材料成型工艺基础课件：非金属材料的成形

非金属材料：除金属以外的工程材料工程上常用：塑料、橡胶、陶瓷、复合材料等。§2陶瓷材料的成形§3复合材料的成形§4粉末冶金成形简介§1高分子材料的成形非金属材料的成形26二月20251高分子材料又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。§1高分子材料的成形一、工程塑料的成形二、橡胶制品的成形26二月20252一、工程塑料的成形塑料制品的简单生产流程图塑料生产塑料制品生产原料树脂塑料塑料制品26二月20253塑料制品生产系统的组成

成形注射成形压制成形挤出成形吹塑成形压延成形发泡成形热成形其它成形机械加工切削抛光转鼓滚光

连接其它修饰涂盖金属彩饰其它焊接粘接机械连接26二月20254（一）注射成形将已加热熔化至粘流状态的塑料喷射注入到模具内，经冷却与固化后，得到成形制品的方法。注射成形过程可分为加料塑化、合模、注射、保压、冷却和脱模六个步骤或分为充模、保压、冷却三个主要阶段。注射成形.rm26二月20255压制成形.rm（二）压制成形热固性塑料压制成形是将粉状、粒状或纤维状的热固性塑料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压，在温度和压力作用下，热固性塑料转为熔融的粘流态，并在这种状态下流满型腔而取得型腔所赋予的形状，随后发生交联反应，分子结构由原来线型分子结构转变为网状分子结构，塑料也由粘流态转化为玻璃态，即硬化定型成塑料制品，最后脱模取出制品。压制成形过程示意图26二月20256（二）压制成形压制成形过程示意图主要优点:可压制较大平面的制品;制件质量均匀、尺寸稳定;缺点:生产周期长，效率低。26二月20257（三）挤出成形挤出成形.rm特点：成形过程连续，生产率高，制品内部组织均衡致密。尺寸稳定性高，模具结构简单，成本低。用于生产棒材、板材、线材、薄膜等连续的塑料型材.。26二月20258吹塑成形.rm（四）吹塑成形吹塑成形的生产过程示意先用挤塑、注塑等方法制出片状或管状型坯，而后在对开模具中借气体压力使闭合在模具中的热型坯吹胀成为中空制品26二月20259将加热变软的塑料板放在模板上，由小孔抽成真空，使薄板密接于模型上，冷卻后即可。此法适用于热塑性塑料，如PE、PP、ABS樹脂等。（五）真空成形凹模真空成形动画凸模真空成形动画凸凹模真空成形影像26二月202510浇铸成形借鉴液态金属浇铸成型的方法。其成型过程是将已准备好的浇铸原料（通常是单体经初步聚合或缩聚的浆状物或聚合物与单体的溶液等）注入一定的模具中并使其固化（完成聚合或缩聚反应），从而获得与模具型腔相吻合的塑料制品。特点：投资小（因浇铸成型时不施加压力，对模具和设备的强度要求不高），产品内应力低，对产品的尺寸限制较小，可生产大型制品。缺点是成型周期长，制品的尺寸准确性较低26二月202511二、橡胶制品的成形(一）橡胶制品的组成①生胶：未加配合剂、骨架材料的天然胶或合成胶。②配合剂：为改善成形工艺性能和使用性能而添加。如硫化剂和硫化促进剂，增塑剂，防老化剂等。③骨架材料：为了提高橡胶制品的承载能力，限制变形，常加入各种纤维，织品、金属丝或金属编织品作为骨架材料。26二月202512②各种橡胶制品的工艺流程基本相同，都须经过塑炼、混炼、成形、硫化这几个基本工序（过程）。（二）橡胶制品的成形特点①橡胶模具成形的模型制品应用最广，品种最多。塑炼----使生胶由强韧的弹性状态转变为可塑性状态混炼----将各种添加剂混入生胶中制成混炼胶硫化----橡胶线型分子链之间形成化学交联二、橡胶制品的成形26二月202513（三）橡胶制品的成形方法1．模压成形将混炼过的,经加工成一定形状和称量过的具有一定可塑性的半成品胶料直接放入敞开的模具型腔中，而后闭合模具,送入平板硫化机中加压、加热，并保持一段时间，胶料在热和压力作用下而硫化成形。适用于生产密封圈、垫片、带嵌件的橡胶制品，如手把、夹布胶带、轮胎，胶鞋等。26二月2025142．注射成形利用注压（射）机的压力，将预热的胶料直接由机筒经喷嘴注入模腔成形、硫化定型的一种生产方法。加料—胶料软化预热—注射—硫化定型—取出制品。工艺过程：26二月202515§2陶瓷材料的成形陶瓷——用天然或人工合成的粉状化合物，经过成形和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料一、陶瓷材料的成形基础二、陶瓷材料的成形方法26二月202516一、陶瓷材料的成形基础1、陶瓷材料的分类可分为新型陶瓷与传统陶瓷两大类主要区别见表4-2应用典型实例：轴承；球阀；压电陶瓷制品；刀剪；26二月2025172、新型陶瓷制品的生产过程(1)配料

按瓷料的组成，将所需各种原料进行称量配制(2)坯料制备

根据不同的成形方法，混合制备成不同形式的坯料，如水悬浮液；热塑性料浆；塑性料；造粒粉料(3)成形

将坯料制成具有一定形状和规格的坯体(4)烧结

对成形坯体进行低于熔点的高温加热

(5)后续加工

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

26二月202518二、陶瓷材料的成形方法26二月202519（一）浇注成形陶瓷原料粉体悬浮于水中制成料浆，然后注入模型内成形1.注浆成形（由模型吸水成坯）a)实心注浆法26二月202520b)空心注浆法多孔质模型（一）浇注成形陶瓷原料粉体悬浮于水中制成料浆，然后注入模型内成形1.注浆成形（由模型吸水成坯）26二月202521c)离心注浆旋转的多孔质模型（一）浇注成形陶瓷原料粉体悬浮于水中制成料浆，然后注入模型内成形1.注浆成形（由模型吸水成坯）26二月202522注浆成形工艺简单，适于制造形状复杂不规则的制品。但劳动强度大，生产周期长，且坯体烧后密度小，机械强度差，收缩、变形大。2.凝胶注模成形①陶瓷细粉加入含分散剂、有机高分子化学单体的水溶液中，调成低粘度、高固相含量（50%以上陶瓷粉）的浓悬浮料浆；②加入聚合固化引发剂,混合均匀；③在料浆固化前将其注入无吸水性的模型内，在引发剂的作用下，料浆中的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。26二月202523（二）压制成形将粒状陶瓷粉料，装入模具内直接受压力而成形1．干压成形a)单向加压b)双向加压（密度分布不均匀）（压坯密度相对较均匀）将造粒制备的团粒(水<6%)，松散装入模具内，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。柱塞模具特点：坯体含水较少,坯体致密度较高，尺寸较精确，烧结收缩小，瓷件力学强度高。适宜生产形状简单、尺寸较小的制品。26二月2025242．等静压成形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a)湿式生产效率不高，主要适用于成形多品种、形状较复杂制品1）冷等静压成形粉料橡胶模高压容器压力传递介质粉料高压容器压力传递介质成型橡胶模加压橡胶b)干式适于压制长型、薄壁、管状制品26二月2025252．等静压成形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2）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，又称热等静压烧结。它用金属箔代替橡胶膜，用惰性气体向密封容器内的粉末同时施加各向均匀的高压高温，使成形与烧结同时完成。与热压烧结相比，该法烧结制品致密均匀，但所用设备复杂，生产效率低、成本高。26二月202526热压(成形)烧结示意图3．热压烧结

把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特点：致密度高但制品形状简单，且生产效率低。26二月202527（三）热压注成形

利用蜡类材料热熔冷固的特点，将配料混合后的陶瓷细粉与熔化的蜡料粘合剂加热搅拌成具有流动性与热塑性的蜡浆，在热压注机中用压缩空气将热熔蜡浆注满金属模空腔，蜡浆在模腔内冷凝形成坯体，再行脱模取件。腊坯在烧结之前，要先埋入疏松、惰性的吸附剂（一般采用煅烧Al2O3粉料）中加热（一般为900～1100℃）进行排蜡处理，以获得具有一定强度的不含蜡的坯体。陶瓷细粉石蜡表面活性物质预热熔化搅拌除气，进热压注机浇成蜡饼存放26二月202528优点：设备较简单，操作方便，模具磨损小，生产效率高；不足：坯体密度较低，烧结收缩较大，易变形；应用：批量生产外形复杂、表面质量好、尺寸精度高的中小型制品。26二月202529挤压成形模具组合图机头机嘴机芯（四）其他成形方法1.挤压成形

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，只需更换挤制机模具的机嘴与机芯，便可由其形成的挤出口挤压出各种形状、尺寸的坯体。适于挤制长尺寸细棒、壁薄管制品26二月2025302.流延成形将陶瓷料浆加入料斗，从下面流到移动的基面上，用刮刀控制厚度，经过干燥炉干燥后形成坯膜。进行切割、切片或打孔，得到坯件。浆料基带料斗干燥炉刮刀坯膜

流延成形是目前制造厚度小于0.2mm超薄型制品的主要方法，如薄膜电子电路配线基片、叠层电容器瓷片、集成电路组件叠层薄片、压敏电阻、磁记忆片等。26二月2025313.轧膜成形

将陶瓷粉料与一定量的有机粘结剂和溶剂混合拌匀后，通过多道轧辊轧制成薄片（轧坯带），在冲片机冲成坯件使用。轧辊加有粘结剂的瓷料轧坯带轧膜成形用于制造批量较大的厚度在1mm以下的薄片状制品，如薄膜、厚膜电路基片、圆片电容器等26二月202532复合材料——由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成的材料。组成：有两类物质：一类作为基体材料，形成几何形状，并起粘接作用（如金属、陶瓷、树脂等），另一类作为增强材料（如一维的纤维、二维的片材、三维的颗粒料）起提高强度和韧性的作用。种类：树脂基复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料等§3复合材料的成形26二月202533手糊法成形示意图树脂（引发剂）手动压辊玻璃纤维增强材料胶衣层脱膜剂模具一、树脂基复合材料成形1、手糊法

不需专用设备，工艺简单，成本低，制品形状和尺寸不受限制。生产率低，质量不稳定。主要用于要求不高的大型制件26二月202534一、树脂基复合材料成形2、喷射成形法

将经过特殊处理而雾化的树脂胶、硬化剂和切短的纤维混合后，利用压缩空气同时喷射到模具表面，至一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，再继续喷射，经固化成形。生产率高，制品无接缝，制品形状和尺寸受限制小，原料浪费少，适合异型制品的成形；产品承载能力低，单面光滑，污染环境，有害工人健康。主要用于不需加压、室温即可固化的不饱和聚脂树脂材料，适于制造船体、浴盆大型部件26二月2025353.袋压成形在手糊成形的制品上，装上橡胶袋或聚乙烯、聚乙烯醇袋，将气体压力施加到还未固化的制品表面而使其成形。提高制品性能26二月202536

4、压注成形通过压力将树脂注入密闭的模膛，浸润其中的纤维织物坯件然后固化成形的方法。其工艺过程是先将织物坯件置入模膛内，再将另一半模具闭合，用液压泵将树脂注入模膛内使其浸透增强织物，然后固化。压注成形的特点是工艺环节少，制件尺寸精度高，外观质量好，一般不需要再加工，但工艺难度大，生产周期长。26二月202537二、金属基复合材料成形1、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。常用于连续制取圆棒、管子和其它截面形状的型材，而且加工成本低。a)毛细管上升法b)压力渗透法c)真空吸铸法26二月2025382、加压浸渍法

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（充满预成形坯体内的微细间隙），冷却凝固形成金属基复合材料制品挤压铸造复合材料工艺过程.swf26二月202539三、陶瓷基复合材料成形1、料浆浸渗法将纤维增强体编织成所需形状，用陶瓷浆料浸渗，干燥后进行烧结。优点：不损伤增强体，工艺较简单，无需模具。缺点：增强体在陶瓷基体中的分布不大均匀。2、料浆浸渍热压成形法将纤维或织物增强体置于制备好的陶瓷粉体浆料里浸渍，然后将含有浆料的纤维或织物增强体布成一定结构的坯体，干燥后在高温、高压下热压烧结为制品。与浸渗法相比，该方法所获制品的密度与力学性能均有所提高。动画26二月202540三、陶瓷基复合材料成形3、气相渗透工艺将增强纤维编织成所需形状的预成形体，并置于一定温度的反应室内，然后通入某种气源，在预成形体孔穴的纤维表面上产生热分解或化学反应沉积出所需陶瓷基质，直至预成形体中各孔穴被完全填满，获得高致密度、高强度、高韧度的制件。26二月202541§4粉末冶金成形简介粉末冶金：制造各种金属（及非金属）粉末和以粉末为原料通过成形、烧结和必要的后置处理制取金属材料和制品的工艺方法。生产工艺过程：制粉与混配料---压制---烧结---后处理粉末冶金.rm26二月202542a）单向压制26二月202543b）双向压制26二月202544c）浮动模压制26二月202545粉末冶金制品示例26二月202546粉末冶金制品示例2气动工具零件26二月202547粉末冶金制品示例3摩擦块和座体气门导管

26二月202548粉末冶金制品示例4摩擦块和座体26二月20254926二月202550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）成形注浆、可塑成形为主注浆、压制、热压注、注射、轧膜、流延、等静压成形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、耐腐蚀和各种敏感特性用途炊、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4-2新型陶瓷与传统陶瓷的主要区别26二月20