先进材料成型设备现状及发展

材料科学与工程系材料成型设备论文先进材料成型设备现状及发展所在系别：材料科学与工程系专业班级：09材料成型及其控制工程1班姓 名：学 号：指导教师：评定成绩：教师评语：指导老师签名： 年 月 日先进材料成型设备的现状及展望 摘要: 在工业生产中，成型生产已成为工业生产的重要基础和关键环节，在电子、汽车、电器、仪器、仪表、家电和通讯产品中，有60%70%的零部件都要依据模具成形。因此，成型生产技术水平的高低已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志，直接影响着产品生产的质量、效益和新产品的开发能力，在很大程度上决定了一个企业在市场竞争中的反应速度和能力。关键字：材料成形 先进制造 先进设备一、曲柄压力机：曲柄压力机是一种最常用的冷冲压设备，用作冷冲压模具的工作平台。其结构简单，使用方便。 在曲柄压力机中，滑件安装在曲柄轴上，由于曲柄轴的旋转而在一定行程内竖直往复，并且向冲模冲 压工件以成形所需产品。本发明的曲柄压力机包括具有V形缩进部分的滑件以在两边框间进行竖直往复运动；和导轨(G1、G2)，其表面对应缩进部分突出，从 而，滑件可沿边框上的导轨无空隙地上下滑动。 1、构造：包括机身、横置于机身下方的曲轴、两端分别与曲轴和滑块铰接的双连杆、位于连杆上方的滑块、位于滑块下方的工作台板、位于机身下方外侧并通过离合器与 曲轴连接的飞轮、还包括滚珠导向装置。本实用新型双曲柄压力机的滑块和工作台板的长度至少可容纳六个冲压工位，该双曲柄压力机的重心低，机身矮，降低了压 力机的制造成本，改善了现有的曲柄压力机冲模空间的光线条件，有利于操作工操作，便于安装和更换冲模，提高了现有的曲柄压力机组的安全性。滑块的长度可以 保证在一台曲柄压力机上完成冲孔、落料、多次拉伸等多道工序，用一台双曲柄压力机可取代现有的两台曲柄压力机，降低了设备成本。 2、分类：按床身结构形式的不同，曲柄压力机可分为开式曲柄压力机或闭式曲柄压力机； 按驱动连杆数的不同可分为单点压力机或多点压力机； 按滑块数是一个还是两个可分为单动压力机或双动压力机。二、液压机：液压机是一种以液体为工作介质，根据帕斯卡原理制成的用于传递能量以实现各种工艺的机器。液压机一般由本机（主机）、动力系统及液压控制系统三部分组成。液压机分类有阀门液压机，液体液压机，工程液压机。 1、构造：（1）驱动系统液压机的驱动系统主要有泵直接驱动和泵-蓄能器驱动两种型式。泵直接驱动 这种驱动 驱动系统系统的泵向液压缸提供高压工作液体，配流阀用来改变供液方向，溢流阀用来调节系统的限定压强，同时起安全溢流作用。这种驱动系统环节少,结构简单,压强能按所需的工作力自动增减，减少了电能消耗，但须由液压机的最大工作力和最高工作速度来决定泵及其驱动电机的容量。这种型式的驱动系统多用于中小型液压机，也有用泵直接驱动的大型（如120000千牛）自由锻造水压机。 泵蓄能器驱动 在这种驱动系统中有一个或一组蓄能器。当泵所供给的高压工作液有余量时，由蓄能器储存；而当供给量不足于需要时，便由蓄能器补充供给。采用这种系统可以按高压工作液的平均用量选用泵和电动机的容量，但因为工作液的压强是恒定的，电能消耗量较大，并且系统的环节多，结构比较复杂。这种驱动系统多用于大型液压机，或者用一套驱动系统驱动数台液压机。（2）结构型式按作用力的方向区分，液压机有立式和卧式两种。多数液压机为立式，挤压用液 结构压 机则多用卧式。按结构型式分，液压机有双柱、四柱、八柱、焊接框架和多层钢带缠绕框架等型式，中、小型立式液压机还有用C型架式的。C型架式液压机三面敞 开，操作方便，但刚性差。冲压用的焊接框架式液压机刚性好，前后敞开，但左右封闭。在上传动的立式四柱自由锻造液压机中,油缸固定在上梁中,柱塞与活动横梁刚性连接，活动横梁由立柱导向，在工作液的压强作用下上下移动。横梁上有可以前后移动的工作台。在活动横梁下和工作台面上分别安装上砧和下砧。工作力由上、下横梁和立柱组成的框架承受。 采用泵-蓄能器驱动的大、中型的自由锻水压机常采用三个工作缸，以得到三级工作力。工作缸外还设有向上施加力的平衡缸和回程缸。 2、分类按结构形式现主要分为：四柱式、单柱式（C型）、卧式、立式框架、万能液压机等。 按用途主要分为金属成型、折弯、拉伸、冲裁、粉末（金属，非金属）成型、压装、挤压等。 热锻液压机大型锻造液压机是能够完成各种自由锻造工艺的铸造设备，是锻造行业使用最广泛的设备之一。目前有800T、1600T、2000T、2500T、3150T、4000T、5000T等系列规格的锻造液压机。 四柱液压机 该液压机适用于可塑性材料的压制工艺。如粉末制品成型、塑料制品成型、冷（热）挤压金属成型、薄板拉伸以及横压、弯压、翻透、校正等工艺。 四柱液压机可分为四柱两梁液压机、四柱三梁液压机、四柱四梁液压机等。 单臂液压机（单柱液压机） 可扩展工作范围，利用三面空间，加长液压缸行程（可选装），最大可伸缩260mm-800mm，可预置工作压力；液压系统散热装置。 双柱液压机 本系列产品适用于各类零部件的压装、调弯整形、压印压痕、翻边、冲孔及小零件的浅拉伸；金属粉末制品的成型等加工工艺。采用电动控制，设有点动及半自动 循环，可保压延时，并具有良好的滑块导向性，操作方便、易于维修、经济耐用。根据用户的需要可增设热工仪表、顶出缸、行程数显、计数等功能。2.2、分类：按床身结构形式的不同，曲柄压力机可分为开式曲柄压力机或闭式曲柄压力机； 按驱动连杆数的不同可分为单点压力机或多点压力机； 按滑块数是一个还是两个可分为单动压力机或双动压力机。三、塑料挤出机：在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。塑料挤出机经过100多年的发展，已由原来的单螺杆衍生出双螺杆、多螺 杆，甚至无螺杆等多种机型。塑料挤出机（主机）可以与管材、薄膜、捧材、单丝、扁丝、打包带、挤网、板（片）材、异型材、造粒、电缆包覆等各种塑料成型辅 机匹配，组成各种塑料挤出成型生产线，生产各种塑料制品。因此，塑料挤出成型机械无论现在或将来，都是塑料加工行业中得到广泛应用的机种之一。1、构造：塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。（1）挤压系统挤压系统包括螺塑料挤出机(15张)杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。 （1） 螺杆：是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率，由高强度耐腐蚀的合金钢制成。 （2） 机筒：是一金属圆筒，一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软化、熔融、 塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的1530倍，以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。（3） 料斗：料斗底部装有截断装置，以便调整和切断料流，料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。 （4） 机头和模具：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，机头内装有成型模具，机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，均匀平稳的导入模套中，并赋 予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒内塑化压实，经多孔滤板沿一定的流道通过机头脖颈流入机头成型模具，模芯模套适当配合，形成截面不断减小的环形空隙， 使塑料熔体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层。为保证机头内塑料流道合理，消除积存塑料的死角，往往安置有分流套筒，为消除塑料挤出时压力波动，也有 设置均压环的。机头上还装有模具校正和调整的装置，便于调整和校正模芯和模套的同心度。 挤塑机按照机头料流方向和螺杆中心线的夹角，将机头分成斜角机头（夹角120o）和直角机头。 机头的外壳是用螺栓固定在机身上，机头内的模具有模芯坐，并用螺帽固定在机头进线端口，模芯座的前面装有模芯，模芯及模芯座的中心有孔，用于通过芯线，在 机头前部装有均压环，用于均衡压力，挤包成型部分由模套座和模套组成，模套的位置可由螺栓通过支撑来调节，以调整模套对模芯的相对位置，便于调节挤包层厚 度的均匀性，机头外部装有加热装置和测温装置。（2）传动系统传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴承等组成。 而在结构基本相同的前提下，减速机的制造成本大致与其外形尺寸及重量成正比。因为减速机的外形和重量大，意味着制造时消耗的材料多，另所使用的轴承也比较大，使制造成本增加。 同样螺杆直径的挤出机，高速高效的挤出机比常规的挤出机所消耗的能量多，电机功率加大一倍，减 速机的机座号相应加大是必须的。但高的螺杆速度，意味着低的减速比。同样大小的减速机，低减速比的与大减速比的相比，齿轮模数增大，减速机承受负荷的能力 也增大。因此减速机的体积重量的增大，不是与电机功率的增大成线性比例的。如果用挤出量做分母，除以减速机重量，高速高效的挤出机得数小，普通挤出机得数 大。 以单位产量计，高速高效挤出机的电机功率小及减速机重量小，意味着高速高效挤出机的单位产量机器制造成本比普通挤出机低。（3）加热冷却装置加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。 （1） 现在挤塑机通常用的是电加热，分为电阻加热和感应加热，加热片装于机身、机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料，使之升温，以达到工艺操作所需要的温度。 （2） 冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困 难。机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用 风冷比较合适，大型则多采用水冷或两种形式结合冷却；螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量；但在料斗处的 冷却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。2、分类：塑料挤出机按其螺杆数量可以分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。目前以单螺杆挤出机应用最为广泛，适宜于一般材料的挤出加工。双螺杆挤出机由 于具有由摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳定、物料在机筒内停留长，混合均匀 。 单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年业，单螺杆挤出机有了很大的发展。 双螺杆挤出机喂料特性好，适用于粉料加工，且比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁功能，特点是加工热稳定性差的塑料和共混料时更显示出其优越性。在双螺杆挤出机的基础上，为了更容易加工热稳定性差的共混料，现在又开发出多螺杆挤出机，如光华塑料挤出机等。四、塑料注射成型机：注射成型(注塑)是使热塑性或热固性模塑料先在加热料筒中均匀塑化，而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。 注射成型几乎适用于所有的热塑性塑料。近年来，注射成型也成功地用于成型某些热固性塑料。注射成型的成型周期短(几秒到几分钟)，成型制品质量可由几克到 几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。因此，该方法适应性强，生产效率高。 1、分类(1) 排气式注射成型 排气式注射成型应用的排气式注射机，在料筒中部设有排气口，亦与真空系统相连接，当塑料塑化时，真空泵可将塑料中合有的水汽、单体、挥发性物质及空气经 排气口抽走；原料不必预干燥，从而提高生产效率，提高产品质量。特别适用于聚碳酸酯、尼龙、有机玻璃、纤维素等易吸湿的材料成型。(2) 流动注射成型 流动注射成型可用普通移动螺杆式注射机。即塑料经不断塑化并挤入有一定温度的模具型腔内，塑料充满型腔后，螺杆停止转动，借螺杆的推力使模内物料在压力 下保持适当时间，然后冷却定型。流动注射成型克服了生产大型制品的设备限制，制件质量可超过注射机的最大注射量。其特点是塑化的物件不是贮存在料筒内，而 是不断挤入模具中，因此它是挤出和注射相结合的一种方法。(3) 共注射成型共注射成型是采用具有两个或两个以上注射单元的注射机，将不同品种或不同色泽的塑料，同时或先后注入模具内的方法。用这种方法能生产多种色彩和(或)多种塑料的复合制品，有代表性的共注射成型是双色注射和多色注射。(4) 无流道注射成型模具中不设置分流道，而由注射机的延伸式喷嘴直接将熔融料分注到各个模腔中的成型方法。在注射过程中，流道内的塑料保持熔融流动状态，在脱模时不与制品一同脱出，因此制件没有流道残留物。这种成型方法不仅节省原料，降低成本，而且减少工序，可以达到全自动生产。(5) 反应注射成型反应注射成型的原理是将反应原材料经计量装置计量后泵入混合头，在混合头中碰撞混合，然后高速注射到密闭的模具中，快速固化，脱模，取出制品。它适于加工聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、醇酸树脂等一些热固性塑料和弹性体。目前主要用于聚氨酯的加工。(6) 热固性塑料的注射成型 粒状或团状热固性塑料，在严格控制温度的料筒内，通过螺杆的作用，塑化成粘塑状态，在较高的注射压力下，物料进入一定温度范围的模具内交联固化。热固性 塑料注射成型除有物理状态变化外，还有化学变化。因此与热塑性塑料注射成型比，在成型设备及加工工艺上存在着很大的差别。五、压铸机：压铸机就是在压力作用下把熔融金属液压射到模具中冷却成型，开模后得到固体金属铸件的一系列工业铸造机械，最初用于压铸铅字。随着科学技术和工业生产的进步，尤其是随着汽车、摩托车以及家用电器等工业的发展，又从节能、节省原材料诸方面出发，压铸技术已获得极其迅速的发展。1、构造：（1）合模机构 驱动压铸模进行合拢和开启的动作。当模具合拢后，具有足够的能力将模具锁紧，确保在压射填充的过程中模具分型面不会胀开。锁紧模具的力即称为锁模力（又称合型力），单位为千牛（kN），是表征压铸机大小的首要参数。 （2）压射机构 按规定的速度推送压室内的金属液，并有足够的能量使之流经模具内的浇道和内浇口，进而填充入模具型腔，随后保持一定的压力传递给正在凝固的金属液，直至形成压铸件为止。在压射动作全部完成后，压射冲头返回复位。 （3）液压系统 为压铸机的运行提供足够的动力和能量。 (4)电气控制系统 控制压铸机各机构的执行动作按预定程序运行。 (5)零部件及机座 所有零部件经过组合和装配，构成压铸机整体，并固定在机座上。 （6）其他装置先进的压铸机还带有参数检测、故障报警、压铸过程监控、计算机辅助的生产信息的存储、调用、打印及其管理系统等。 （7）辅助装置 根据自动化程度配备浇料、喷涂、取件等装置。2、分类：热室压铸机 冷室压铸机 常规热室压铸机 卧式热室压铸机 立式冷室压铸机 卧式冷室压铸机 全立式冷室压铸机六、成形设备的发展趋势展望 经过百余年的发展，常规成型设备的品种已基本发展成为规格齐全、结构成熟、辅机完整的系列产品。近年来，为满足汽车、国防工业、电子电信、电器等行业的需求，成形设备又取得了惊人的发展，其面貌正在发生根本的变化，总的来说，正朝着精密、高质、高效、节能、低噪声及可持续发展的方向迈进。总的来说，有以下几点：（1） 高自动化，成套成线化。这是现代化生产的必然要求，也是控制技术、物流技术、计算机技术等各个方面综合水平提高的表现。以汽车覆盖件冲压设备为例，有两大发展趋势：一是侧重于柔性生产的高性能压力机生产线配以自动化上下料机械手；而是采用大型多工位压力机。两种工艺类型均体现了锻压机床向高自动化、成套成线化发展的趋势。（2） 节能、精密、高效。这不仅是设备用户的要求，同时也是设备制造商不变的追求，只不过在机床技术日新月异的今天，节能、精密、高效被赋予了更加丰富的内涵。以海天伺服电动机驱动液压系统注射机为例，这种机型利用同步伺服电动机的