材料成形技术基础课件

第一章绪论

1.1材料成形技术过程形态学模型简介

I）产品一一产品技术一一“做什么”一一设计

过程过程技术“怎么做”工艺

2）成形过程可概括地定义为加工工件材料性能的变化，包括几何形状、硬度、状态、信息（形状

数据）等的变化。任何一种机械产品产生性能变化都是材料、能量、信息三个根本要素方面的变化。本

书主要讨论材料的加工过程以及加工过程中材料的性能变化和几何形状的改变，或两者兼有之。

材料过程分为：贯穿过程一一质量不变过程；

发散过程---质量减少过程；

收敛过程一一质量增加过程；

能量过程分为：模具系统（或工具系统）一一描述能量是如何加于加工工件材料（或传递能量与

传递信息）的传递媒体

设备系统一一描述设备提供的能量特点和所用能量的种类

信息过程分为：形状信息过程一一最终形状信息可看成为加工工件材料初始形状信息

与制造过程中所施加的形状变化信息之和

性能信息过程（如强度、硬度）一一是材料初始性能信息过程和通过各种过程材

料产生的性能变化之和

1.2现代制造过程分类

1）质鼠不变过程

加工材料在过程初始时的质量等于或近似等于加工材料在过程结束时的最后质量，也就是说材料在

一定的受控条件下改变了几何形状。

质量不变过程大体可分为三个典型阶段：第一阶段，如加热、熔化等，它是由一些使加工件材料形

状或性能发生初步变化而处于适当状态的根本过程组成；第二价段，由一些产生要求加工工件形状或性

能变化的根本过程组成，如铸造、锻压等；第三阶段，由一些使加工件处于指定最终状态的根本过程组

成，如凝固等。其中第二阶段的根本过程是主要根本过程。

质量不变过程主要包含：凝固成形、塑性成形、粉末压制等。

2）质量减少过程

质量减少过程的特点是零件最终的几何形状局限在材料的初始几何形状内。也就是说，形状改变是

通过去除一局部材料形成的。

质量减少过程主要包含：切削加工、电火花加工、等离子弧切割、火焰切割，电解加工等。

3）质量增加过程

质量增加过程的特征是加工材料在过程开始时的质量比过程结束时的最终质量有所增加。

装配与连接本身不是信息传递过程，在某种程度上可以把焊接、粘接过程归并为质量增加过程，也

可以把紧固件固紧的紧固方法归并为质量增加过程。

第二章液态材料铸造成形技术过程

金属液态成形（铸造〕:将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷

知后，获得所需形状和尺寸的毛坏或零件的方法。

液态成形的优点：

（1）适应性广，工艺灵活性大（材料、大小、形状几乎不受限制）

(2)最适合形状复杂的箱体、机架、阀体、泵体、缸体等

(3)本钱较低(铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近)

主要问题：组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致

铸件力学性能，特别是冲击性能较低。

分类：铸造从造型方法来分，可分为砂型铸造和籽种铸造两大类。

第一节金属及合金的铸造成形技术过程特征及理论根底

一、熔融合金的流动性及充型

液态合金充满型腔是获得形状完整、轮廓清晰合格铸件的保证，铸件的很多缺陷都是

在此阶段形成的。

(一)熔融合金的流动性

1.流动性液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力，

称为液态合金的流动性。

流动性差：铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等缺陷。

流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。

螺旋形流动性试样衡量合金流动性，在常用铸造合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸

钢的流动性最差。

2.影响合金流动性的因素

(1)化学成份纯金属和共晶成分的合金，由于是在恒温下进行结晶，液态合金从表层逐

渐向中心凝固，固液界面比拟光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时Z共晶成分合金的

凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好；其它成分的合

金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界

面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，流动性越

差。

（2）铸型及浇注条件铸型的结构越复杂、导热性越好，合金的流动性就越差。提高合金

的浇注温度和浇注速度，以及增大静压头的高度会使合金的流动性增加。浇注温度：铸钢

1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃。

（二）影响熔融合金充型的条件

铸型的温度低、热容量大，充型能力下降；铸型的发气量大、排气能力较低时，会使

合金的充型能力下降；浇注系统和铸件的结构越复杂，合金在充型时的阻力越大，充型能

力下降；提高浇注速度、浇注温度和增加直浇道的高度会使合金的充型能力提高。

二、液态合金的收缩

（一）收缩的概念

液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。收缩能使铸

件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。

合金的收缩经历如下三个阶段

（1）液态收缩（2）凝固收缩（3）固态收缩

合金的收缩率为上述三个阶段收缩率的总和。

体收缩率：因为合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，故常用单位体积收缩

量来表示。

线收缩率：合金的固态收缩不仅引起体积上的缩减，同时还使铸件在尺寸上减小，因此常

用单位长度上的收缩量来表示。

（二）铸件的缩孔和缩松

1.缩孔和缩松的形成

假设液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足，那么在铸件的最后凝固部位会形

成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。

构;

2）铸件壁厚的变化对金属的力学性能均有影响.

3）铸件的最小壁厚必须结合零件的复杂程度，尺寸大小,材料以及制造技术来确定；

4）简化模型设计;

5）易于造型及合理确定分型面，尽量减少采用型心，便于落沙清理；

6）考虑浇注的特点

7）充分考虑材料的不同特性

二）铸件的结构要素设计

合理的铸件结构要素可以消除许多铸造缺陷.为保证获得符合品质的铸件，对铸件结构

要素的设计应考虑如下方面：

1）铸件的最小壁厚

在一定铸造条件下，铸造合金液能充满铸型的最小厚度称为该铸造合金的最小壁

厚

2）铸件的临界壁厚

如果铸件的壁厚超过临界壁厚,铸件的承载能力并不按比例地随着铸件厚度的增

加而增力口，而是显著的下降.

3）铸件的内壁厚度

设计时应使铸件内壁壁厚小于外壁厚度.

4）铸件壁的过渡和连接

5）肋

6）铸造斜度

非加工面上的铸件壁的内外两侧，沿起模方向设计适当的斜度,即结构斜度.

7）凸台

三）适宜铸造技术的铸件结构设计及几何形状特征

铸件结构和几何形状特征不仅应有利于保证铸件品质，而且应考虑模型制造、造型、

制芯、合型和清理等操作方便，以利简化液态铸造成形技术过程，稳定产品品质，提高生

产串和降低本钱。因此，在铸件结构设汁中应强调：

1）简化或减少分型面的铸件结构设计及几何形状特征

2）减少型芯总数量的铸件结构设计及几何形状特征

铸件的内腔一般用型芯形成，这就增加制芯工时和技术装备，面且使铸型装配复杂

化和增加铸件的清理工作量。因此，设汁的铸件应尽量不用或少用型芯

3）方便起棋的铸件结构设计及几何形状特征

合理地设计凸台、肋等.可以方便起模和减少铸型的损坏。因此，设计出来的铸件

结构应方便起模

4）合利于型芯的固定和排气的铸件结构设计及几何形状特征

为了保证铸件的尺寸精度.防止偏芯和气孔等铸造缺陷，铸件的设计结构应有利于型

芯的固定和排气，尽量防止悬臂型芯、吊芯及使用芯撑的设计结构。

5）防止变形和裂纹的铸件结构设计及几何形状特征

由于铸造成形过程中铸造应力的作用，某些铸件因结构不合理而易发生变形和裂纹。

所以，在设计榜件时，应尽且采用不易产生变形和裂纹的结构

6）有利于防止夹渣、气孔产生的铸件结构设计及几何形状特征对于壳体铸件的结构，

设计时应采用不易产生夹渣、气孔的结构

7）有利于铸件清理的铸件结构设计及几何特征

铸件的清理工作包括清砂、切割浇冒口、去除飞边毛刺、打磨修正等。这局部的工作

量大、劳动条件差。因此，铸件轮廓的设计采用有利于清砂、有利于切割冒口和减少设置

冒口的结构

四）适宜铸造合金性能的铸件结构设计及几何形状特征

为保证和提高铸件的品质，铸件结构设计及几何形状除满足结构要素和铸造技术要求

外，还必须满足铸造合金的材质特点以及凝固特点等来进行设计。

第三节金属的熔炼

熔炼是液态金属铸造成形技术过程中的一个重要环节，与铸件的品质、生产本钱、

产量、能源消耗以及环境保护等密切相关。在熔炼这一环节中，多种固态金屑妒料（废钢、

生铁、回炉料、铁合金.有色金同等）按比例搭配装入相应的熔妒中加热熔化，通过一系列

冶金反响，转变成具有一定化学成分和温度的符合铸造成形要求的液态金屑。

根据所熔炼合金的特点，熔炼大概可分为铸铁熔炼、铸钢熔炼和有色金属熔炼。

根据熔妒的特点又可分为冲天妒熔炼、电弧炉熔炼、感应电炉熔炼和

增锅（电阻、煤气、天然气、抽等加热）熔炼等

第四节浇注与冷凝

~1）浇注

金属熔化后，液态金属通过浇注系统充填铸型型腔的过程称为浇注过程。要获得健全

完好、力学性能符合要求的铸件是与许多因素有关的。其中一个重要的因素是将液态金属

注入铸型型腔的方法（即浇注方法）。浇注方法可以用充填或浇注压力（包括浇注温度、浇注

速度）和浇注系统等囚素来表述。

浇注压力可分为高压、低压和重力（常压）浇注。高压浇注适用于薄的截面且对品质要求

较高的铸件；同时，其对铸型材料的强度要求也较高。高压或低压浇注通常要求使用寿命

较长的永久性金属铸型。但有些材料，如石墨也可用于低压浇注时的铸型材料。

浇注系统是铸型中液态金属流人铸型型腔的通道，正是由于依靠挠注系统才能将液态金

局以适当的速度和温度输送到铸型的型腔中去。也可以这样说，挠注系统的主要功能是：

将铸型型腔与浇包连接起来，并乎稳地导人液态金属；挡渣及排除铸型型腔中的空气及其

他气体；调节铸型与铸件各局部的温度分布以控制铸件的凝固顺序；保证液态金属在最适

宜的时间范围内充满铸型，不使金属过度氧化，有足够的压力头，并保证金属液面在铸型

型腔内有必要的上升速度等。

它主要由挠口杯、宜浇道、横浇道和内挠道组成.

常用的关于浇注系统的分类方法有两种：其一是根据各组元间断面比例关系的不同，即

限流断面位置不同，可分为封闭式和开放式挠注系统：其二，是按内挠道在铸件上的相对

位置不同，将挠注系统分成顶注式、中间注入式、底注式和阶梯注入式等几种类型。

概括起来，对浇注过程的根本要求是：

应有设计合理的浇注系统及适宜的浇注温度和浇注速度。

对设计合理的浇注系统较重要的要求是：

应尽可能阻止熔渣、气体、氧化物及非金属夹杂物吸附或央附进入铸型型腔。

应尽可能防止铸型型腔和型芯被冲蚀。

应尽可能降低浇注温度。

应尽可能在正确部位以适宜的速度把金属液引人铸型型腔，减少铸件的缩孔（松）和变形。

应尽可能减少烧注系统占用的金属，以到达节约液态金属的目的。

二）金属的冷凝

浇注入铸型型胶的液态金属，随温度的降低，将经历由液态向固态的转变过程，即凝

固过程。凝固是金属材料一种重要的相变过程。

金属的凝固包括晶核的形成及晶体的长大两过程。

熔液体积收缩是导致铸件在最后凝固局部产生缩孔、缩松的根本原因，而固态收缩是铸

件变形、产生内应力和裂纹的主要原因。对于灰铸铁，因石墨化膨胀较大.从而使其体积

收缩减小，因而很少出现缩孔、缩松缺陷。对于体积收缩较大的铸造铁一碳合金，如铸钢、

球墨铸铁，可锻铸铁及前述铸造非铁合金铸件，缩孔、缩松缺陷经常发生。

铸型中能储存一定金属液（同铸件相连接在一起的液态金属熔池）补偿铸件收缩，以防止

产生缩孔和缩松缺陷的专门技术“空腔”，被称为冒口。

冒口的主要作用是“补缩铸件二此外还有集渣和通、排气作用。要到达补缩的目的

，减少缩孔、缩松等缺陷对铸件性能特别是力学性能的影响，冒口必须满足以下最根本条

件,否则不可能起到补缩作用”。

凝固时间应大于或等于铸件（或铸件上被补缩局部）的凝固时间。

有足够的金属被补充铸件（或铸件上被补缩局部）的收缩。

与铸件上被补缩部位之间必须存在补缩通道。

应指出的是：在设计冒口时，应保证铸件品质，注意节约金属液、提高补缩效率。

冷铁是用来控制铸件凝固最常见的一种激冷物。

第五节铸造成形技术过程

1）砂型铸造

以型（芯）砂为主要造型材料制各铸型的铸造技术方法叫砂型铸造。常用的砂型有湿型、

干型、外表干型和各种化学硬化砂型（自硬砂型）.

在砂型铸造中，造型、制芯技术是最根本的工序，选择适宜的造型、制芯方法和正确

地进行造型、制芯技术操作对提高铸件品质、降低生产本钱，提高生产率都有十分重要的

意义。按照紧实型砂和起模方法的不同可分为手工造型（芯）和机器造型（芯）两大类。

砂型铸造的特点是：适应性广，技术灵活性大，不受零件的形状、大小、复杂程度及

金属合金种类的限制。生产准备较简单。但生产的铸件其尺寸精度较差及外表粗糙度高；

铸件的内部品质也较低；在生产一些特殊零件（如管件、薄壁件）时，技术经济指标较低。

2）特种铸造

在砂型铸造的根底上，通过改变铸型的材料、浇注方法、液态金属充填铸型的形式或

铸件凝固条件等因素，又形成了多种铸造成形过程有别于砂型铸造的技术方法一“特种铸

造”。它包括：铭模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造等。

特种铸造的技术特点是：铸件的尺寸精度较高，外表粗糙度低。在生产一些结构特殊的

铸件时，具有较高的技术经济指标，使铸造生产到达不用砂或少用砂的目的，降低了材料

消耗，改善了劳动条件；使生产过程易于实现机械化、自动化。但特种铸造适应性差，生

产准备工作量大，需要复杂的技术装备。因此，特种铸造技术（陶瓷型铸造除外）一般适用于

大批大量生产。

第3章固态材料塑性成形过程

3.1概述

金属固态塑性成形过程，简称金属成形过程（又叫金属压力加工），它是指在外力作用下,

便金属材料产生预期的塑性交形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工

方法。

金属成形过程通过改变固态金属原有的形状和尺寸而得到所需的形状和尺寸，因而金

属成形过程的成形原理属质量不变的“固态成形”。任何固态材料本身都具有一定的形状和

大小，固态成形就是要改变固体原来的形状和大小，从而获得预期的形状和尺寸。因此，

要实现金属材料的固态成形，必须要有两个根本成形条件，即：

1）被成形的金属材料应具备一定的塑性；

2）要有外力作用于固态金属材料上。

可见，金属的固态成形受到内外两方面因素的制约，内在因素即金属本身能否进行固

态形变和可形变的能力大小，外在因素即需要多大的外力，另外，外界条件（如温度等）对内

外因素有相当大的影响，且成形过程中雨因素相互影响。

由上述可知，所有在外力下产生塑性变形而不破坏的材料，都有可能进行质量不变的

固态成形。低、中碳钢及大多数有色金屈的塑性较好，都可进行塑性成形加工，而铸铁、

铸铝台金等脆性材料，塑性很差，不能或不宜进行塑性成形。

工业中实现质量不变的金属固态成形方式多种多样，主要的金属塑性成形方法有;

1）轧制

2）挤压

3）拉拔

4）自由锻造

5）模型锻造（又叫模锻）

6）板料冲压

按金属固态成形时的温度，其成形过程分为两大类：

1）冷变形（乂叫冷成形）过程冷变形是指金属在进行塑性变形时的温度低于该金屈的再

结晶温度。

2）热变形（又叫热成形）过程热变形是指金屑材料在其再结晶温度以上进行的塑性变

形。

3.2金属塑性成形过程的理论根底

要对金属进行固态塑性成形，那么须对金属在工业上实现这类过程的可能性及局限性作

出正确的评价，以便于掌握和运用这类过程。

3.2.1金属塑性变形的能力

金属塑性变形的能力又称为金属的可锻性，它指金屑材料在塑性成形加工时获得优质毛

坯或零件的难易程度。金属的可锻性好，说明该金属适合于塑性加工成形；可锻性差，说

明该金属不宜于选用塑性成形加工。

可锻性常用金属的塑性指标（延伸系数和断面减缩律）和变形抗力来综合衡量，塑性指标

越高，变形抗力越低，那么可锻性越好。金属可锻性的优劣受金属本身性质和变形加工条

件

的综合影响。

1）金属木身的性质

（1）化学成分的影响、（2）内部组织的影响

2）变形的加工条件

（1）变形温度的影响、（2）变形速度的影响、（3）应力状态的影响

3.2.2金后塑性变形的根本规律

⑴体积不立定律

金属固态成形加工中金属变形后的体积等于变形前的体积.称为体积不变定理（又叫质

量恒定定理）。

⑵最小阻力定律

金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动，称为最小阻力定律。

3.3锻造方法

金属塑性成形过程的选择和实施，与材料、成形件的几何形状、过程的实施条件（压力、

温度、速度等）有密切关系。锻造方法在机械制造中用来生产各类高强度、高韧度的毛坯或

半成品，它充分利用热变形的优点。常用的锻造方法有自由锻、模锻和胎模锻造。

3.3.1自由锻造

自由锻造（又称自由锻）是利用冲击力或压力使金局材料在上下两个砧铁之间或锤头与

砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程。

3.3.2模型锻造

模型锻造包括模锻和缴锻，它是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内，然后施加冲

击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的锻造成形过程。

3.3.3胎模锻造

胎模锻造是在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种称为胎模的单膛模具，将己

加

热的坯料用自由银方法预锻成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。它广泛

应用于中、小批量的中、小型锻件的生产。与自由锻相比，胎模银具有锻件品质较好（外表

光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、生产率高和节约金属等优点。与固定锻模的校锻相比，

胎模锻具有操作比拟灵活、胎模模具简单、容易制造加工、本钱低、生产准备周期短等优

点。它的主要缺点有：胎模锻件比模锻件外表品质较差、精度较低、所留的机加工余量大、

操作者劳动强度大、生产串和胎模寿命较低等。

3.4扳料成形方法

板料成形（又叫板料冲压）是利用压力装置和模具使板材产生别离或塑性交形,从而获

得成形件或制品的成形方法。金属板料的厚度一般都在6M以下，且通常是在常温下进行,

故板料成形又常称为冷成形［冷冲压）。只有当板料厚度超过8M时，才采用热成形。

日前，儿乎所有制造金属制品的工业部门中，都广泛地采用板料成形，特别是在汽

车、自行车、航空、电器、仪表、国防、日用器皿、办公用品等工业中，板料成形占有重

要位置。由于板料成形模具较复杂，设计和制作费用高、周期长，故只有在大批量生产的

情况下，才能显示其优越性。

板料成形用的原材料，特别是制造杯状和钩环状等零件的原材料，须具有足够好的

塑性。常用的金属材料有低碳钢、高塑性合金钢、钢、铝、镁合金等，非金属材料如石棉

扳、硬橡皮、绝缘纸等也广泛采用板料成形。

冷成形（冷冲压）过程的一般流程为；

3.4.1板料别离过程

别离过程是使坯料一局部相对于另一局部产生别离间得到_L件或者料坯。如落料、冲

孔、切断、修整等。

（1）落料与冲孔

落料和冲孔又统称为冲裁。落料和冲孔是值坯料按封闭轮廓别离。这两个过程中坯

料变形过程和模具结构相同，只是用途不同。落料是被别离的局部为所需要的工件，而留

下的周边局部是废料；冲孔那么相反。为能顺利地完成冲裁过程，要求凸模和凹模都应有

锋利的刃口，且凸模与凹模之间应有适当的间隙Z

冲裁件品质、冲裁模结构与冲裁时扳料的塑性变形有关。

凸凹模间院亿）凸匹模间隙不仅影陶冲裁件断面品质，且影响模具寿命、卸料力、

冲裁力、冲裁件尺寸精度等。

间隙过小，凸模刃口附近的剪裂纹较正常间隙时向外错开，上下裂纹不能很好重合,

导致毛刺增大。间隙过大，凸模刃口附近的剪裂纹较正常间隙时向内错开，因此光亮带

小一些，剪裂带和毛刺均较大。

凸、凹模刃口尺寸确定设计落料时，凹模刃口尺寸即为落料件尺寸，然后用缩小

凸模刃口尺寸来保证间隙值。设计冲孔模时，凸模刃口尺寸为孔的尺寸，然后用扩大凹

模刃口尺寸来保证间隙值。

冲裁力的计算冲裁力是选用设备吨位和检验模具强度的一个重要依据。i一算准确，

有利于发挥设备的潜力。计算不准确，那么有可能使设备超载而损坏，严重时造成事故。

Q）切断

切断是指用剪刃或冲模特板料或其他型材沿不封闭轮廓进行别离的工序。切断用以制取

形状简单、精度要求不高的乎板类工件或下料。

⑶修整

如果零件的精度和外表蛆糙要求较高，那么需用修整工序将冲裁后的孔或藩科件的周边

进行修整，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪型带和毛刺，以提高冲裁件的尺寸

精度和降低外表组糙度。

3.4.2板料成形过程

成形过程是使坯料发生塑性交形而成一定形状和尺寸的工件。主要有拉深、弯曲、翻

边、成形等。

⑴拉深

拉深是将平板板料放在凹模上，冲头推压金属料通过凹模形成杯形工件的过程。

(2)弯曲和卷边

弯曲是用模具把金属坯料弯折成所需形状的过程。

卷边也是弯曲的一种。板材经卷边成形可做成较接耳，起加固和增强作用且美观

(3)翻边

翻边是在带孔的坯料上获得凸绕的过程

(4)成形、收口。

成形是利用局部变形使坯料或半成品改变形状的过程。

(5)滚弯(含卷板)

滚弯是板料(工件)送入可调上辑与两个固定下短间，根据上下幅的相对位置不同，对板施

以连续的塑性弯曲成形。

3.4.3冲模的分类及构造

冲模是板料成形(冲压)生产中必不可少的模具。冲模结构是否合理对冲压生产的效率和

模具寿命等都有很大关系。冲模按根本构造可分为简单模、连续模和复合模三类。

(1)简单模

简单模是指在曲柄压力机(乂叫冲床)的一次行程中只能完成一个过程的冲模。

(2)连续模

把两个以上冲压JJ中安排在一块模板上，冲压设备在一次行程内可完成两个或两个

以上的冲压工序的冲模。这种冲模提高了生产率。

(3)复合模

在冲压设备的一次行程中，在模具同一部位同时完成效道冲压工序的冲模。

3.4.4板料冲压件结构技术特征

板料冲压件通常都是大批量生产的，因此冲压件的设计不仅要保证它的使用性能要求，

且还应具有良好的冲压结构技术特征。这样才能易于保证冲压件品质，减少板料的消耗，

延长模具使用寿命，降低本钱及提高生产率等。

冲压件的设计应注意以下事项：

1)冲压件的精度和外表品质

2)冲压件的形状和尺寸

3.5其他塑性成形简介

随着科技和工业的不断开展，对根底生产过程提出了越来越高的要求*不仅要求生产的

毛坯质优，生产效宰高、消耗低、无污染，且要求能生产出切削加工置少的毛坯甚至直接

生产出零件。近年来，在塑性成形加工方面出现了不少新技术，如零件的挤压、馄轧成形、

超塑性成形、摆动辗压、液态模锻等。并且这些技术还在不断地开展。

第4章粉末压制和常用复合材料成形过程

4.1粉末压制成形过程

粉末压制（这里主要指粉末冶金）是用金属粉末（或者金属和非金属粉末的混合物）做原

料压制成形后烧结而制造各种类型的零件和产品的方法。

粉末压制的特点：

1）能够生产出其他方法不能或根难制造的制品。可制取像难熔、极硬和特殊性能的材

料，

例如：鸨丝、硬质合金、磁性材料、高温耐热材料等；又能生产净形和近似净形加工的

优质机械零件，如：多孔含油轴承、精密齿轮、摆线泵内外转子、活塞环等。

2）材料的利用率很高，接近100%。

3）虽然用其他方法也可以制造，但用粉末冶金法更为经济。

4）一般说来，金属粉末的价格较高，粉末冶金的设备和棋具投资较大，零件几何形状

受一定限制，因此粉末冶金适宜于大批量生产的零件。

4.1.1金属粉末的制取及其特性

（1）金属粉末的制取

金属粉末的生产有多种方法，其中主要有：矿物复原法，雾化法，机械粉碎祛等。

1）矿物复原法制取粉末矿物复原法是金属矿石在一定冶金条件下被复原后，得到

一定形状和大小的金属料，然后将金属料经粉碎等处理以获得粉末。

2）电解法是采用金属盐的水溶液电解析出或熔盐电解析出金属颗粒或海绵状金属

块，再用机械法进行粉碎。

3）雾化法是将熔化的金属液通过喷射气流（空气或惰性气体）、水蒸汽或水的机械

力和急冷作用使金属熔液雾化，而得到金属粉末。

4）机械破碎法中最常用的是钢球或硬质合金球对金属块或粒原料进行球磨，适宜于

制各一些脆性的金属粉末，或者经过脆性化处理的金屑粉末（如经过氢化处理变

脆的钦粉）。

（2）金属粉末的特性

金属粉末的特性对粉末的压制、烧结过程、烧结前强度及最终产品的性能都有重

大影响。

金属粉末的根本性能包括：化学成分、粒径分布、颗粒形状和大小以及技术特征

等。

1）化学成分粉末的化学成分通常指主要金属或组分、杂质及气体的含量。

2）颗粒形状和划、颗粒形状是影响粉末技术特征（如松装密度、流动性等）的因素

之通常，粉粒以球状或粒状为好。

3）粒度分布指大小不同的粉粒级别的相对含量，也叫粒度组成。粉末粒度组成的

范围广.那么制品的密度高，性能也好，尤其对制品边角的强度尤为有利。

4）技术特征粉末的成形技术特征主要有：松装密度、流动性、压制性

4.1.2粉末配混

粉末配混是根据产品配料计算并按特定的粒度分布把各种金属粉末及添加物（如润滑

剂等）进行充分地混合，此工序通过混粉机完成。

4.1.3压制成形

粉末的压制成形是主要且根本的工序。它的过程包括称粉、装粉、压制、保压及肥

模等。

压制成形的方法有很多，如钢模压制、流体等静压制、三向压制、粉末锻造、挤压、

振动压制、高能率成形等。常用的有：钢模压制、流体等静压制、三向压制

4.1.4压坯烧结

烧结是粉末压制技术的关键性过程之一，只有通过正确的烧结，制品才能获得所要

求的力学与物理性能。在烧结过程中，通过高温加热发生粉粒之间原子扩散等过程，使压

式中粉粒的接触面结合起来，成为坚实的整块。烧结过程在专用的烧结炉中进行。主要技

术因素为烧结温度、保温时间与炉内气氛。

4.1.5烧结后的其他处理或加工

对于一些要求较高的粉末冶金制品，烧结后还需要进行其他处理与加工，以满足要求

1）渗透（又叫熔渗）

2）复压

3）粉末金属锻造

4）精压

5）其他后续处理：粉末冶金制品有一些后续工序，如含油轴承的浸油处理，以及机械

加工、喷砂处理，有时还须进行一些必要的热处理等。

4.2粉末压制产品及应用

4.2.1粉末压制机械结构零件

粉末压制机械结构零件又称烧结结构件，这类制品在粉末冶金工业中产量最大、应用

面最广。

在现今汽车工业中广泛采用粉末压制制造零件。烧结结构件总产量的60%—70%用

于汽车工业，如发动机、变速箱、转向器、起动马达、刮雨器、减震器、车门锁等中都

使用有烧结零件。

4.2.2粉末压制轴承材料

（1）多孔含油轴承材料

是一种利用粉末压制材料制作的多孔性浸渗润滑油的减磨材料，用作轴承、衬套等。

常用的有铁一石墨和青铜一石墨含油轴承材料。

⑵金属塑料减摩材料

这是一种具有良好综合性能的无油润滑减摩材料。

4.2.3多孔性材料及因擦材料

⑴多孔性材料

粉末压制多孔性材料制品有过滤器、热交换器、触煤以及一些灭火装置等。

（2）摩擦材料

摩擦材料用来制作刹车片、离合器片等，用于制动与传递扭短。

4.2.4硬质合金

硬质合金是将一些难熔的金属碳化物（如碳化铛、碳化钛等）和金属粘结剂（如钻、

锲等）粉末混合，压制成形，并经烧结而成的一类粉末压制制品。由于高硬度的金属碳化物

作为基体，软而韧的钻或银起粘结作用，使硬质合金既有高的硬度和耐磨性，又有一定的

强度和韧度。

硬质合金硬度高，热硬性好，耐磨性好，用硬质合金制作刀具，寿命可提高5—

8倍，切削速度比高速钢高十几倍。硬质合金还能加工硬度在50HRC左右的较硬材料及较

难加工的奥氏体耐磨钢和不锈钢等韧性材料。但是，由于硬质合金硬度太高且又较脆，很

难进行机械加工。因而，常将硬质合金制成一定规格的刀片，镇焊或装夹刀体.匕使用。硬

质合金还广泛用于制作模具、量具和耐磨零件等。

硬质合金有三类；

1）鸽钻类（YC）

2）铝锈钻类（YT）

3）鸨钮类（Yw）

4.2.5粉末压制钢结硬质台金及高速钢

4.2.6耐热材料及其他材料

4.3粉末压制零件或制品的结构特征

结构技术特征就是指制品的结构是否适应所采用的成形过程或制造方法，使制品在整个生

产过程中到达优质、高产、低耗。

粉末压制成形零件结构设计的一些根本原则：

①压制件应能顺利地从压模中取出

②应防止压制件出现窄尖局部

③零件的壁厚应尽量均匀，台肩尽可能的少，高［长）宽（直径）比不超过2.5（厚壁零件

不超过4）压制成形中压坯密度的均匀性，很大程度上影响到压坯烧结后的性能。

④制品的尺寸精度及外表粗糙度

4.4陶瓷制品成形过程简介

陶瓷制品是人类最早使用的制品，它的生产已经有许多个世纪了。早期的陶瓷器是由

粘土、长石、石英等天然原料制成的。在古代文化时期，发现了粘土加水后具有相当的可

塑性，而且能模压成形，成形后的器件在太阳下晒干，再置于炉中假烧便硬固。这些制品

通常称为传统陶瓷（乂称普通陶瓷），现在一般也把其归属为硅酸盐产品。

现代陶瓷的独特之处是具有精确控制的组成和结构，并且可设计成比传统陶瓷更能满

足某些应用的要求。

现代陶瓷制品的成形属粉末或颗粒状材料成形，其成形过程与粉末压制的相同（可以说

粉末压制是沿用了陶瓷的技术），主要工序都是粉末制备一成形一烧结，设备、工装、技术

标准等都相同或相似。在粉末特性、烧结理论、制品（零件）的结构技术特征、产品品质控

制及检测等方面，现代陶瓷也与粉末压制相同或相似.

在技术方面，现代陶包技术和粉末压制技术相互结合，互相渗透，并共同开展了许多新

技术，例如，粉末制备方法中的化学气相沉积、气相冷凝法、气相化合物热分解法、液相

化学沉淀法；成形烧结过程中的热压法、热等静压法、爆炸法等。另外，现代陶瓷技术还

吸收了其他相邻技术，例如高分子材科的注射成形、粉浆灌注等。

4.5常用复合材料成形过程简介

目前，各类复合材料中使用最多且最重要的是纤维复合材料。故这里主要简介制造机

器构件的纤维复合材料成形过程。

4.5.1纤维制取方法

纤维复合材料中的纤维，主要使用的有玻璃纤维、碳纤维、砌纤维、陶瓷纤维和

金属细丝对它们的制取方法大致有如卜几种：熔体抽丝法、热分解法、拔丝法、气相

沉积法。

4.5.2纤维复台材料成形方法

复合材料均是基体材料与增强物组合起来而形成的。用纤维复合材料制作制品

的成形方法按基体材料在成形时的状态主要分为二大类：

1）固态法

即纤维复合材料中的基体与增强物（短纤维、晶须、颗粒等）在成形过程中均处于

固体状态。此法是将基体材料或箔与增强物按设计要求以一定的含量、分布、方向

混合排布在一起，置于模具中，再经加热加压使基体与增强物复合粘结而制成（纤维）

复合材料零件或制品。

2）液态法

即基体材料在成形时处于熔融状态，与固体增强物复合后，通过基体材料的固化或凝

固而获得复合材料零件或制品的方法。此法中，因基体在熔融态时流动性好，在一

定的外界条件（可以是单独的热作用，也可以是热和压力复合作用）下容易进入增强

物间隙中，故液态法在纤维复合材料成形过程中应用较多。

第五章固态材料的连接过程

固态材料的连接可分为永久性的或非永久性的两种。永久性连接主要通过焊接和粘接

过程实现。非永久性连接过程使用特制的连接件或紧固件（如钾钉、螺栓等）将零件连接起来。

本章主要讨论固态材料的永久性连接成形根本过程的原理和方法。

5.1焊接成形过程

将别离的金属用局部加热或加压等手段，借助于金属内部原子的结合与扩散作用牢固

地连接起来，形成永久性接头的过程称为焊接。

5.1.1焊接成形过程特性和理论根底

（1）焊接方法的分类及其特点

从焊接过程的物理本质考虑，母材可以在固态或局部熔化状态下进行焊接，影

响焊接的主要因素有压力及温度。在液态下进行焊接时，母材接头被加热到熔化温

度以上，它们在液态下相互熔合，冷却时便凝固在一起。这就是熔化焊接.

在固态下进行焊接时，又有两种方式。第一种方式是利用压力将母材接头焊接，

加热只起着辅助作用，有时不加热，有时加热到接头的高塑性状态惠至使接头的外

表薄层熔化，这便是压力焊接。第二种方式是在接头之间参加熔点远较母材低的合

金，局部加热使这些台金熔化，借助于液态合金与固态接头的物理化学作用而到达

焊接的目的，这便是钎焊。钎焊用的合金称为钎焊合金（钎料）。

熔化焊接由于加热方式及熔炼方式的区别，可以有以下几种主要类型：气焊、

电弧焊、电渣焊、真空电子束焊接、激光焊

压力焊由于加热方式的不同，可以有以下几种主要类型：电阻焊、摩擦焊、冷

压焊、扩散焊、超声波焊接。

2）电弧焊的冶金过程及特点

1）电弧焊的冶金过程电弧焊时，焊接区各种物质在高温下相互作用，产生一系列变化

的过程称为电弧焊冶金过程。手工电弧焊的冶金过程，电弧在焊条与被焊工件之间

燃烧，电弧热使工件和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属液滴借助重力和电弧气体

吹力的作用不断进入熔池中。电弧热使焊条的药皮熔化（或燃烧），与熔融金属起物理、

化学作用，形成的熔渣不断从熔池中浮出。药皮燃烧所产生的二氧化碳气流围绕电

弧周围，熔渣和气流可防止空气中的氧、氮等侵入，从而保护熔池金属不与其他物

质发生化学反响。电弧焊的治金过程同电弧炉冶炼金属相似，在熔池中进行着一系

列的物理与化学反响过程。

2）电弧焊的冶金过程特点电弧焊焊接钢材的过程是进行熔化、氧化、复原、造渔、精

炼和渗合金等一系列物理化学的冶金过程。焊接的治金过程与一般治炼过程比拟，

有以下特点：

①焊接电弧和熔池金属的温度高于一般的冶炼温度，金属蒸发、氧化和吸气现象严重。

②熔池体积小，周围又是温度较低的冷金属，因此，熔池处于液态的时间很短，冷却速度

快，不利于焊缝金属化学成分的均匀和气体、杂质的排除.从而产生气孔和夹渣等

缺陷。

3）焊接接头的金属组织和性能

熔化焊接是在局部进行的、短时高温的冶炼、凝固过程。这种冶金和凝固过程是

连续进行的；与此同时，周围来熔化的基体金属受到短时的热处理。因此，焊接过程

会引起焊接头组织和性能的变化，直接影响焊接接头的品质。

熔化焊的焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。

焊接热影响区在焊接过程中是不可防止的。低碳钢焊接时因其塑性很好，热影响

区较窄，危害性较小，焊后不进行处理就能保证使用。但对重要的钢结构或用电渣焊

焊接的构件，那么必须充分注意到热影响区带来的不利影响，要用焊后热处理方法以

消除焊接热影响区。对碳素钢与低合金钢构件，可用焊后正火处理来消除热影响区，

以改善焊接接头的性能。

4）焊接应力与变形

焊接过程会使焊件产生应力，从而引起变形，甚至裂纹。如果变形严重而又无法

矫正，就会使焊件报废。因此，在设计和制造焊接结构时，应尽力防止产生超过允许

数值的变形量和尽量减少焊接应力。

焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀的加热，是产生焊接应力和变形的根本原

因。

当焊接材料因刚性缺乏，承受不了焊接应力就会产生变形，通过变形来削弱应力。

如果焊接应力超过焊接材料的强度极限，焊接件不仅发生变形，而且还会产生裂纹。

尤其是低塑性树料更易开裂。

焊接变形的根本形式有：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形

防止和减少焊接变形的措施要防止和减少焊接变形，主要从焊接结构设计和焊接

过程两方而来采取措施。

焊接生产中，焊前即使采用了预防变形的措施，但焊后仍可能产生超过允许值的

变形，为确保焊件的形状和尺寸要求，需要对己产生变形进行矫正。焊接变形的矫正

实质上就是使焊件结构产生新的变形，以抵消焊接时已产生的变形。

减少与消除焊接应力的措施：选择合理的焊接顺序、焊前预热、加热“减应区”、

焊后热处理

5.1.2熔化焊接

利用热源局部加热的方法，将两工件接合处加热到熔化状态，形成共同的熔池，

凝固冷却后，使别离的工件牢固结合起来的焊接称为熔化焊。熔化焊适合于各种金属

材料任何厚度焊件的焊接，且焊接强度高，囚而获得广泛应用。

熔化焊包括电弧焊、电渣焊，气焊等。

(1)手工电弧焊

1)焊接过程利用电弧作为焊接热源的熔焊方法称为电弧焊。用手工操纵焊条进

行焊接的电弧焊方法，称为手工电弧焊。

2)焊条

①焊条的组成和作用电焊条由金属焊芯和药皮两局部组成。

焊芯在焊接时起两个作用：一是作为电源的一个电极，传导电流、产生电弧；

二是熔化后作为填充金属，与母材(根本金属)一起形

成焊缝金属。

焊条芯外表的涂树称为药皮。它是;夬!焊缝品质的主要因家之一，在焊接过程

中，药皮的主要作用是：提高电弧燃烧的稳定性,

防止空气对熔化金属的有害作用，保证焊缝金屑

的脱氧和参加合金元素，以提高焊缝金属的力学

性能。

根据药皮中熔渣酸性氧化物和碱性氧化物匕例不同，焊条又分为酸性焊条和碱

性焊条两大类。熔渣以酸性氧化物为主的焊条，称为酸性焊条；熔渣以碱性氧

化物为主的焊条，称为碱性焊条。

3)焊条的选用原则

①根据母材的化学成分和力学性能

②根据焊件的工作条件与结构特点

③根据焊接设备、施工条件和焊接技术性能

(2)埋弧自动焊

埋弧自动焊是电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊接方法。

(3)气体保护电孤焊

气体保护电孤焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧

焊。

(4)电渣焊

电灌焊是利用电流通过液态熔渣时所产生的电阻热作为热源的一种熔化焊接

的方法。

(5)电子束焊、激光焊

1)电子束焊电子束焊是利用加速和聚焦的电于束，轰击置于真空或非真空中的焊件所

产生的热能进行焊按的方法

2)激光束焊激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。

5.1.3压焊

(1)电阻焊

电阻焊又称接触焊，它是利用电流通过焊接接头的接触面时产生的电阻热将焊件局部

加热到熔化或塑性状态，在压力下，形成焊接接头的压焊方法。

电阻焊按接头形式的不同，可分为点焊、缝焊、对焊三种。

1)点焊点焊是利用拄状钢合金电极.在两块搭接焊件接触面之间形成焊点，而将

工件连接在一起的焊接方法。

2)缝焊缝焊的焊接这程与点焊相似，只是用转动的圆盘状电极取代点焊时所用的

柱状电极，焊接时，圆盘状电极压紧焊件并转动，依靠摩擦力带动焊件向

前移动.配合断续通电，形成许多连续并彼此重叠的焊点，焊点相互重叠

约50%以上。

3)对焊对焊是把焊件装配成对接的接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至

塑性状态，然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法。

(2)摩擦焊.

摩擦焊是利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，将工件端面加热到塑性状态，然

后在压力下使金属连接在一起的焊接方法。

5.1.4钎焊

钎焊是利用熔点比焊件金属低的钎料作填充金屑，适当加热后，钎料熔化将处于固态

的焊件粘接起来的一种焊接方法。

(1)钎焊过程

钎焊过程是将外表清洗好的焊件以搭配形式装配在一起，把钎料放在装配间隙

内或间隙附近，然后加热，使钎料熔化(焊件未熔化)并借助毛细管作用被吸入和充满

固态焊件的间隙之内，被焊金属和钎料在间隙内进行相互扩散，凝固后，即形成钎

焊接头。

(2)钎焊的分类

根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊两大类。

(3)钎焊的特点及应用

与一般焊接方法相比，钎焊只需填充金属熔化，因此焊件加热温度较低，焊件的应力和

变形较小，对材料的组织和性能影响较小，易于保证焊件尺寸。钎焊还可以连接不同

的金属，或金属与非金属的焊件，设备简单。钎焊的主要缺点是接头强度较低，钎焊

接头工作温度不高，钎焊前对焊件的清洗和装配工作都要求较严。此外，钎料价格高,

因此钎料的本钱较高。

钎焊适宜于小而薄，且精度要求高的零件，广泛应用于机械、仪表、电机、航空、航天

等部门

5.1.5常用金属材料的焊接

(1)金属材料的焊接性

1)焊接性的概念金属在一定的焊接技术条件下，获得优质焊接接头的难易程

度.即金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的焊接性。衡量焊接性的主

要指标有两个广是在一定的焊接技术条件下接头产生缺陷，尤其是裂纹的倾向

成敏感性；二是焊接接头在使用中的可靠性。

2）焊接性的评定影响金属材料焊接性的因素很多，焊接性的评定一般是通过估

算或试验方法确定。常用碳当量法和冷裂纹敏感系数法。

5.1.6塑料的焊接

将别离的塑料用局部加热或加压等手段，利用热熔状态的塑料大分子在焊接压力作用下相

互扩散，产生范德华作用力，从而紧密地连接在一起，形成永久性接头的过程称为塑料

的焊接。

5.2粘结过程

粘接是借助粘接剂在固体外表上产生粘合力，将一个物件与另一个物件牢固地连接在

一起的方法。粘接能局部代替焊接、物接和螺栓连接。目前，粘接技术已广泛应用于航空、

机床造船等各个工业部门，在国民经济中起着显著的作用。

（1）粘接剂的组成

粘接剂的作用是借助于它和材料（零件）之间的强烈的外表粘着力，使零件能够连

接成永久性的结构。粘接剂有天然和合成粘结剂两大类，天然粘接剂如动物性骨胶、

植物性淀粉，用水做溶剂，组分简单，使用范围窄。合成粘接剂是应用最广泛的一

种，其主要组成物有：粘料、硬化剂、增韧剂、溶剂、附加物

粘接的特点及应用：

粘接是一项新技术，与钾接、螺栓连接和焊接连接方法相比.有以下特点：

1）粘接可以把性质不同的各种材料或模量和厚度不同的材料粘接起来，即使粘结薄板

也不易发生变形，利用粘结可以制造用其他连接方法不能连接或不易连接的复杂构

件。

2）粘接剂的形态和应用方法的多样性，使粘接技术适应于许多生产过程。如用一种单

一的粘接组装，那么又经济又快速，具有替代几种机械连接的可能性。多个工件可

同时粘接，提高生产效率，降低生产本钱。

3）用粘接剂代替螺钉、螺栓或焊缝金属，可以减轻结构重量。此粘接可比钾接、焊接

减轻结构重量约25%。30%o

4）粘接应力分布均匀，耐疲劳强度较高。

5）粘接密封性能好，具有耐水、耐腐蚀和绝缘的性能。而且还可采用轻质材料。

6）粘接过程温度低，操作容易.设备简单，本钱低廉，应用范围广泛。

粘接的主要缺点是：粘接剂对金属材料的粘接强度达不到焊接的强度，特别是剥离强

度差，粘接接头在长期工作过程中，粘接剂易发生老化变质，使接头强度逐渐下降。粘接

件由于粘接剂的温度极限而限制在某些使用温度下工作。一般长期工作温度只能在150度

以下，仅少数可在较高温度下使用。此外粘接品质受诸多因素的影响而难于控制，因而粘

接性能不稳定，且检验较难。

第六章非金属材料成形过程

塑料制品生产主要包括成形、机械加工、修饰和装配等生产过程。成形是指将原材料（树

脂与各种添加剂的混合料或压缩粉）制成具有一定形状和尺寸的制品的过程。塑料零件加工

那么是指成形后的制品采用机械加工的方法（车、铳、刨、磨等）以获得更高的精度和更低

的外表粗糙度或更复杂的形状。也可采用喷涂、浸渍、镀金属等方法改变塑料零件外表性

质。成形是塑料制品生产中最重要且必不可少的过程。其他过程视制品要求而取舍。

6.1.1塑料的成形性能

⑴流动性

塑料在一定的温度与压力下填充模腔的能力称为流动性。它与铸造合金流动性的概念相似。

热塑性塑料流动性的大小，通常可以从树脂分子量及其分布，熔体流动指数(Mn),表观粘

度以及阿基米德螺旋线长度等一系列参数进行预测。分子量小、分子量分布宽，熔体流动

指数高，表观粘度小，阿基米德螺旋线长度长，说明其流动性好；反之，其流动性差。热

固性塑料的流动性，通常以拉西格流动性(以毫米计)来表示。

影响流动性的因素主要有温度、压力、模具及塑料品种。

⑵收缩性

塑料制品自模腔中取出冷却至室温后，其尺寸发生缩小的这种性能称之为收缩性。塑料制

品尺寸收缩不仅是树脂本身热胀冷缩的结果，而且还与各种成形因素有关。所以注确地说,

成形后塑料制品的收缩应称之为成形收缩。

1)成形收缩形式

①线尺寸收缩②方向性收缩③后收缩④后处理收缩

2)影响收缩的因素

①塑料品种的影响②塑料制品特性的影响③模具的影响④成形条件的影响

3)收缩率的计算

塑料制品成形收缩值可用收缩率Sep表示

公式Sep=(Lm-Ls)/Ls*100%

LM一—模腔在室温下单向尺寸；

Ls——塑料制品在室温下单向尺寸。

(3)结晶性

在塑料成形过程中，根据塑料冷却时是否具有结晶特性。可将塑料分为结晶形塑料和非结

晶形塑料两种。结晶形塑料具有结晶现象的性质叫结晶性。

(4)吸湿性与粘水性

塑料中因有各种添加剂，使其水份各有不同的亲疏程度。所以，塑料吸湿性大致可分为两

类：一类是具有吸湿或粘附水分倾向的塑料；另一类是既不吸湿也不易粘附水分的塑料。

⑸热敏性和水敏性

热敏性塑料是指对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时,

料温增高易发生变色、降聚、分解的倾向，具有这种特性的塑料称之为热敏性塑料。

⑹塑料状态与温度的关系

结晶形塑料和无定形塑料三态与温度之间的关系。温度小于Tg时塑料是玻璃态，温度在

Tg-Tf之间是高弹态，温度在Tf-Td之间是粘流态（即塑性良好的状态）。

6.1.2注射成形过程

注射成形又称注射模塑或注塑成形，是热塑性塑料制品的一种主要成形方法。随着注

射成形技术的开展，注射成形已成功地应用于某些热固性塑料制品，甚至橡胶制品的工业

生产中。注射成形具有生产周期短，能一次成形外形复杂，尺寸精确和带有金属嵌件的塑

料制品，生产效率高，易于实现自动化操作，加工适应性强等优点，但成形设备昂贵。

⑴注射成形原理及过程

注射成形是根据金属的压铸技术开展起来的，其成形原理：将粒状原料在注射机的料筒内

加热熔融塑化，在柱塞或螺杆加压下，压缩熔融物料并向前移动，然后通过料筒前端的喷

嘴以很高的速度注入温度较低的闭合模具内，冷却定形后，开模就得制品。

注射成形过程包括成形前的准备，注射成形过程以及塑料制品的后处理三个阶段。

1）料筒温度

料筒温度的选择应保证塑料塑化良好，能顺利实现注射，又不引起塑料分解。料筒温度主

要根据塑料的熔点或软化点来确定，各种塑料具有不同的流动温度。

2）喷嘴温度

喷嘴温度一般比料筒最高温度略低一些，以防止产生流涎现象，但也不能太低，以防堵塞

喷孑L,或在模腔中流人冷凝料。

3）模具温度

模具温度决定于塑料的种类、塑料制品尺寸与结构、性能要求以及其他技术条件等。注射

成形模具一般呈两种状态，一种是加热状态；一种是冷却状态。

4）注射压力

注射压力是指柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力。其作用是克服塑料流动充模过程中的

流动阻力，使熔体具有一定的充模速率；对熔体进行压实。

5）成形时间

成形时间是指完成一次注射成形全过程所需的时间。

⑵注射成形模具设计

注射成形模具主要用于热塑性空料制品，也可用于成形某些热固性空料r它是塑料制品成

形的一种重要的工艺装备。现着重介绍热塑性塑料注射模。

1）注射成形模具结构

由于注射成形模具的结构取决于塑料制品的结构特点和注射机的类形、规格，因而其结构

是多种多样的。根据模具中各个组件的作用不同，一副注射模一般由以下几局部组成。

①成形零部件②浇注系统③导向机构④脱模机构⑤分形抽芯机构⑥调温系统⑦排气系统

2）注射模浇注系统

浇注系统是指模具中连接喷嘴和形腔的进料通道。其作用是将塑料熔体顺利地充满形腔，

且把压力充分传递到形腔的各个部位，以获得外形清晰内在品质优良的塑料制品。

浇注系统通常分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类，普通浇注系统是应用最为广泛

的一种，无流道浇注系统的应用日趋扩大。普通浇注系统一般由四局部组成即主流道、分

流道、浇口及冷料井。

①主流道

主流道是指喷嘴口起至分流道入口处的一段通道。

②冷料井

冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷

料”，防止“冷料”进入形腔而影响塑料制品品质；开模时又能将主流道中的冷凝料拉出。

冷料井直径宜稍大于主流道直径，长度约为主流道大端直径。

③分流道

分流道是主流道与浇口之间的通道。其作用是使熔融塑料过渡和转向。

④浇口设计

浇口是连接分流道与形腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），是浇注系统的关犍局部。

其作用是调节控制料流速度、补料时间及防止倒流。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑

料制品成形品质影响很大。塑料制品的一些品质缺陷如缩孔、拼缝线、质脆、分解和翘曲

等往往是由于浇口设计不当而产生的。因此，正确设L浇口尺寸是提高塑料制品品质的重

要环节。

3〕成形零部件设计

成形零部件结构设计主要应在保证塑料制品品质的前提下，从便于加工、装配、使用、维

修等方面考虑。

a.凹模凹模用以形成塑料制品的外外表，按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式、局部

镶嵌式和拼合式等形式。

b.凸模（形芯）和成形杆的结构凸模又称形芯或阳模，由于多装在注射机的动模板上，习惯

上又称为动模，是用于成形塑料制品内外表的零部件。

4）分形面的选择

注射成形模的分形面是其闭合时凹模与凸模相配合的接触面。分形面的正确选择对于制品

的品质、技术特性和模具制造都有很大影响，它决定了模具的结构形式，是模具设计工作

中的重要环节。选择分形面总的原则上保证塑料制品品质，且便于制品脱模和简化模具

结构。在选择分形面时，应考虑以下原则：

①分形面选择应便于塑料制品脱模和简化模具结构

②分形面选择应有利于提高制品的外观品质

③分形面选择应有利于提高制品的精度

④分形面的选择应有利于排气

⑤分形面的选择应有利于防止溢料

以上简要介绍了分形面的选择原则，对于具体的塑料制品来讲，各种因素往往彼此矛盾,

难以全面符合。因此选择分形面应综合考虑各种因素，权衡利弊，以取得最优效果。

5）抽芯及顶出机构

①抽芯机构

当注射成形具有与开模方向不同的内外侧孔或侧凹的塑料制品时，模具必须具有侧向分形

与抽芯机构。在脱模时，需先将侧形芯抽出方可取出塑料制品。

侧向分形抽芯机构类形很多，通常按动力来源分为手动、液压（气压）和机动三类。

②顶出机构

注射成形后的制品从模具中取出的机构称为顶出机构亦称脱模机构。顶出制品后，顶出机

构又要复位。

常用的顶出机构有：

简单顶出机构或一次顶出机构二次脱模机构双脱模机构顺序脱模机构

螺纹塑料制品脱模装置

塑料制品上的内螺纹用螺纹形芯成形，外螺纹用螺纹形环成形。由于螺纹的特殊形状，所

以带螺纹塑料制品脱模需设置一些特殊机构，其模具结构也较复杂。

6.1.3挤出成形过程

挤出成形也称挤出模塑或挤塑成形。在热塑性塑料加工领域中，它是一种应用广泛、占据

很大比重的加工方法。

⑴挤出成形原理及过程

挤出成形是一种液态轧制过程。

其主要由一个加热的料筒和一根在料筒中旋转的螺杆组成。料筒右端装有加料口，上有料

粉状或粒状的塑料通过料斗进入料筒。料筒的左端装有口模，在螺杆头部与口模之间

装有过滤网，过滤板等部件，使塑料沿着螺杆方向形成压力差。进入料筒的塑料）经外部

加热和料筒内螺杆机械作用而成粘流态，并借助螺杆的旋转推力使熔料通过机头里的口模,

挤成与口模形状相仿的连续体，此后经过定形、冷却、牵引、卷绕和切割等辅助装置，获

得需要的制品。

逍常挤出成形过程包括塑化、挤出成形和冷却定形三个阶段。

1）塑化2）挤出成形3）冷却定形

挤出成形的主要技术参数是温度、压力和挤出速率等

⑵挤出成形模具

挤出成形是将塑料在旋转的螺杆与料筒之间进行输送、压缩、熔融塑化，定量地通过处于

挤出机的头部的口模和定形装置，生产出连续形材的加工过程。在挤出机头部配以各种不

同类形的机头及其相应的定形装置与辅机，即可生产出各种形材和制品。

6.1.4模压成形过程

⑴模压成形原埋及过程

模压成形又称压缩成形、压塑成形、压制成形等。主要用于热固性塑料的成形，它的根本

成形原理是将粉状、粒状或纤维状的固态塑料，置于成形温度下的模具形腔中，然后闭模

加压，使其成形、固化的过程。在这一过程中，置于模腔中的热固性塑料，在高温和压力

作用下，先由固态变为熔融状，并在此状态下充满整个模腔，熔融态逐渐变为固态，最后

开模取得所需塑料制品。

通常，模压成形前的准备工作主要是指预压、预热和枯燥等预处理工序。模压成形主要包

拈加料、合模、排气、交联同化、制品脱模、清理模具等。这里着重讨论模压成形过程。

模压成形过程参数主要包括成形温度、成形压力和成形时间。

1）成形温度

对热固性塑料来讲，加热的目的是使塑料在模具形腔中受热软化，便于充满形腔，同时在

特定的温度下，使塑料发生化学交联，最终为不溶解、不熔融的塑料制品。成形温度是影

响成形时间、成形压力、制品品质的重要因素。

2）成形压力

成形压力的作用是使熔融塑料充满形腔，并使其压实、压紧：同时排除在压制过程中由于

化学反响而产生的水蒸汽和挥发物质，从而防止制品起鼓、变形、甚至开裂，以保证模压

成形塑料制品的密度适宜、尺寸精度高并具有清晰的外表轮廓。

3）成形时间

成形时间是指加料、合模、排气、加压、固化、脱模、模具清理等工序所需的时间。

⑵模压成形模具

1）模压成形模具的典形结构

模压成形模具的典形结构：模具的上模和下模分别装在压力机的上、下压板上。与注射模

不同的是凹模的上半局部为加料室，用以容纳原料。热固性塑料压缩模成形需要较高的温

度，模具必须安装加热装置。加热板的圆孔中安装电热棒，分别对凸模和凹模进行电加热。

2）模压成形模具的分类

模压成形模具的分类方法较多，按照模具的凸、凹局部的结构特征可分为溢料式、不溢式、

半溢式和演变式四种。

3）模压成形模结构设计

①塑料制品加压方向确实定

塑料制品在模内的加压方向，指压力机滑块或凸模向模腔施加压力的方向。加压方向决定

了分形面的位置，顶出形式和位置，对模具结构、塑料制品品质、脱模难易程度都有影响,

加压方向确实定原则是：

有利于压力传递便于加料

便于嵌件安放和固定保证凸模强度

简化模具结构保证重要尺寸的精度

②分形面位置的选择

模压成形模具分形面位置的选择原则是：

为使塑料制品便于顶出，简化顶出机构，分形面的位置应使塑料制品在开模后尽可能留在

下模。

塑料制品上对同轴度要求高的两部位，在设置分形面时，宜将两部位关键尺寸放在模具分

形面的同一侧。

尽量减少飞边对塑料制品外观的损害，同时应便于去除剩余的飞边。因此飞边不宜越过光

滑的平面或圆弧而,便干模具及零件的制造C

③凸凹模的结构设计

溢料式凸凹模结构不溢式凸凹模的结构半溢式凸凹模结构

半溢式压模与溢式压模相同的是都有一个水平的环形挤压面，称挤压环。与不溢式压模相

似的是凸模与加料腔也常设有配合环和引导环。

④模压成形模结构零部件设计

模压成形模结构零部件是指除成形零部件以外的所有各种零部件，其中重要的有导向机构、

脱模机构、侧向分形面与抽芯机构、排气机构、加热系统等。其结构与注射模有许多相似

之处，具体设计方法可参见塑料模具设计手册。

6.1.5塑料制品的其他成形过程

⑴吹塑成形

吹塑成形是把熔融状态的塑料形环置于模具形腔内，借助于压缩空气吹胀冷却而得到一定

形状的中空塑料制品的成形加工方法。根据吹塑制品的种类不同，吹塑成形可分为中空塑

料制品吹塑和薄膜吹塑等。

1）中空塑料制品吹塑

中空塑料制品吹塑是将处于熔融状态的空心塑料形坯置于闭合的吹塑模具形腔内，然后向

其内部通以压缩空气，以迫使其外表积胀大，并贴紧模腔内壁，最后冷却定形得到具有一

定形状和尺寸的中空吹塑制品。

吹塑成形过程包括塑料形坯的制造和吹塑成形。根据形坯制造方法不同，吹塑成形乂分为

注射吹塑成形和挤出吹塑成形。

注射拉伸吹塑过程可分为注射形坯、加热、拉伸、吹塑和取出制品四个步骤。

2）薄膜吹塑成形

塑料薄膜可以用压延、吹塑及狭缝机头直接挤出等方法生产。其中吹塑法生产薄膜最经济,

它要求的设备和成形过程简单，操作方便，而且同一台设备可在适当范围内调整薄膜的宽

度和厚度，生产出不同规格的品种。吹塑薄膜还具有物理机械性能好，强度较高的优点，

吹塑法可以加工软质和硬质聚氯乙烯、高密度和低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等多种

塑料薄膜。

⑵泡湿塑料成形

泡沫塑料是以合成树脂为基体制成的内部有无数微小气孔的一大类特殊塑料。泡沫塑料可

用作漂浮材料、绝热隔音材料、减震和包装材料等。

泡沫塑料的发泡方法通常有以下三种：

1）物理发泡法2）化学发泡法

3）机械发泡法

按泡沫塑料软硬程度不同，可分为软质泡沫塑料、半硬质泡沫塑料和硬质泡沫塑料。按照

泡孔壁之间连通与不连通，乂可分为开孔泡沫塑料和闭孔泡沫塑料。此外将密度小于0.4s

/cm3的泡沫塑料称为低发泡塑料；大于0.4s/cm3的称为高发泡塑料。

泡沫塑料成形方法很多，有注射成形、挤出成形、压制成形及其他成形方法，这里仅介绍

低发泡注射成形和与模压成形有关的可发性聚苯乙烯泡沫塑料制品的成形过程。

1）低发泡注射成形

在某些塑料材料中参加定量发泡剂，通过注射成形获取内部低发泡、外表不发泡塑料制品

的过程称为低发泡注射成形。通常可分为单组分法和双组分法。单组分法又分为高压注