流动性表示。

第一级：拉西格流动值为100～130mm，用于压制无嵌件、形状简单的一般厚度塑件。第二级：拉西格流动值为131～150mm，用于压制中等复杂程度的塑件。

第三级：拉西格流动值为151～180mm，用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件，或用于传递（压注）成形。2）收缩性：塑料制品从模具中取出冷却到室温后，发生尺寸收缩的特性称为收缩性。塑料制件的成形收缩值可用收缩率表示:

——塑料收缩率；

——模具在室温时的尺寸，单位为mm；

——塑件在室温时的尺寸．单位为mm。3）结晶性：按照聚集态结构的不同，塑料可以分为结晶型和无定型两类。高聚物中晶区所占的比例称为结晶度，结晶度大，塑料的硬度和刚度提高，力学性能和耐磨性增高，耐热性、电性能及化学稳定性亦有所提高；反之，结晶度低的，柔韧性、耐折性、伸长率及冲击强度等则较大，透明度也较高。4）热敏性和水敏性：热敏性是指塑料对热降解的敏感性，；水敏性是指塑料对水降解的敏感性，也称吸湿性。5）毒性、刺激性和腐蚀性：成形加工塑料时，必须严格掌握工艺规程，防止有害气体危害人体和腐蚀模具及加工设备。

除上述工艺性能外，还有吸气性、粘膜性、可塑性、压缩性、均匀性和相交联倾向等。（二）注射成形

塑料注射成形又称注塑成形或注射法，是热塑性塑料成形的主要加工方法。生产周期短，生产效率高，能一次成形空间几何形状复杂、尺寸精度高、带有各种嵌件的塑料制品，适应性强，生产过程易于实现自动化。1、注射成形工艺过程

注射成形工艺过程是将塑料经过预干燥处理，通过注射机的注射过程使塑料在模具中成形，开模后取出塑件并进行后处理。

其中注射过程是获得合格塑件的关键，完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却定型和脱模等几个步骤。

注射成形的工艺条件主要有温度、压力和时间等。1）温度：在注射成形时需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度、模具温度等。2）压力：包括塑化压力和注射压力两种。塑化压力又称背压，是注射机螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时受到的压力。注射压力是指柱塞或螺杆头部注射时对塑料熔体施加的压力。3）时间：注射时间是一次注射成形所需的时间，又称成形时间。2、注射机与模具1）注射机：是注射成形的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、角式三种。基本由注射系统、合模锁模系统、操作控制系统三部分组成；如图6-4所示。2）注射模：注射成形模具是注射成形工艺的主要工艺装备，称为注射模。注射模一般由定模部分和动模部分组成，如图6-5所示。根据模具上各种零部件的作用，塑料注射模一般有以下几部分：成形部分：组成模具型腔的零件，主要由凸模、凹模、型芯、嵌件和镶块等组成。浇注系统：熔融塑料从喷嘴进入模具型腔流经的通道称为浇注系统。它一般由主流道、分流道、浇口和冲料井等组成。导向机构：为了使动模与定模在合模时能准确对中，以及防止推件板歪斜而设置的机构。主要有导柱、导套等。

侧向抽芯机构：塑件的侧向有凹凸形状的孔或凸台时，在塑件被推出的必须先拔出侧向凸模或抽出侧向型芯。侧向抽芯机构一般由活动型芯、锁紧楔、斜导柱等组成。推出机构：又称脱模机构。它是在开模时将塑件推出的零部件。主要有推板、推杆、主流道拉料杆等组成。在注射模上还有加热、冷却系统和排气系统等。

（三）模压成形模压成形又称压缩成形、压塑成形，是塑料成形加工中较传统的工艺方法。主要用于热固性塑料。与挤塑和注塑相比，压塑设备、模具和生产过程控制较为简单，并易于生产大型制品，但生产周期长、效率低，较难实现自动化，工人劳动强度大，难于成形厚壁制品及形状复杂的制品。

1、模压成形工艺过程：模压成形工艺是将经过预制的热固性塑料原料，直接加入敞开的模具加料室，然后合模，并对模具加热加压，塑料在热和压力的作用下呈熔融流动状态充满型腔，随后由于塑料分子发生交联反应逐渐硬化成形。工艺过程为：预压成形和预热处理——加料——闭模加热加压——塑化——排气和保压硬化——脱模取出塑件——清理模具和对塑件后期处理。

为了使模压成形顺利进行，关键应控制好成形温度和压力。2、模压设备及模具主要设备是液压机，它由机架（包括上下横梁、立柱、机座等）、活动横梁、工作液压缸、顶出机构、液压传动和电器控制系统等部分组成，如图6-6所示。

模压成形模具如图6-7所示。与注射模不同的是，模压模没有浇注系统，只有一段加料室。注射成形模具处于闭合状态成形，而模压模成形是靠凸模对凹模中的原料施加压力，使塑料在型腔内成形。因此，模压模成形零件的强度要比注射模高。（四）其他成形方法1、传递成形:

传递成形又称压注成形，它是在模压成形的基础上发展起来的热固性塑料成形方法。其工艺类似于注射成形，所不同的是塑料在模具的加料室内塑化，再经过浇注系统进入型腔，而注射成形是在注射机料筒内塑化。传递成形所用设备与压塑成形相同，不同的是所需压力比压塑成形的压力大。传递成形模具如图6-8所示。

工艺过程为：预处理——闭模——加料——加热软化(若是下加料室应先加料，后闭模加热)，——柱塞挤压熔融塑料挤入型腔——继续受热受压而固化——开模清理。传递成形的优点：成形周期短；塑件飞边小，易于清理；能成形薄壁多嵌件的复杂塑料制品；塑件的精度和质量较压塑件高，但加料室内总会留有余料，塑料损耗较大；模具结构较压塑模复杂，制造成本较高。2、挤出成形挤出成形也称为挤塑成形或吹塑成形，是热塑性塑料的重要生产方法之一，主要用于生产棒、管等型材和薄膜等，也是中空成形的主要制坯方法。挤出成形一般由挤出机、挤出模具、牵引装置、冷却定型装置、切割或卷曲装置、控制系统组成。如图6-9所示。

工艺过程总体可分为两个阶段：第一阶段是使固态塑料塑化(即使塑料转变成粘流态)，并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相似的连续体；第二阶段是用适当的处理方法使挤出具有粘流态的连续体转变为玻璃态的连续体，即得到所需型材或制品。如图6-10是挤出中空吹塑成形过程及挤出吹塑模具。3、吸塑成形吸塑成形也称真空成形。成形时将热塑性塑料板材或片材夹持起来，固定在模具上，用辐射加热器加热，当加热到软化温度时，用真空泵抽去板材与模具之间的空气，在大气压力作用下，板材拉伸变形贴合到模具表面，冷却后定形成为制品。吸塑成形生产设备简单，效率高，模具结构单、效率高，能加工大尺寸的薄壁塑件，生产成本低。

常见的吸塑成型方法有凹模真空成形、凸模真空成形、凹凸模真空成形等方法。凸模真空成形方法如图6-11所示。一般用于内表面精度要求较高。有凸起形状的薄壁塑件，凸模真空成形方法较凹模真空成形方法塑件壁厚稍均匀。吸塑成形可用于包装制品，如药品包装、一次性餐盒、电子产品如钮扣电池包装等。常用的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚碳酸酯等材料。4、反应注射成形反应注射成形把两种发生反应的塑料原料分别加热软化后，由计量系统进入高压混合器经混合发生塑化反应，再注射到模具型腔中，它们在型腔中继续发生化学反应，并且伴有膨胀、固化的加工工艺。

适合加工聚氨酯、环氧树脂等热固性塑料，也可以用于生产尼龙、ABS、聚酯等热塑性塑料。例如，轿车仪表盘、方向盘、飞机和汽车的座椅及椅垫、家具和鞋类、仿大理石浴缸浴盆等。二、橡胶材料的成形（一）橡胶的压制成形1、压制成形工艺流程：

塑炼——混炼——制坯——片材、管材、型材——裁切——模压硫化——修边——检验——成品。关键工序：1）塑炼：在一定的温度下利用机械挤压、辊轧等方法，使生胶分子链断链，使其由强韧的弹性状态转变为柔软、具有可塑性的状态的加工工艺过程。2）混炼：为了提高橡胶制品的使用性能，改进橡胶的工艺性能和降低成本，将各种配合剂混入生胶中，制成质量均匀的混炼胶的工艺过程。3）模压硫化：它包括加料、闭模、硫化、起模和模具清理等步骤。胶料经闭模加热加压后成形，经过硫化使胶料分子交联，成为具有高弹性的橡胶制品。2、压制工艺橡胶压制成形工艺的关键是控制模压硫化过程。硫化过程控制的主要参数是硫化温度、压力和时间等。1）硫化温度：是橡胶发生硫化反应的基本条件。硫化温度高，硫化速度快，生产效率就高。但是硫化温度过高会使橡胶高分子链裂解，从而使橡胶的强度、韧度下降，因此硫化温度不宜过高。

2）硫化时间：在硫化过程中，硫化胶的各项物理、力学性能达到或接近最佳点时，此种硫化程度称为正硫化或最宜硫化。在一定温度下达到正硫化所需的硫化时间称为正硫化时间，一定的硫化温度对应有一定的正硫化时间。硫化时间决定硫化程度，通常制品的尺寸越大或越厚，所需硫化的时间越长。3）硫化压力：为使胶料能够流动充满型腔，并使胶料中的气体排出，应有足够的硫化压力。增加压力能提高橡胶的力学性能，延长制品的使用寿命。但是，过高的压力会加速分子的降解作用，反而会使橡胶的性能降低。对硫化压力的选取应考虑胶料的配方、可塑性、产品的结构等因素。3、压制模具橡胶压制模与一般塑料压塑模结构相同。但橡胶模有自身特殊的要求,在设计时要注意：1）测温孔：硫化温度的误差应控制在+2℃范围，在压制模型腔附近必须设置测温孔。2）流胶槽：由于在加料时一般有5%～10%的余量，为保证制品精度，在型腔周围设置流胶槽，使多余的胶料排出。

（一）橡胶注射成形1、橡胶注射成形工艺过程

橡胶注射成形是在专门的橡胶注射机上进行的。橡胶注射成形的工艺过程主要包括胶料的预热塑化、注射、保压、硫化、脱模和修边等工序。2、注射成形工艺条件：注射成形工艺条件主要有料筒温度、注射温度、注射压力、模具温度和成形时间。1）料筒温度：胶料在料筒中加热塑化，在一定温度范围内，提高料筒温度可以使胶料的粘度下降，流动性增加，有利于胶料的成形。

2）注射温度：胶料除受料筒的加热外，在注射过程中还受到摩擦热，故胶料的注射温度均高于料筒温度。注射温度高硫化时间短，易出现焦烧。因此在不产生焦烧的情况下，尽可能使温度接近模具温度。3）注射压力：注射时螺杆或柱塞施于胶料单位面积的力。注射压力大，有利于胶料充模和硫化。4）模具温度：在注射成形中，由于胶料在充型前已经具有较高的温度、充型之后能迅速硫化，表层与内部的温差小，故模具温度较压制成形的高。5）成形时间：是指完成一次成形过程所需时间。它是动作时间与硫化时间之和。

（三）压延成形压延成形是利用一对或数对相对旋转的加热滚筒，使物料在滚筒间隙被压延而连续形成一定原度和宽度的薄型材料。压延机的主体是一组加热的辊简，按辊筒数目可分为两辊、三辊或更多；以排列方式分为I型、倒L则、L型、Z型、T型、M型等。压延机的不同辊筒排列方式及压延过程如图6-12所示。在压延过程中，必须协调辊温和转速，控制每对辊的速比，保持一定的辊隙存料量，调节辊间距，以保证产品外观及有关性能。如在最后一对辊间同时通过已经处理的纸张或织物，使热的塑料或橡胶膜片在辊筒压力下与这些基材贴合在一起，可制造出复合制品。如人造革、地板革、壁纸等。第二节工业陶瓷的成形一、工业陶瓷成形基础区别传统陶瓷新型陶瓷原料天然矿物原料人工精制合成原料（氧化物和非氧化物两大类）成型注浆、可塑成型为主注浆、压制、热压注、注射、轧膜、等静压成型为主烧结温度一般在1350℃以下，燃料以煤、油、气为主结构陶瓷常需1600℃左右高温烧结；功能陶瓷需精确控制烧结温度。燃料以电、气、油为主加工一般不需加工常需切割、打孔、研磨和抛光性能以外观效果为主以内在质量为主，常呈现耐温、耐磨、耐腐蚀和各种特殊性能用途炊、餐具、陈设品主要用于宇航、能源、冶金、交通、电子、家电等行业表6-1传统陶瓷和新型陶瓷的主要区别二、陶瓷制品的生产过程陶瓷制品的生产过程主要包括坯体成形前的坯料准备、坯体成形、烧结及坯体的后续加工等内容。

1、坯体成形前的准备首先是利用物理、化学等方法对粉料进行处理获得所需要规格的粉体；然后按照瓷料的成分，将各种原料进行称量配料，配料后根据不同的成形方法，混合制备成不同形式的坯料。2、坯体成形：成形是将坯料制成具有一定形状和规格的坯体。可采用浇注法成形、挤压成形、压制成形。3、烧结：烧结是对成形坯体进行低于熔点的高温加热，使其内部的粉体产生粘结，经过物质迁移导致致密化和高强度的过程。4、后继加工陶瓷经成形、烧结后，还可根据需要进行后续精密加工，使之符合表面粗糙度、形状、尺寸等精度要求，如磨削加工、研磨与抛光、超声波加工、激光加工甚至切削加工等。三、陶瓷成形方法

陶瓷制品的成形，就是将坯料制成具有一定形状和规格的坯体。成形方法主要有浇注成形、压制成形、可塑法成形等。（一）浇注成形浇注成形是将陶瓷原料粉体悬浮于水中制成料浆，然后注入模型内成形。坯体的形成主要有注浆成形、凝胶注模成形等方式。1、注浆成形是将陶瓷悬浮料浆注入多孔质模型内，借助模型的吸水能力将料浆中的水吸出，从而在模型内形成坯体，其工艺过程包括悬浮料浆制备、模型制备、料浆浇注、起模取件、干燥等阶段。

1）悬浮料浆的制备料浆是陶瓷原料粉体和水组成的悬浮液，料浆应具有良好的流动性，足够小的粘度，尽可能少的含水量，弱的触变性(静止时粘度变化小),良好的稳定性(悬浮性)及良好的渗透(水)性等性能。2）注浆方法：

实心注浆：如图6-13a所示。料浆注入模型后，料浆中的水分同时被模型的两个工作面吸收，注件在两模之间形成，没有多余料浆排出。

空心注浆：如图6-13b所示。料浆注入模型后，由模型单面吸浆，当注件达到要求的厚度时，排出多余料浆而形成空心注件。

强化注浆：在注浆过程中，人为地对料浆施加外力，以加速注浆过程进行，提高注浆速度，使坯体致密度与强度得到提高。强化注浆法有真空注浆、离心注浆和压力注浆等，如图6-13c所示的离心注浆。2、凝胶注模成形凝胶注模成形是二十世纪九十年代初发展起来的新工艺。工艺过程如下：调制高固相含量的浓悬浮料浆——加聚合固化引发剂并与料浆混合均匀——注入无吸水性的模型内——有机单体交联聚合成三维网状结构，使浓悬浮料浆在模型内原位固化成形。

（二）压制成形

压制成形是将经过造粒的粒状陶瓷粉料，装入模具内直接在压力的作用下而成形的方法。1、造粒造粒即制备压制成形所用的坯料，它是在陶瓷原料细粉中加入一定量的塑化剂制成粒度较粗、含一定水分、具有良好流动性的团粒。2、压制方法：压制方法主要有干压成形、等静压成形和热压烧结成形等。1）干压成形：将团粒松散装人模具内，在压机柱塞施加的外压力作用下，形成较致密的具有一定形状、尺寸的压坯，然后卸模脱出坯体。

干压成形有单向加压与双向加压两种方式，由于成形压力是通过松散粉粒的接触来传递的，在此过程中产生的压力损失会造成坯体内压力分布的不均匀，从而造成压坯内密度分布不均匀，如图6-14所示。2）等静压成形是利用液体或气体介质均匀传递压力的性能，把陶瓷粒状粉料置于有弹性的软模中，使其受到液体或气体介质传递的均衡压力而被压实成形的方法。

冷等静压成形：是在室温下，采用高压液体传递压力的等静压成形，根据使用模具不同，又分为湿式等静压成形和干式等静压成形两种，如图5-15所示。

热等静压成形：在高温下，采用惰性气体代替液体作压力传递介质的等静压成形，是在冷等静压成形与热压烧结的工艺基础上发展起来的，又称热等静压烧结。3）热压烧结：是将干燥粉料充填入石墨或氧化铝模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成形与烧结同时完成，如图6-16所示。（三）其他成形方法1、挤压成形：是将经真空炼制的可塑泥料置于挤制机(挤坯机)内，便可挤压出各种形状、尺寸的坯体。2、注射成形：是将陶瓷粉和有机粘结剂混合后，加热混炼并制成粒状粉料，经注射成形机，在130℃～300℃温度下注射到金属模腔内，冷却后粘结剂固化成形，脱模取出坯体。3、流延、轧膜成形：用于陶瓷薄膜坯的成形，1）流延成形：如图6-17所示，将料浆加入流延机的料斗中、料浆从料斗下部流至向前移动着的塑料薄膜载体(传送基带)上，用刮刀控制厚度。再经烘干室烘干，形成具行一定塑性的坯膜，切成一定长度叠放或卷轴待用。然后将坯膜按所需形状进行切割、冲片或打孔，形成坯件。2）轧膜成形：是将陶瓷粉料与一定量的有机粘结剂和溶剂混合拌匀后，通过如图6-18所示的两个相向旋转、表面光洁的轧辊间隙。反复混炼粗轧、精轧，形成光滑、致密而均匀的膜层，称为轧坯带。轧好的坯带需在冲片机上冲切形成一定形状的坯件。

第三节复合材料成形一、复合材料成形特点1）材料的复合过程与制品的成形过程同时完成；2）复合材料具有的可设计性以及材料和制品一致性的特点，都是由不同的成形工艺赋予的，因此应当根据制品的结构形状和性能要求来选择成形方法。复合材料的成形工艺主要取决于复合材料的基体。—般情况下，其基体材料的成形工艺方法也常常适用于以该类材料为基体的复合材料、特别是以颗粒、晶须及短纤维为增强体的复合材料。

二、复合材料成形技术（一）树脂基复合材料成形1、热固性树脂基复合材料的成形热固性树脂基复合材料以热固性树脂为基体，以无机物、有机物为增强材料。1）手糊成形：该法以手工作业为主，其工艺流程如下：树脂基体配制增强材料裁剪模具涂脱模剂干燥手糊成形脱模修整固化制品

手糊成形可用于制造船体、储罐、储槽、大口径管道、风机叶片、汽车壳体、机翼、火箭外先等大中型制件。2）喷射成形：该法是将调配好的树脂胶液与短切纤维通过喷射机的喷枪均匀喷射到模具上沉积、每喷一层，即用棍子滚压，使之压实、浸渍并排出气泡，再继续喷射，直至完成坯件制作，最后固化成制品，如图6-19所示。喷射法可用于成形船体、容器、汽车车身、机器外罩、大型板等制品。3）铺层法成形：用手工或机械手，将预浸材料(将连续纤维或织物、布浸渍树脂，烘干而成的半成品材料，如胶布、无纬布、无纬带等)按预定方向和顺序在模具内逐层铺贴至所需厚度(或层数)，获得铺层坯件，然后将坯件装袋，经加热加压固化，脱模修整获得制品。铺层坯件的加温加压固化方法通常有真空袋法、压力袋法、热压罐法等，如图6-20所示。4）缠绕法成形：是采用预浸纱带、预浸布带等预浸料，或将连续纤维、布带浸渍树脂后，在适当的缠绕张力下，按一定规律缠绕到一定形状的芯模上至一定厚度，经固化脱模获得制品的一种方法。如图6-21所示。5）模压成形：模塑料、预浸料以及缠绕在芯模上的缠绕坯料等在金属模具中，在压力和温度作用下经过塑化、熔融流动、充满模腔成型固化而获得制品。模压成形工艺按成形方法可分为压制模压成形、压注模压成形与注射模压成形。6）层压成形：将纸、棉布、玻璃布等片状增强材料，在浸胶机中浸渍树脂，经干燥制成浸胶材料，然后按层压制品的大小，对浸胶材料进行裁剪，并根据制品要求的厚度(或质量)计算所需浸胶材料的张数，逐层叠放在多层压机上，进行加热层压固化，脱模获得层压制品。

7）离心浇注成形：利用筒状模具旋转产生的离心力将短切纤维连同树脂同时均匀喷洒到模具内壁形成坯件，或先将短切纤维毡铺在筒状模具的内壁上，再在模具快速旋转的同时，向纤维层均匀喷洒树脂液浸润纤维形成坯件，坯件达所需厚度后通热风固化。8）拉挤成形：将浸渍过树脂胶液的连续纤维束或带，在牵引机构拉力作用下，通过成形模定形，再进行固化，连续引拔出长度不受限制的复合材料管、棒、方形、工字形、槽形、以及非对称形的异形截面等型材。2、热塑性树脂基复合材料的成形热塑性树脂基复合材料成形过程主要由加热熔融、流动成形和冷却硬化三个阶段组成。已成形的坯件或制品，再加热熔融后还可以二次成形。粒子及短纤维增强的热塑性树脂基复合材料可采用挤出成形、注射成形和模压成形，其中，挤出成形和注射成形占主导地位。

（二）金属基复合材料成形金属基复合材料是以金属为基体，以纤维、晶须、颗粒、薄片等为增强体的复合材料。1、颗粒增强金属复合材料成形1）粉末冶金法；2）铸造法：一边搅拌金属或合金熔融体，一边逐步投入增强体，使其分散混合，形成均匀的液态金属基复合材料，然后采用压力铸造、离心铸造和熔模精密铸造等方法形成金属基复合材料。

3）加压浸渍：将颗粒、短纤维或晶须增强体制成含一定体积分数的多孔预成形坯体，将预成形坯体置于金属型腔的适当位置，浇注熔融金属并加压，使熔融金属在压力下浸透预成形坯体，冷却凝固形成金属基复合材料制品。2、纤维增强金属基复合材料成形1）扩散结合法：按制件形状及增强方向要求，将基体金属箔或薄片，以及增强纤维裁剪后交替铺叠，然后在低于基体金属熔点的温度下加热加压并保持一定时间，基体金属产生蠕变和扩散，使纤维与基体间形成良好的界面结合，获得制件。如图6-22为扩散结合法示意图。2）熔融金属渗透法：在真空或惰性气体介质中，使排列整齐的纤维束之间浸透熔融金属，如图6-23所示。3）等离子喷涂法。在惰性气体保护下，等离子弧向排列整齐的纤维喷射熔融金属微粒子。3、层合金属基复合材料的成形层合金属基复合材料是由两层或多层不同金属相互紧密结合组成的材料。其成形方法有轧合、双金属挤压、爆炸焊合等。

1）轧合：将不同的金属层通过加热、加压轧合在一起，形成整体结合的层压包覆板。

2）双金属挤压：将由基体金属制成的金属芯，置于由包覆用金属制成的套管中，组装成挤压坯，在一定压力、温度条件下挤压成带无缝包覆层的线材、棒材、矩形和扁型材等。3）爆炸焊合：这是一种焊接方法，利用炸药爆炸产生的爆炸力使金属叠层间