11第十一章非金属材料成形概要

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1、,第十一章 非金属材料的成型,第十一章 非金属材料的成型,概述 第一节 工程塑料成型 第二节 塑料制品的结构要素与设计原则 第三节 橡胶成型 第四节 陶瓷成型 第五节 复合材料成型,概 述,成型的概念:由于大多数的非金属材料的成形方法多是通过“模” 、“型”等工具得到型材或制品,人们习惯称其为成型. 许多非金属材料的成型方法,如塑料的注塑、压塑、挤塑、铸塑、焊接等成型方法,其工艺实质与金属的铸造、压力、加工焊接是相同和相近的. 本章内容的侧重点在于工程塑料的常用成型方法及工程塑料制品的结构要素及设计原则.,第一节 工程塑料成型,塑料制品的生产主要由成型、机械加工、修配和装配等过程组成.其中成型

2、是塑料制品生产中最重要的基本工序. 一. 挤出成型 挤出成型亦称挤塑,是利用挤出机把热塑性塑料连续加工成各种端面形状制品的方法.这种方法主要用于生产塑料板材、片材、棒材、异型材 、电缆护层等.也可用于某些热固性塑料和塑料与其它材料的复合材料.该方法具有生产效率高、用途广适应性强等特点.,第一节 工程塑料成型,单螺杆挤出机结构示意图,第一节 工程塑料成型,双螺杆挤出机结构示意图,一. 挤出成型,挤出成型的设备-挤出机,按照加压方式不同分为螺杆式(连续式)和柱塞式（间歇式）两种. 挤出工艺主要包括: 1.原料干燥 2.工艺调整 3.制品的定型与冷却 4.牵引(拉伸)和后处理,二.注射成型,注射成型

3、也称注塑,是利用注塑机将融化的塑料快速注入闭合的模具模腔内并固化而得到各种塑料制品的方法.除氟塑料外,几乎所以的热塑性塑料都可采用注塑加工;另外还可用于某些热固性塑料. 注塑加工具有生产周期短、生产率高、易于实现自动化生产和适应性强的特点. 注塑机是注塑加工的主要设备,按照外形可分为立式、卧式 、直角式 、旋转式;按用途分为通用型、热固塑料专用型、结构泡沫塑料专用型等;按注射方式分为螺杆式和柱塞式.,二.注射成型,二.注射成型,注 塑 机,二.注射成型,注 塑 模 结 构,二.注射成型,注塑工艺过程包括:成型前的准备、注射过程、制品的后处理等. 1.成型前的准备 主要包括原料的处理和试模、试车

4、等. 2.注射过程 包括加料、塑化、注射、冷却和脱模等工序. 3.制品的后处理 主要包括退火和调试处理,三.模压成型,模压成型也称压塑,是将称量好的原料置于已加热的模具模腔内,通过模压机压紧模具加压,塑料在模腔内受热塑化流动并在压力下充满型腔,同时发生化学反应而固化得到塑料制品的的过程. 模压主要用于热固性塑料;而热塑性塑料方面仅用于PVC唱片生产和聚四氟乙烯制品的预压成型.,三.模压成型,与挤塑和注塑相比,压塑设备、模具和生产过程较为简单,并易于生产大型制品;石生产周期长、效率低,较难实现自动化,工人劳动强度大,难于厚壁制品及形状复杂制品的成型. 模压通常在油压机或水压机上进行. 模压过程一

5、般包括加料、闭模、排气、固化、脱模和吹洗模具等步骤.,四. 浇铸成型,浇铸成型又称注塑,是将处于流动状态的高分子材料或能生成高分子成型物的液态单体注入特定的模具中,在一定的条件下使之反应固化,从而得到与模具型腔相一致的制品的工艺方法. 浇铸成型既可用于塑料制品的生产,也可用于橡胶制品的生产. 在静态浇铸的基础上发展的离心浇铸、嵌铸等高分子材料的成型方法也得到日益广泛的应用.,四. 浇铸成型,1.静态浇铸成型 按照模具结构不同可分为敞开式浇铸铸、水平式浇铸、测立式浇铸、倾斜式浇铸等. 2.嵌铸成型工艺 嵌铸工艺过程包括嵌件的处理、嵌件的固定、浇铸和固化. 3.离心浇铸成型 离心浇铸是将液态塑料浇

6、入旋转的模具中,在离心力作用下使其充满回转体形模具,经固化定型后得到制品的一种工艺,制品多为圆柱形或近似圆柱形.,五.吹塑成型,吹塑也称中空成型,属于塑料的二次加工,是制造空心塑料制品的方法.吹塑过程是先用挤塑、注塑等方法制成管状形坯,然后把保持适当温度的形坯置于对开的阴模模堂中,将压缩空气通入其中将其吹胀,紧紧贴于阴模内壁,两半阴模构成的空间形状即制品形状.,五.吹塑成型,注射吹塑成形工艺过程,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,塑料制品的结构要素包括尺寸精度、表面粗糙度、脱模斜度、制品壁厚、加强肋、园角 、孔 、 支撑面、螺纹 、嵌件 、分型面、标志及花纹等.在设计时应在满足使用要求的基

7、础上,一方面使模具结构尽量简单,另一方面要使制品的几何形状能适应成型工艺的要求. 一. 尺寸精度 1.影响塑料制品尺寸精度的因素 影响塑料制品尺寸精度的因素很多,见表12-1所示,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,从模具设计和制造的角度看,影响塑料制品尺寸精度的因素主要有以下五个方面: 1)模具成型部件的制造误差; 2)模具成型部件的表面磨损; 3)由塑料收缩率波动引起的塑料制品的尺寸误差; 4)模具活动成型部件的配合间隙变化引起的误差; 5)模具成型部件的安装误差. 因模具原因使塑料制品产生的误差为以上误差的总和;制品规定的误差值应大于或等于以上各项因素带来的累计误差.,第二节 塑料制品

8、的结构要素与设计原则,2.尺寸精度和公差的确定 塑料制品的尺寸精度一般是根据使用要求确定的,同时还应考虑塑料的性能及成型工艺的特点.目前我国尚没有塑料制品的尺寸精度和公差的国家标准,表11-2 、 11-3所示分别为原电子工业部制定的塑料制品的尺寸精度等级选用表和尺寸公差标准.,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,二.表面粗糙度 塑料制品的表面粗糙度,除了从工艺上考虑要尽可能避免冷疤、波纹等疵点外,主要从模具的表面粗糙度方面来考虑.一般而言,模具的表面粗糙度要比塑料制品的表面粗糙度低一级. 三.脱模斜度 为了使制品易于从模具内脱出,在设计时必须保证制品的内外壁具有足够的脱模斜度,见表12-4

9、所示,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,四. 制品壁厚 制品各部分壁厚应均匀,避免因收缩不均匀而造成制品变形、缩孔 、凹陷 等缺陷.如果结构上要求具有不同的壁厚时,不同壁厚的比例不应超过1:3,且应采用缓慢过渡. 对热塑性制品的壁厚,一般在14mm,壁厚过大,易产生气泡和凹陷,同时也不易冷却 对热固性制品的壁厚,一般在16mm,壁厚过大,既要增加塑压时间,制品内部又不易压实;壁厚过小,刚度差,易变形.,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,五.加强肋 加强肋的作用是在不增加制品壁厚的条件下提高制品的刚度和强度. 在步骤加强肋时应避免或减少塑料局部集中,否则会产生缩孔、气泡. 六.园角 为了

10、避免应力集中,提高塑料制品的强度,改善融体的流动情况和便于脱模,在制品内外各表面的连接处,均应采用圆弧过渡.,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,七.孔 制品上各种孔的位置应尽可能开设在不减弱制品强度的部位.孔间距、孔边距不应太小,否则,在装配时孔的周围易破裂. 八.支承面 以制品的整个底面作支撑面是不合理的,因为当制品有少许翘曲或变形时,就会使底面不平.生产上常以凸出的底角或凸边来作支撑面.,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,九.螺纹 在塑料制品上直接成型的螺纹不能达到高精度要求,塑料螺纹应选用较大的螺牙尺寸,直径较小时不要选用细牙螺纹,否则会影响使用强度.塑料螺纹的直径不易过小,螺纹

11、的大径不应小于4mm,小径不应小于2mm. 在经常装卸和受力较大的地方不易采用塑料螺纹,而应装入金属质螺纹嵌件.,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,十.嵌件 塑料制品中镶入嵌件的目的是提高制品局部的强度、硬度 、耐磨性 、导电性 、导磁性 ,或增加制品尺寸及形状的稳定性,或者是降低塑料的消耗等.嵌件的材料有金属、玻璃、木材和已成型的塑料等,其中金属嵌件用的最为普遍. 1.金属嵌件的形式 常见形式见表11-20所示.,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,2.金属嵌件设计的基本原则 1)嵌件应尽可能采用圆形或对称形状; 2)嵌件周围的壁厚应足够大; 3)金属嵌件嵌入部分的周边应有倒角,以减少

12、周围塑料冷却时产生的应力集中; 4)嵌件必须可靠定位; 5)嵌件自由伸出的长度不宜超过其定位部分直径的二倍.,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,十一.分型面 模具上用以取出制品及浇注系统的可分离的接触表面称为分型面.在制品设计时要考虑分型面的形状和位置. 1.分型面的形状 应尽量简单,以便于制品脱模和模具的制造.分型面可以是平面、阶梯面或曲面 2.分型面位置的选择原则,第二节 塑料制品的结构要素与设计原则,1)分型面应设在制品最大截面处; 2)分型面应避免在光滑的外表面或带圆弧的转角处; 3)分型面应尽量选在能使制品留在动模内的地方; 4)对于同轴度要求较高的制品,在选择分型面时,可把要求

13、同轴的部分放在分型面的同一侧. 十二.标志和花纹,第三节 橡胶成型,橡胶制品的生产一般要经过混练、成型、硫化等几个工序.橡胶成型的主要方法分为压延成型和压出两种类型. 压延成型 压延是高分子材料薄膜和片材的成型方法,既可用于塑料,也可用于橡胶.用于橡胶时主要生产片材(胶片) 压延过程是利用一对或数对相对旋转的加热辊筒,使物料在辊筒间隙被压延而连续形成一定厚度和宽度的薄型材料. 压延所用设备为压延机.,第三节 橡胶成型,第三节 橡胶成型,二.压出成型 橡胶的压出与塑料的挤出,在所用设备及加工原理方面基本相似. 1.压出成型的特点 压出成型是橡胶加工中的一项基础工艺.其基本作业是在压出机中对橡胶加

14、热与塑化,通过螺杆的旋转,使塑料在螺杆和机筒筒壁之间受到强大的挤压力,不断的向前移送,并借助口型压出各种端面的半成品,以达到初步造型的目的.在橡胶工业中压出的产品很多,如轮胎胎面、内胎、胶管内外层胶、电线、电缆外套和各种异型断面的制品等.,第三节 橡胶成型,2.影响压出成型的因素 1)胶料的组成和性质; 2)压出温度; 3)压出速度; 4)压出物的冷却.,第四节 陶瓷成型,陶瓷制品的生产过程主要包括配料、成型、烧结三个阶段. 在原材料确定之后,陶瓷制品的组织结构和性能主要依靠烧结,而其形状、尺寸 、精度等则主要依靠烧结成型和烧结后的加工.这里主要介绍陶瓷的几种常用的成型方法. 一. 干压成型

15、干压成型是将粉料装入钢模内,通过模冲对粉末施加压力,压制成具有一定形状和尺寸的成型方法.适用于形状简单、尺寸较小的制品.,第四节 陶瓷成型,二.注浆成型 这种成型方法是将陶瓷颗粒悬浮于液体中成为料浆,然后注入多孔模具,由模具中的气孔把料浆内的液体吸出,而在液体内留下坯体. 该方法可制造形状复杂、大型薄壁的制品. 三.热压成型 利用蜡类材料热熔冷固的特点,把粉料与融化的蜡料迅速拌合成具有流动性的料浆,注入金属模,冷却凝固后成型. 四.注射成型,第五节 复合材料成型,复合材料成型工艺的实质和特点主要取决于复合材料的基体.一般情况下其基体材料的成型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 和短纤维为增强体的复合材料. 本节对复合材料成型方法的介绍是以基体材料来分类的. 一. 树脂基复合材料成型 1.热固性树脂复合材料的成型,第五节 复合材料成型,2.热固性树脂复合材料的成型 二.树脂基复合材料成型 1.粉末冶金法 2.热压扩散结合法 3.压铸、离心铸和熔模精铸 三.陶瓷基复合材料成型 1.料浆浸渍热压成型 2.化学气相渗透工艺,