工程材料非金属材料的成形

1、第四章第四章 非金属材料的成形非金属材料的成形 本章学习的本章学习的根本目的根本目的是了解高分是了解高分子材料、陶瓷材料、复合材料的主子材料、陶瓷材料、复合材料的主要成形方法及粉末冶金成形的工艺要成形方法及粉末冶金成形的工艺过程。过程。 了解有关成形设备等。了解有关成形设备等。第一节 高分子材料的成形一、工程塑料的成形 塑料塑料以合成树脂或天然树脂为原以合成树脂或天然树脂为原料，在一定温度和压力条件下可塑制料，在一定温度和压力条件下可塑制成形的高分子材料。成形的高分子材料。 多数塑料以合成树脂为基本成分，多数塑料以合成树脂为基本成分，一般含有添加剂（如填料、稳定剂、一般含有添加剂（如填料、稳定

2、剂、增塑剂、色料或催化剂等）。增塑剂、色料或催化剂等）。分类：分类：热塑性塑料热塑性塑料受热呈熔融状态，可反复受热呈熔融状态，可反复 成形加工成形加工热固性塑料热固性塑料成形后成为不熔不溶的材料成形后成为不熔不溶的材料 通用塑料通用塑料聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯聚苯乙烯 （应用广、价便宜）（应用广、价便宜） 工程塑料工程塑料具有较高物理机械性能，应具有较高物理机械性能，应 用于工程技术领域，用于工程技术领域， 常用有常用有ABSABS、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。常用塑料常用塑料1 1、ABSABS 共聚物共聚物（丙烯腈丙烯腈丁

3、二烯丁二烯苯乙烯）苯乙烯）耐化学腐蚀、表面硬度耐化学腐蚀、表面硬度 坚韧坚韧 良好加工性能、良好加工性能、 染色性能染色性能优良的综合性能优良的综合性能缺点缺点热变形温度较低、低温耐冲击性不热变形温度较低、低温耐冲击性不够好，使用范围（温度）够好，使用范围（温度）-40-40 100100应用范围广泛，如齿轮、轴承、泵叶轮、电应用范围广泛，如齿轮、轴承、泵叶轮、电话机、电视机、收录机、洗衣机、电冰箱、话机、电视机、收录机、洗衣机、电冰箱、电子计算机外壳等。电子计算机外壳等。2 2、聚酰胺（俗称尼龙、聚酰胺（俗称尼龙PAPA）主要品种：主要品种： 尼龙尼龙6 6 尼龙尼龙66 66 尼龙尼龙61

4、0 610 尼龙尼龙1010 MC1010 MC尼龙尼龙特点特点较高的机械强度，抗冲击韧性、较高的机械强度，抗冲击韧性、自润滑、耐磨、耐疲劳、耐油性等自润滑、耐磨、耐疲劳、耐油性等不足不足吸水率大，影响产品尺寸稳定吸水率大，影响产品尺寸稳定性，长期连续使用温度性，长期连续使用温度8080左右。左右。3 3、聚碳酸脂（、聚碳酸脂（PCPC） 透明、呈微黄色，突出的机械强度透明、呈微黄色，突出的机械强度和良好的尺寸稳定性、耐蠕变性、和良好的尺寸稳定性、耐蠕变性、耐热性、电绝缘性。耐热性、电绝缘性。内应力大易开裂、高温易水解，内应力大易开裂、高温易水解， 使用温度范围：使用温度范围：-100-100

5、 130130 使用注射成形法加工，也可挤塑成使用注射成形法加工，也可挤塑成型管、片、棒、型材等。型管、片、棒、型材等。4 4、聚甲醛（、聚甲醛（POMPOM） 表面光滑、有光泽的硬而质密的材料表面光滑、有光泽的硬而质密的材料 一种非常重要的工程塑料（均聚甲醛、一种非常重要的工程塑料（均聚甲醛、共聚甲醛）共聚甲醛） 使用温度范围使用温度范围-40-40 100100 广泛应用于汽车工业、机械制造业、广泛应用于汽车工业、机械制造业、精密仪器、电子工业等。精密仪器、电子工业等。5 5、聚四氟乙烯（、聚四氟乙烯（PTFEPTFE） “塑料王塑料王”-200-200下仍能保持韧下仍能保持韧性，性，26

6、0260下能长期连续使用，下能长期连续使用， 主要用于耐化学腐蚀、耐磨密主要用于耐化学腐蚀、耐磨密封件和电绝缘方面。封件和电绝缘方面。 6 6、聚苯醚（、聚苯醚（PPOPPO） 最小的吸水性和很高的软化温度，最小的吸水性和很高的软化温度，长期连续使用温度长期连续使用温度-40-40 150150，但，但易发生应力开裂易发生应力开裂 7 7、聚乙烯（、聚乙烯（PEPE） 8 8、聚丙烯（、聚丙烯（PPPP） 9 9、聚苯乙烯（、聚苯乙烯（PSPS） 通用塑料、价格便宜，使用广泛通用塑料、价格便宜，使用广泛9 9、环氧树脂（、环氧树脂（EPEP） 热固性树脂热固性树脂1010、聚氨脂（、聚氨脂（P

7、URPUR） 泡沫塑料应用最多泡沫塑料应用最多1111、酚醛树脂（、酚醛树脂（PFPF） 最早被人工合成的塑料材料最早被人工合成的塑料材料 塑塑件件的的生生产产顺顺序序 常用的注塑成形、挤塑成形、常用的注塑成形、挤塑成形、压制成形、中空成形、真空成压制成形、中空成形、真空成形、缠绕成形等。形、缠绕成形等。一、注射成形一、注射成形 又称又称注塑成形注塑成形是将热塑性塑料或某些热固性塑料是将热塑性塑料或某些热固性塑料加工成零件的重要加工方法。加工成零件的重要加工方法。主要设备主要设备塑料注射成形机、塑料注射成形机、 塑料注射成形模具塑料注射成形模具 塑料注射成形基本动作塑料注射成形基本动作a）合模

8、注射）合模注射 b）注射保压及塑件冷却）注射保压及塑件冷却 c）螺杆预塑与顶出塑）螺杆预塑与顶出塑件组成：组成： 注射装置注射装置使塑料在螺杆和料筒之间使塑料在螺杆和料筒之间均匀受热、熔融、塑化成塑料熔体均匀受热、熔融、塑化成塑料熔体合模装置合模装置完成塑料注射模具的开、完成塑料注射模具的开、 闭，锁紧模具闭，锁紧模具液压传动装置液压传动装置电气控制系统电气控制系统 注射装置注射装置螺杆、料筒、料斗、螺杆、料筒、料斗、喷嘴、计量装置、螺杆传动装置、喷嘴、计量装置、螺杆传动装置、注射油缸、注射座移动油缸等。注射油缸、注射座移动油缸等。 合模装置合模装置模板、拉杆、合模模板、拉杆、合模机构、油缸、

9、制品顶出装置、安机构、油缸、制品顶出装置、安全门全门工作过程：工作过程：闭模和锁模闭模和锁模注射注射塑料熔体注入模具型腔（图塑料熔体注入模具型腔（图a a ）保压保压（图（图b b ）冷却和预塑化冷却和预塑化脱模脱模（图（图c c ）更换模具，可在注射机上生产不同的注射件更换模具，可在注射机上生产不同的注射件侧向抽芯的塑料注射模具（下图）侧向抽芯的塑料注射模具（下图） 注注 ：影响成形和制品性能的重要影响因素：影响成形和制品性能的重要影响因素 注射温度注射温度 模具温度模具温度 注射压力注射压力 保压时间保压时间 注射成形可制造各种形状复杂的注注射成形可制造各种形状复杂的注塑件（几克到几千克）

10、生产率高，较塑件（几克到几千克）生产率高，较高的精度，是工程塑料加工主要成形高的精度，是工程塑料加工主要成形方法方法 （二）压塑成形（二）压塑成形也称也称压制成形压制成形或或模压成形模压成形设备设备液压机、压塑成形模具液压机、压塑成形模具 主要用于主要用于热固性塑料热固性塑料的成形的成形（如酚醛树脂、密胺树脂）（如酚醛树脂、密胺树脂） 成形原理成形原理塑料原料直接加入高塑料原料直接加入高温的压塑模具型腔和加料室中，然温的压塑模具型腔和加料室中，然后将模具闭合，原料在后将模具闭合，原料在热和压力热和压力作作用下用下熔融流动，充满型腔熔融流动，充满型腔树脂树脂与固化剂发生与固化剂发生化学交联化学交

11、联反应，在型反应，在型腔中固化、定型成制品腔中固化、定型成制品固化定型固化定型后打开模具后打开模具取出制品。取出制品。压制成形示意图压制成形示意图1.1.压塑成形工艺过程压塑成形工艺过程2.2.压塑压塑及及模具模具3.3.模具的种类：模具的种类： 溢流式溢流式、不溢式不溢式、半溢式半溢式 压塑模具与注射模具相似，但无浇注压塑模具与注射模具相似，但无浇注系统，只有一加料室。系统，只有一加料室。注射成形注射成形高温、高压的塑料熔体进入高温、高压的塑料熔体进入 型腔型腔压制成形压制成形凸、凹模对原料施加压力，凸、凹模对原料施加压力， 迫使塑料在型腔流动，强度要求高。迫使塑料在型腔流动，强度要求高。

12、注注 压制成形主要压制成形主要控制因素控制因素 成形压力、模压温度、加料量成形压力、模压温度、加料量部分热固性塑料成形压力及温度部分热固性塑料成形压力及温度 适合适合成形流动性较差的、布基、成形流动性较差的、布基、纤维填充的热固性塑料。纤维填充的热固性塑料。 但生产周期长，效率低，不适合形但生产周期长，效率低，不适合形状复杂、精度高的制品。状复杂、精度高的制品。（三）挤出成形 用来生产管材、棒材、板材、型材、薄用来生产管材、棒材、板材、型材、薄膜膜 一条挤出生产线包括一条挤出生产线包括挤出机、挤挤出机、挤出模具、冷却定型装置、牵引装置、切割出模具、冷却定型装置、牵引装置、切割或卷取装置、控制系

13、统或卷取装置、控制系统 1.1.挤出成形工艺过程挤出成形工艺过程 2.2.挤出成形设备挤出成形设备挤出机：挤压系统挤出机：挤压系统螺杆、料筒、料斗螺杆、料筒、料斗 传动系统传动系统 加热、冷却系统加热、冷却系统螺杆是挤出机关键部件螺杆是挤出机关键部件塑料挤出模具是挤出成形的关键工装，塑料挤出模具是挤出成形的关键工装，机头是挤出模具的主要部分机头是挤出模具的主要部分 注注 ：挤出成形的基本工艺参数：挤出成形的基本工艺参数 挤出机料筒温度、挤出机料筒温度、 挤出模具温度、挤出模具温度、 冷却定型温度、冷却定型温度、 挤出机螺杆转速、挤出机螺杆转速、 牵引速度牵引速度（四）中空成形（四）中空成形 也

14、称吹塑成形（源于古老的玻璃吹瓶工艺）也称吹塑成形（源于古老的玻璃吹瓶工艺）类型：挤出吹塑成形类型：挤出吹塑成形常用常用 注射吹塑成形注射吹塑成形 挤出中空吹塑挤出中空吹塑成形示意图成形示意图 中空成形模具一般为两瓣对合的中空成形模具一般为两瓣对合的模具，应开设排气槽模具，应开设排气槽（在分型面或模具（在分型面或模具“死角死角”处）处） 注注 ：重要控制：重要控制工艺参数工艺参数: : 挤出温度挤出温度 挤出速度挤出速度 压缩空气压力压缩空气压力 （五）真空成形（五）真空成形 也称也称吸塑成型吸塑成型将热塑性塑料板材、片材夹持，固定在模具将热塑性塑料板材、片材夹持，固定在模具辐射加热器加热（软化

15、温度）辐射加热器加热（软化温度）真空泵抽真空泵抽空气空气在大气压作用下，板材拉伸变形，贴在大气压作用下，板材拉伸变形，贴合到模具表面合到模具表面冷却后定型为制品冷却后定型为制品适用于适用于成形包装制品（如药品包装、成形包装制品（如药品包装、一次性餐盒）一次性餐盒） 常用材料常用材料聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、 ABSABS等等（六）浇注成形（六）浇注成形铸塑铸塑 借助金属浇注方法借助金属浇注方法成型时将尚未聚合的原料单体（液状或浆状）与成型时将尚未聚合的原料单体（液状或浆状）与固化剂、填料等按比例混合均匀固化剂、填料等按比例混合均匀注入浇注模具，注入浇注模具，完成聚合反

16、应完成聚合反应固化为塑料制品固化为塑料制品: :静态浇注法。静态浇注法。特点特点不需或很少施加压力，对模具、设备要不需或很少施加压力，对模具、设备要 求低，求低， 适合于生产大型制品、用机械切削加工的单件适合于生产大型制品、用机械切削加工的单件塑料制品塑料制品 注注 ：静态浇注静态浇注使用的塑料品种主要有使用的塑料品种主要有MCMC尼龙、环氧树脂、有机玻璃等。尼龙、环氧树脂、有机玻璃等。 静态浇注法：原料固化剂填充剂静态浇注法：原料固化剂填充剂（比例、混合）（比例、混合）浇注模具中聚合反应浇注模具中聚合反应固化固化塑件塑件 此外，还有此外，还有离心浇注、流延铸塑、搪塑、离心浇注、流延铸塑、搪塑

17、、滚塑滚塑等。等。二二 橡胶制品的成形橡胶制品的成形（一）生胶的塑炼 高弹性可塑性 生胶的塑炼工艺：烘胶 切胶 破胶 1.开放式炼胶机塑炼 2.密封式炼胶机塑炼 （二） 胶体的混炼 各种添加剂+生胶（三）橡胶的模压成形 准备工作 模压成形 （四）橡胶的注射成形 喂料塑化 注射保压 硫化出模第二节 陶瓷材料的成形一、陶瓷材料的成形基础1.陶瓷材料的分类2.新型陶瓷制品的生产过程 配料 坯料制备成形 烧结 后续加工二、陶瓷材料的成形1.浇注成形 注浆成形 凝胶注模成形（二）压制成形1.造粒2.压制方法（干压成形、等静压成形、热烧结成形）（三）热压注成形 （四）挤压成形和注射成形第四节 粉末冶金成形简介一、粉末冶金的特点与应用1.粉末冶金的特点：1）可制造金属与金属、金属与非金属的复合材料。2）可制成难熔合金或难熔金属及