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1、第六章 常用非金属材料的成形,第一节 塑料的成型 第二节 工程陶瓷的成形 第三节 橡胶的成形,第一节 塑料的成型,一、工程塑料的一般工艺性能 二、热塑性塑料和热固性塑料的工艺特性 三、塑料制品的成型与连接 四、塑料零件的结构工艺性 五、注射成型设备与工艺,一、工程塑料的一般工艺性能,1.吸湿性 2.流动性 3.结晶性 4.热敏性 5.收缩性,1.吸湿性,塑料的吸湿性是指其吸湿或粘附水分的性能。将塑料按照其对水分的亲疏程度来分类，可分为两类：具有明显的吸湿或粘附水分倾向的塑料，如有机玻璃、ABS等；基本不吸湿也不粘附水分的塑料，如聚乙烯、聚氯乙烯等。 水分的存在对吸湿性塑料的成型有很大影响：当塑
2、化温度高于100C时，水分将汽化，从而导致制品内产生气泡，外观出现水迹，制品强度也因此而降低；有些塑料在高温下会发生水解反应，从而影响制品的外观质量，降低机械强度，或者因树脂起泡、粘度下降而使成型过程变得困难。因而，在对吸湿性塑料进行成型加工前，必须进行干燥处理，将其含水量控制在允许的范围内。,2.流动性,塑料的流动性指在一定的温度和压力的作用下，能够充满模腔各个部分的性能。塑料的流动性不好，充型就差，所需施加的成型压力就大。例如，流动性差的塑料在注射成型时就难以充满模腔，需施加的注射压力也较大；但流动性过大会导致注射成型时的“溢边”现象，对制品产生挤压而使之变形。因此，在成型过程中，必须适当
3、地控制塑料的流动性。 塑料的流动性受以下因素的影响：树脂分子的大小与结构、填料增塑剂和润滑剂。具有线型分子结构、没有或很少有交联结构的树脂的流动性最好。加大填料，会使塑料的流动性变差，加入增塑剂和润滑剂，可以提高塑料的流动性。,3.结晶性,塑料的结晶性是指结晶型塑料具有结晶现象的性质。结晶型塑料(如聚乙烯、聚甲醛等)是相对于无定型塑料(如有机玻璃、ABS等)而言的。塑料的结晶性常用其结晶度的大小来表征，它是确定塑料成型工艺条件时必须考虑的因素之一。结晶型塑料成型时，如果温度高，熔融体的冷却速度慢，制品的结晶度大，则其密度大，硬度高、刚性好，抗拉和抗弯等性能好，耐磨性及耐腐性等均能提高；反之，如
4、果熔融体的冷却速度快，制品的结晶度小，则可使其获得较好的柔软性、透明性、较高的伸长率和冲击强度等性能。,4.热敏性,有些塑料，如聚氯乙烯、聚甲醛等，对热较为敏感。当将其较长时间置于较高温度下时，就会发生解聚、分解、变色等现象。塑料的这种性质称为热敏性。为了避免出现这类缺陷，在对热敏性塑料进行成型加工时，必须正确控制温度和受热时间，恰当选用加工设备，或在塑料配方中加入稳定剂。,5.收缩性,塑料在成型及冷却过程中发生体积收缩现象的性质称为收缩性。塑料的收缩性不仅取决于塑料的品种，还与其成型方法、工艺条件、添加剂的种类与数量、制品厚度、是否有金属嵌件等因素密切相关。,二、热塑性塑料和热固性塑料的工艺
5、特性,1.热塑性塑料的工艺特性 2.热固性塑料的工艺特性,1.热塑性塑料的工艺特性,1)以玻璃态或固态存在时，可以采用机械加工方法(如车削、铣削、钻削、刨削等)进行加工。 2)以热弹性态或革状态存在时，可以采用各种不同的成型工艺进行加工，如吹塑法、真空成型法等。 3)以橡胶态或液态存在时，常采用挤压或注射成型法加工。,2.热固性塑料的工艺特性,热固性塑料的稠度与性能不因温度的升高而发生明显变化，只有当温度很高时，它才发生化学分解而破坏。 热固性塑料的成型一般在非固化态或半固化态下进行，也可以在固态下通过机械加工方法进行。,三、塑料制品的成型与连接,1.注射成型 2.挤压成型 3.压制成型 4.
6、吹塑成型 5.真空成型 6.浇铸成型 7.连接,1.注射成型,注射成型的工艺过程和金属压铸工艺类似。粒状材料被送至注塑机的料筒里加热熔化至流动状态，在高压下注入闭合的模具里固化成型。这一过程由加料、塑料熔融、注射、制件冷却和制件脱模等五个步骤组成。 注射成型生产率高，成本低。根据零件尺寸的大小不同，其尺寸精度可达(0.10.5)mm。这种工艺广泛应用于制造热塑性塑料制品，如玩具、罐头盒、包装箱、泵、螺旋桨、盖子、仪表壳等。近年来，在热固性塑料的成型中，也有采用注射成型的。,2.挤压成型,将粉状或粒状的塑料送至挤压机的料筒中，使其加热和压缩，并通过预热的挤压模固化成型。产品在脱离挤压模时，用空气
7、或水冷却，使其获得足够的强度。 挤压是一种既经济又高效的成型工艺，广泛用于生产管材、棒材、片材、板材、薄膜、丝、电线与电缆外面的绝缘层等。当对产品公差要求严格时，可在其刚刚挤好脱离挤压模时增加校准加工工序(即精成型)，以提高制品的尺寸精度。 挤压主要用于热塑性塑料的成型。通过采取一些特殊措施，热固性塑料也可挤压成型。挤压还可用于粉末造粒、塑料染色、树脂掺和、填充混料等场合。,3.压制成型,压制成型方法分为模压法和层压法两种：模压法是将树脂与添加剂混合料置于金属模具中加热、加压一定时间，以得到所要求形状的塑料制品的工艺方法；层压法是将玻璃布、棉布等材料浸上树脂，一层一层叠放，经过一定时间的加热、
8、加压后，使树脂固化，互相粘接而成制品的工艺方法。 压制成型工艺主要用于加工热固性塑料制品，如电气设备材料、绝缘零件、滑轮、手柄、杆等。,4.吹塑成型,将用挤压法或注射法得到的熔融状塑料型坯切断后置于模具中，吹入压缩空气使材料膨胀贴在模腔内壁上，冷却后即成为所需的中空制品。 吹塑成型仅适用于利用热塑性塑料生产薄壁空心制品。,5.真空成型,真空成型是利用热塑性塑料在受热后可以软化的特性，通过真空作用，将软化塑料片或板吸附于模具上，冷却后即得到成型制品的工艺方法。 真空成型工艺的优点是设备(包括模具)比较简单，可以生产大型制品。其缺点是制品厚度不太均匀，不能制造复杂形状的制品。 真空成型是热塑性塑料
9、最简单的成型方法之一，主要用于生产杯、盘、箱壳、盒、罩、盖等薄壁敞口制品。,6.浇铸成型,将液态塑料浇注至预先制好的模型中，使之在常温或加热条件下逐渐固化，成为具有所要求形状的塑料制品的工艺方法称为塑料的浇铸成型法。 塑料的浇铸成型通常包括以下几个阶段：制模或造型(包括制芯)、材料的熔化、浇注和“凝固”。 浇铸成型主要用于热固性塑料，但部分热塑性塑料也可采用浇铸成型。浇铸成型工艺在工业上应用很广，可以制造短棒、管、玩具、工艺品、仪表壳、手柄、钻模及板料成型模具(如拉深模等)。,7.连接,(1)焊接 塑料焊接是凭借热的作用，使两个塑料制件的表面同时达到熔融状态，从而使它们连接成一体。 (2)粘接
10、 塑料粘接是在粘合剂的作用下，将两个塑料制件连接在一起的加工方法。,四、塑料零件的结构工艺性,(1)脱模斜度 由于塑料冷却产生收缩，会使制件紧紧地包住模具型芯或型腔中凸出的部分，为了顺利地从模具中取出制件或从制件内取出型芯，在设计塑料零件时，必须考虑有足够的脱模斜度。 (2)壁厚 塑料零件的壁厚应力求均匀、厚薄适当。 (3)加强肋 采用加强肋不仅可以提高塑料制品的强度和刚度，而且使其成型时易充满型腔，还可以减少加工成型时的翘曲变形。 (4)圆角 塑料制品的内、外表面的转折处都应有圆角。 (5)孔的设计 设计孔时应注意：孔壁附近要有足够的强度，一般情况下孔与壁边或孔与孔的距离应不小于该孔直径；尽
11、可能用通孔；应尽量使模具简单，有利于脱模。,四、塑料零件的结构工艺性,(6)嵌件 为了提高塑料制品的机械强度与寿命，常常在塑料制品中嵌以金属嵌件，如螺母、金属杆等。,五、注射成型设备与工艺,1.塑料注射成型机 2.塑料模具 3.注射成型工艺,1.塑料注射成型机,(1)合模装置 它主要由模板、拉杆、合模机构及液压缸、制品顶出装置、安全门等组成。 (2)注射装置 一般由螺杆、料筒、料斗、喷嘴、计量装置、螺杆传动装置、注射液压缸和注射座移动液压缸等组成。 (3)液压传动和电气控制系统 其作用是保证注射机按工艺过程的动作程序和预定的工艺参数(压力、速度、温度、时间等)的要求准确有效地工作。,1.塑料注
12、射成型机,图2-6-1 往复螺杆式塑料注射成型机的组成 1合模装置 2注射装置 3电气控制系统 4液压传动系统,2.塑料模具,塑料模具也是注射成型的重要工装之一，典型的塑料模具如图2-6-3所示。塑料模具一般包括型腔、浇注系统、合模导向装置、侧向分型抽芯机构、脱模机构、排气结构、加热冷却装置等部分。更换模具，就可在注射机上生产出不同的注塑件。,3.注射成型工艺,图2-6-3 带横向分型抽芯的模具 1动模底板 2支架 3动模垫板 4型芯 固定板 5型芯 6滑块 7斜导柱 8压 紧块 9定模板 10浇口杯 11制品 12导向柱 13动模板 14拉斜杆 15顶杆 16顶出板 17顶出底板,3.注射成
13、型工艺,表2-6-1 注射加工中容易出现的问题及解决办法,3.注射成型工艺,表2-6-1 注射加工中容易出现的问题及解决办法,3.注射成型工艺,表2-6-1 注射加工中容易出现的问题及解决办法,第二节 工程陶瓷的成形,一、工程陶瓷制品的工艺过程 二、工程陶瓷的成形方法,一、工程陶瓷制品的工艺过程,(1)原料 工程陶瓷的原料都是粉体。 (2)坯料制备 根据陶瓷制品品种、性能和成形方法的要求、以及原材料的配方和来源等因素，可选择不同的坯料制备工艺流程，一般包括有煅烧、粉碎、除铁、筛分、称量、混合、搅拌、泥浆脱水、练泥与陈腐等多道工艺。 2.成形方法 3.工程陶瓷的烧结,2.成形方法,坯料配制好后，
14、即可加工成形。有关成形的各种方法，将在下面详细介绍。,3.工程陶瓷的烧结,(1)烧结的一般概念 多晶陶瓷材料，其性能不仅与化学组成有关，还与材料的显微结构密切相关。 (2)工程陶瓷的烧结方法 正确选择烧结方法是获得理想结构及预定陶瓷性能的关键。,(1)烧结的一般概念 多晶陶瓷材料，其性能不仅与化学组成有关，还与材料的显微结构密切相关。,2Z6Z5.tif,图2-6-5 烧结过程示意图,(2)工程陶瓷的烧结方法 正确选择烧结方法是获得理想结构及预定陶瓷性能的关键。,1)低温烧结。 2)热压烧结。 3)气氛烧结。,二、工程陶瓷的成形方法,1.可塑成形法 2.注浆成形法 3.干压成形法,二、工程陶瓷
15、的成形方法,图2-6-6 旋压和滚压成形示意图 a)旋压 b)滚压 1坯料 2样板刀 3石膏模型,1.可塑成形法,这是一种最古老也最广泛使用的成形方法。它是在外力作用下，对具有可塑性的坯料泥团进行加工，使坯料产生塑性变形，从而制成生坯。按其操作方法不同，可塑成形可分为雕塑、印坯、拉坯、旋压和滚压等种类，目前使用最广泛的是旋压和滚压两种。图2-6-6所示分别为旋压和滚压两种成形方法的原理图。,2.注浆成形法,图2-6-7 空心注浆和实心注浆操作过程示意图 a)空心注浆 b)实心注浆,3.干压成形法,干压成形是利用压力，将干粉坯料在模中加压成致密坯件的一种成形方法。由于干压成形的坯料水分少、压力大
16、、坯体致密，因此能获得收缩小、形状准确、易于干燥的生坯。干压成形、等静压成形和热压成形，都是新出现的成形方法。其中干压成形过程简单，产量大，缺陷少，并便于机械化，对成形形状简单的小型坯件，有广泛的应用价值。,第三节 橡胶的成形,一、橡胶的成形工艺过程 二、橡胶的加工成形方法,一、橡胶的成形工艺过程,橡胶件的制造一般包括下列几个工序：原材料的准备混合成形硫化，即 混 炼橡胶塑炼 配合剂粉碎及干燥成形硫化模压和冲压(硫化) 橡胶的塑炼是利用在较高的温度下氧的作用或较低温度下的机械作用，使橡胶分子裂解而使分子量变小，将高弹态的橡胶转变成有塑性成形性能的塑炼胶的工艺过程。天然橡胶的塑炼通常用机械塑炼法在炼胶机上进行。炼胶机是由两个反向转动而转速不同的空心滚筒构成的。切好的橡胶碎片在炼胶机的两个滚筒之间受到扯裂、摩擦和挤压，并同时受到空气中氧的作用，橡胶分子发生裂解，因而塑性急剧增加。在塑炼中变软的橡胶紧贴在转速慢的滚筒上，形成橡胶片。塑炼的温度和时间依橡胶品种而定，天然橡胶为40C、1520m
