中科大非金属材料成形技术基础课件

非金属材料成型篇材料成形技术

基础金属材料

高强度,高硬度；一定塑性韧性难以达到满足一些特殊性能的要求（耐高温性、耐腐蚀性）非金属材料独特性能；原料来源丰富，制造加工容易，节约能源非金属材料特性成形方法多样化低温成形工艺简便成形工艺与材料的制备工艺有机结合目录塑料成形塑料制品的结构工艺橡胶成形陶瓷的成形复合材料成形第一节塑料成形内容要点常用塑料品种塑料的成形性能

塑料形变的温度依赖性流变性能成形工艺性常见的成形方法

注塑成形压塑成形其他成形方法Wearepolymers!!!塑料概念以合成树脂或天然树脂为原料，在一定温度和压力条件下，可以用模具使其成型为具有一定形状和尺寸的塑料制件，当外力解除后，在常温下其形状保持不变。多数以合成树脂为基本成分，一般含有添加剂如：填料、稳定剂，增塑剂、色料或润化剂等。塑料的特点比重小，比强度大；耐腐蚀，耐磨，绝缘，减磨，消声，减震；易成型，易复合等优良的综合性能。塑料概述易老化耐热性差刚性差尺寸稳定性差

按受热后形态性能表现分热塑性塑料—受热时呈熔融状态，可反复成型加工。热固性塑料—成型后成为不熔不溶的材料。如ＰＦ、ＭＦ、ＥＰ等。按使用范围分通用塑料

原料来源丰富，产量大，应用面广，价格便宜，如ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ。工程塑料具有较高物理机械性能，应用于工程技术领域塑料，如ＰＩ、ＰＣ、ＰＯＭ、ＰＰＯ、ＰＳＦ、ＰＴＦＥ等。分类塑料生产（树脂或半制品生产）塑料制品的生产（塑料成型工业or加工工业）塑料工业塑料制品的简单生产流程塑料制品生产系统组成成型、机械加工、修饰三个过程组成。原料树脂塑料生产塑料制品塑料塑料制品生产塑料概述１、塑料的成型性能１.１塑料形变的温度依赖性1.2塑料形变的温度依赖性剪切速率()粘度与温度和压力的关系粘度与剪切速率的关系1.塑料的成型性能

1、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。影响流动性的因素主要有温度、压力、模具及塑料品种。

1)温度的影响料温高则流动性增大，但不同的塑料品种，其影响程度差异甚大。

2)压力的影响“剪切变稀”现象剪切敏感塑料有：ＰＯＭ、ＰＥ、ＰＰ、ABS、ＰＭＭＡ等塑料，这些塑料在成型加工时，宜使用“低温高压”的技术。3)模具的影响

浇注系统形式、尺寸、布置，冷却系统设计，流速阻力等因素都直接影响到熔体在模腔内的实际流动性。1.３塑料的成形工艺性

4)塑料品种的影响就热固性塑料而言，如粒度细匀、湿度大，含水分及挥发物多，预热及成型条件适当等均有利于改善流动性；反之则流动性变差。流动性能的表征

１)热塑性塑料熔融指数(MFI)Ｐ、Ｔt＝１０minHDPE5000SMFI≈0.9g/10minHDPE6100mMFI≈0.14g/10minA、流动性好，如PS、PA、PP、PE、CE等；B、流动性中等，如改性PS、ABS、PMMA、POM、CPT等；C、流动性差，PC、RPVC、PPO、PSF、F塑料等。

2)热固性塑料拉西格流动性拉西格模具截面逐渐减小的棱柱体流道压圆锭考察塑料在棱柱体流道中的流动长度第一级、拉西格流动值100~130mm，压制无嵌件、形状简单的一般厚度塑件；第二级、拉西格流动值131~150mm，压制中等复杂程度的塑件；第三级、拉西格流动值151~180mm，压制结构复杂、深型腔、多嵌件的薄壁塑件，或用于传递（压注）成型。2、收缩性 影响塑料制件尺寸精度和质量

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。1)成型收缩形式

线尺寸收缩方向性收缩后收缩后处理收缩2)影响收缩的因素塑料品种的影响塑料制品特性的影响模具的影响成型条件的影响k塑料=3~10k钢3)收缩率k的计算

K－－－平均收缩率；Lm－－－模腔在室温下单向尺寸；L1－－－塑料制品在室温下单向尺寸。K－－－平均收缩率；Lm－－－模腔在室温下单向尺寸；L1－－－塑料制品在室温下单向尺寸。（3）结晶性结晶——指聚合物大分子既是近程有序，又是远程有序地排列现象。

塑料结晶型塑料非结晶型塑料（无定型塑料）

1)结晶熔解需要热量，比非结晶型塑料达到成型温度需要更多的热量；冷凝时，结晶型塑料放出热量多，需要较长的冷却时间。

2)不像金属具有单一熔点，而是一个熔程；

3)结晶型塑料硬化密度与熔融时密度差别很大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔。

4)由于分子的定向作用和收缩的方向性，结晶型塑料制品易变形、翘曲。

5)冷却速度对结晶型塑料的结晶度影响很大；

6)结晶度大的塑料制品的密度、强度、硬度高，刚度、耐磨性好，耐化学性和电性能好；

结晶度小的塑料制品柔软性、透明性好，伸长率和冲击韧度较大。

结晶型塑料成型特性：（4）吸湿性与粘水性塑料吸湿性大致可分为两类：一类是具有吸湿和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。（5）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。如ＰＶＣ、ＰＯＭ等。有的塑料（如聚碳酸脂PC）即使含有少量水分，在高温、高压下也会发生分解或使塑件产生气泡、银纹等缺陷，称此性能称为水敏性。（6）毒性、刺激性和腐蚀性ＰＯＭ、ＰＶＣ等在加工时会分解一些有毒气体，应作好防毒、防腐蚀的准备2.注射成行过程注射成型过程图

２、注射成型２.１注射成型工艺过程柱塞式注射成型螺杆式注射成型注射成型工艺条件１、温度料筒温度加料段压缩段 Tf、Ｔm＜Ｔ＜Ｔd

均化段喷嘴温度

Ｔ喷嘴＜Ｔ料筒（防止流涎）模具温度

低模温，ＰＳ、ＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＶＣ等；高模温，ＰＣ、ＰＳＦ、ＰＯＭ、ＰＰＯ等２、压力注射压力：克服熔体从料筒到模具型腔时的阻力；４０ＭＰa≤Ｐ≤１３０ＭＰa；与塑料品种（表５－１）、注塑机类型、模具结构、精度、模具温度、制件壁厚等有关；保压压力：施加压力对模具型腔继续进行压实的压力。一般是与注射压力一致； 塑化压力（背压）：

指螺杆在预塑物料时，汇集在前端的熔体对螺杆所产生的压力，增大背压有利于排气、压实物料、塑化物料。３、时间——成型周期模具动作时间注射时间保压时间冷却时间一般是在０.5～２min；有的可以到１０min以上２、注射成型２.２注塑机与模具２.２.１注塑机塑化－注射系统合模－锁模系统操作控制系统其它：模温调节系统、安全系统等作用卧式立式角式成型零部件浇注系统导向机构脱模机构分型抽芯机构调温系统排气系统连接部分２.２注塑机与模具２.２.２注塑模具结构动作过程１)注射模浇注系统设计

浇注系统——指模具中连接喷嘴和型腔的进料通道。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。普通浇注系统一般由四部分组成即主流道、分流道、浇口及冷料井。无流道浇注系统分为热流道和绝热流道。作用：料流的通道、传递压力、适时冻结。a)主流道设计b)冷料井设计c)分流道设计d)浇口设计２)成型零部件设计

成型零部件是构成模具型腔的零件。它包括凹模、凸模（型芯）、各种成型杆和成型环，是塑料模具的主要组成部分。

a)凹模凹模用以形成塑料制品的外表面，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)凸模和成型杆凸模的结构形式可分为整体式和组合式。３)导向机构

合模导向作用

４)抽芯机构

成型侧向凹凸形状的孔或凸台。侧向分型抽芯机构类型很多，通常按动力来源分为手动、液压（气压）和机动三类。

5）顶出机构结构组成：推板、推杆固定板、推杆、拉料杆等。常见的顶出机构有：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。2.3注塑相关的国家标准塑料注射模具零件ＧＢ４１６９－８４塑料注射模具零件技术条件ＧＢ４１７０－８４塑料成型模具术语ＧＢ８８４６－８８塑料注射模具技术条件ＧＢ／Ｔ１２５４－９０塑料注射模大型模架ＧＢ／Ｔ１２５５－９０塑料注射模中小型模架及技术条件ＧＢ１２５６－９０３、压塑成形３.1压塑成型工艺过程压塑成型工艺将经过预制的热固性塑料原料（or热塑性塑料），直接加入敞开的模具加料室，然后合模，并对模具加热加压，塑料在热和压力的作用下呈现熔融流动状态并充满型腔，然后由于分子发生交联反应逐渐硬化成型。脱模取出制件，然后清理模具并对制件进行后期处理。

模压成型过程：加料、合模、排气、交联固化、制品脱模、清理模具等。压塑成型工艺过程压塑成型工艺参数主要包括:成型温度、成型压力和成型时间。一．模压压力使模塑料完全充满型腔所施加的必要压力。

Pm的作用：

①充模，压实物料；

②克服由气体逸散，小分子物质挥发及物料热膨胀造成的负压；

③闭模，制件获得模具型腔赋予的形状及尺寸。实际生产中采用的模压压力比计算压力高20～30％。二．模压温度Tm

模压时规定的模具温度。1.作用：使物料熔融流动充满型腔；提供固化所需热量。2.调节和控制Tm的原则：保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期。3.影响Tm因素一般模压温度越高，模塑周期越短；（Tm的高低影响？）对于厚壁制品，应适当降低模压温度，以防表面过热，而内部得不到应有的固化；与物料是否预热有关，预热料内外温度均匀，塑料流动性好，模压温度可比不预热的高些；其它影响因素还有如材料的形态、成型物料的固化特征等，应确保各部位物料的温度均匀，一般温差控制在±5℃内）。塑料种类模压温度℃模压压力MPa苯酚甲醛塑料145~1807~42三聚氰胺甲醛塑料140~18014~56脲甲醛塑料135~15514~56聚酯塑料85~1500.35~3.5聚邻苯二甲酸二丙醇酯塑料120~1603.5~14环氧塑料145~2000.7~14有机硅塑料150~1907~56呋喃塑料135~1500.69~3.453.2压塑设备与模具无浇注系统，有一段加料室动画4其他成形方法4.1挤出成型extrusionmolding4.1.1概述挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑.

是借助螺杆和柱塞的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法.1特点:

①连续化,效率高,质量稳定②应用范围广③设备简单,投资少,见效快④生产环境卫生,劳动强度低⑤适于大批量生产14-2.exe动画2.适用的树脂材料绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等3.应用：塑料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。4.几种典型制品的生产线挤出管材和异型材的生产、挤出片材、棒材生产、电缆包覆、挤出吹塑薄膜、挤出中空吹塑典型管材的生产线动画挤出线缆包覆成型挤出吹塑薄膜成型动画挤出中空吹塑成型动作过程注射－吹塑动画挤出成型工艺参数压力:料筒中熔体压力可以达到55MPa,而口模压力一般是小于20MPa温度:根据不同的塑料而异,塑化温度一般是在180℃~250℃挤出速率:是单位时间内挤出机口模挤出的塑料质量(Kg/h)或长度(m/min),与口模阻力、螺杆与料筒的结构、螺杆转速、加热系统和塑料特性有关螺杆的结构4其他成形方法4.2传递成型传递成型：将塑料原料经过预处理，闭模后将原料加入加料室加热软化（若是下加料室传递成型应先加料，闭模后加热），在柱塞的挤压下通过模具的浇注系统将熔融塑料挤入型腔，塑料在型腔中继续受热、受压而固化成型，然后开模取出制件，并清理型腔、加料室和浇注系统。优点成型周期短；塑件飞边小，易于清理；能成型薄壁多嵌件的复杂塑料制品；塑件的精度和质量比压塑件高。缺点余料造成塑料原料的浪费；模具结构较压塑模结构复杂，制造成本高；成型设备同压塑成型，但压力要大。4其他成形方法4.3真空成型真空成型：又叫吸塑成型，将热塑性塑料板材、片材固定在模具上，用辐射加热器加热到软化温度，用真空泵（或空压机）抽取板材与模具之间的空气，借助大气压力使坯材吸附在模具表面，冷却后再用压缩空气脱模，成型所需塑件的加工方法。特点

生产设备简单，效率高，模具结构简单，能加工大尺寸的薄壁塑件，生产成本低。动作过程动作过程真空成形生产各种塑料包装盒、餐具盒、罩类塑件、冰箱内胆等；材料主要是PE、PP、PVC、ABS、PC等。4其他成形方法4.3反应注射成型反应注射成型：把两种发生反应的塑料原料分别加热软化后，由计量系统进入高压混合器混合发生塑化反应，再注射到模具型腔中，它们在型腔中继续发生化学反应，并伴有膨胀、固化的加工工艺。动画适宜生产PU、EP等热固性塑料，也可以生产PA、ABS、PETorPBT等热塑性塑料；产品：轿车仪表盘、方向盘、飞机和汽车的座椅、椅垫、家具、鞋底、仿大理石浴缸、浴盆等。第二节塑料制品的结构工艺性内容要点尺寸精度表面粗糙度拔模斜度塑件壁厚加强筋、圆角、孔、螺纹、嵌件支撑面塑料制品的形状、尺寸大小等对成型工艺和模具结构的适应性称为塑料制品的结构工艺性。

在进行塑料制品的结构设计时，应保证在使用的条件下，易于成型。1．塑件的尺寸精度

（1）影响塑件尺寸精度的因素①模具成型零件的制造精度；②模具成型零件的使用后的磨损；③塑料收缩率的波动。

（2）设计原则为了降低模具的加工难度和模具制造成本，在满足塑件使用要求的前提下应尽量把塑件尺寸精度设计得低一些。

（3）方法

采用尺寸公差来控制塑件的尺寸精度。

教材：目前国内主要依据原第四机械工业部制订的塑件尺寸公差标准SJ1372—1978，见表5—3和表5—4

。

表5-3塑料制品的尺寸公差数值表

（mm）

公称尺寸

精度等级

12345678公差数值

~33~66~1010~1414~1818~2424~3030~4040~5050~6565~8080~100100~120120~140140~160160~180180~200200~225225~250250~280280~315315~355355~400400~450450~5000.040.050.060.070.080.090.100.110.120.130.140.160.18

0.060.070.080.090.100.110.120.130.140.160.190.220.250.280.310.340.370.410.450.500.550.600.650.700.800.080.080.100.120.120.140.160.180.200.220.260.300.340.380.420.460.500.560.620.680.740.820.901.001.100.120.140.160.180.200.220.240.260.280.320.380.440.500.560.620.680.740.820.901.001.101.201.301.401.600.160.180.200.220.240.280.320.360.400.460.520.600.680.760.840.921.001.101.201.301.401.601.802.002.200.240.280.320.360.400.440.480.520.560.640.760.881.001.121.241.361.501.641.802.002.202.402.602.803.200.320.360.400.440.480.560.640.720.800.921.041.201.361.521.681.842.002.202.402.602.803.203.604.004.400.480.560.610.720.800.880.961.041.201.401.601.802.002.202.402.703.003.303.604.004.404.805.205.606.40塑件精度分为八个等级。

其中1、2两级属于精密技术级，只有在特殊要求下使用；对于未注公差尺寸者建议采用标准中的8级精度。对于孔类尺寸可取表中数值冠以(+)号；对于轴类尺寸可取表中数值冠以(一)号；对于中心距尺寸取表中数值之半再冠以(±)号。②塑件尺寸精度还与塑料品种有关

根据各种塑料收缩率的不同，又将各种塑料的公差等级分为高精度、一般精度、低精度三种，如表5—4所示。表中未被列出的塑料，可根据塑件成型后的收缩特性选择精度等级。选择精度等级时，应考虑脱模斜度对尺寸公差的影响。

注意：现执行的标准是GB14486-1993。去年已经做了修改，还没有颁布执行。该标准规定了热固性和热塑性工程塑料模塑塑件的尺寸公差。

表5-4精度等级的选用

类别塑料品种建议采用的精度等级高精度一般精度低精度1聚苯乙烯、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、酚醛塑料、聚砜、聚苯醚、氨基塑料、30%玻璃纤维增强塑料3452聚酰胺（6、66、610、9、1010）、氯化聚醚、硬聚氯乙烯4563聚甲醛、聚丙烯、聚乙烯（高密度）5674软聚氯乙烯、聚乙烯（低密度）678

2表面粗糙度 塑件表面粗糙度的高低，主要与模具型腔表面的粗糙度有关。注射成型塑件的表面粗糙度通常为R0.02～1.25µm，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的应比塑件的表面粗糙度小1~2级。对内观不重要的塑件，内表面粗糙度可以比外表面粗糙度大1~2级。透明的塑件，内外表面粗糙度应该一样，达到R0.05～0.8µm。3脱模斜度

（1）作用

由于塑料冷却后产生收缩，会紧紧包在凸模或成型型芯上，或由于粘附作用，塑件紧贴在凹模型腔内。为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等。在设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度。

（2）取值原则

塑件脱模斜度的大小，与塑件的性质、收缩率、摩擦因数、塑件壁厚和几何形状有关。

①硬质塑料比软质塑料脱模斜度大；

②形状较复杂或成型孔较多的塑件取较大的脱模斜度；

③塑件高度较大、孔较深，则取较小的脱模斜度；

④壁厚增加、内孔包紧型芯的力大，脱模斜度也应取大些。

⑤为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上，而有意将该边斜度减小。

（3）尺寸标注

一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内，否则在图样上应予说明。在塑件图上标注时，

①内孔以小端为基准，斜度由放大的方向取得；

②外形以大端为基准，斜度由缩小的方向取得。表5—5列出了若干塑件的脱模斜度。

表5-5常见塑料的脱模斜度塑料种类

脱模斜度

聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯

30ˊ~1°

尼龙、聚甲醛、氯化聚醚、聚苯醚、ABS40ˊ~1°30ˊ

硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚苯乙烯、有机玻璃

50ˊ~2°

热固性塑料

20ˊ~1°

4壁厚（1）作用

塑件应有一定的厚度才能满足使用时的强度和刚度要求，而且壁厚在脱摸时还需承受脱摸推力。

（2）影响及应注意的问题

①壁厚应设计合理，壁太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料现象；

②壁太厚所了件内部会产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时增加了成本；

③壁厚不均匀将造成收缩不一致，导致塑件变形或翘曲，在可能的条件下应使壁厚尽量均匀一致。

（3）取值范围

塑件的壁厚一般为1～4mm，大型塑件的壁可达8mm。表5—6和表5—7分别为热固性塑件与热塑性件壁厚参考值。

表5-6热塑性塑料制品的最小壁厚和建议壁厚

(mm)塑料名称

最小壁厚

建议壁厚

小型制品

中型制品

大型制品

聚苯乙烯

0.751.251.63.2~5.4聚甲基丙烯酸甲酯

0.81.502.24.0~6.5聚乙烯

0.81.251.62.4~3.2聚氯乙烯（硬）

1.151.601.803.2~5.8聚氯乙烯（软）

0.851.251.52.4~3.2聚丙烯

0.851.451.82.4~3.2聚甲醛

0.81.401.63.2~5.4聚碳酸酯

0.951.802.34.0~4.5聚酰胺

0.450.751.62.4~3.2聚苯醚

1.21.752.53.5~6.4氯化聚醚

0.851.351.82.5~3.4表5-7热固性塑料制品的壁厚范围(mm)

塑料种类

壁厚

木粉填料

布屑粉填料

矿物填料

酚醛塑料

氨基塑料

1.5~2.5(大件3~8)0.5~51.5~9.51.5~53~3.51.0~9.55加强筋

（1）作用

①在不增加壁厚的情况下，加强塑件的强度和刚度，避免塑件变形翘曲。

②合理布置加强筋还可以改善充模流动，减少内应力，避免气孔、缩孔和凹陷等缺陷。（2）设计原则

①加强筋的厚度应小于塑件壁厚，并与壁用圆弧过渡。加强筋的形状尺寸如图5—18所示。5加强筋

（1）作用

①在不增加壁厚的情况下，加强塑件的强度和刚度，避免塑件变形翘曲。

②合理布置加强筋还可以改善充模流动，减少内应力，避免气孔、缩孔和凹陷等缺陷。②

加强筋端部不应与塑件支承面平齐，而应缩进0.5mm以上。③各条加强筋的排列相互错开，以防止收缩不均匀引起制品破裂。6圆角半径圆角半径的大小主要取决于塑件的壁厚。7孔的设计塑件上常见的孔有通孔、盲孔、异形孔（形状复杂的孔)。孔与孔之间、孔与壁之间应留有足够的距离。它们的关系如表所示。

孔与孔边缘之间的距离应大于孔径。

塑料制件上的固定用孔和其他受力孔周围可设计凸边来加强。盲孔

盲孔只能用一端固定的型芯来成型，如果孔径较小深度又很大时，成型时型芯易于弯曲或折断。

①注射成型或压注成型时，H≤4D；②压缩成型时，H≤2.5D；③当孔径较小深度太大时，孔只能用成型后再机械加工的方法获得。异形孔

对于斜孔或复杂形状的孔，可参考下图所示的成型方法。

8螺纹设计

（1）加工方法

①塑件上的螺纹既可以直接用模具成型；

②可以在成型后用机械加工获得；

③对于需要经常装拆和受力较大的螺纹，应采用金属螺纹嵌件。

（2）要求

塑件上的螺纹，一般直径要求不小于2mm，精度不超过IT7级，并选用螺距较大者。细牙螺纹尽量不采用直接成型，而是采用金属螺纹嵌件。

为了增加塑件螺纹的强度，防止最外圈螺纹崩裂或变形，其始端和末端均不应突然开始和结束，应有一过渡段。塑料螺纹与金属螺纹的配合长度应不大于螺纹直径的1.5倍(一般配合长度为8～10牙)。

表5-9塑料螺纹的螺牙选用范围

螺纹公称直径

/mm螺纹种类

公制标准螺纹

一级细牙螺纹

二级细牙螺纹

三级细牙螺纹

四级细牙螺纹

33~66~1010~1818~3030~50++++++--++++---+++----++-----+注：表中“+”建议采用范围，“-”为不采用范围。9嵌件

嵌件是在塑料制品中嵌入的金属或非金属零件，用以提高塑件的力学性能或导电导磁性等。设计金属嵌件应注意以下几个方面：

（1）金属嵌件尽可能采用圆形或对称形状，以保证收缩均匀。（2）金属嵌件周围应有足够壁厚，以防止塑料收缩时产生较大应力而开裂，金属嵌件周围的塑料壁厚见表5-10。（3）金属嵌件嵌入部分的周边应有倒角，以减小应力集中。（4）防止嵌件转动和轴向窜动。表5-10金属嵌件周围的塑料厚度（mm）

10支撑面

以塑料制品的整个底面作支撑面是不稳定的，通常采用有凸起的边缘或用底脚（三点或四点）来做支撑面，如图5-25所示。当制品的底部有肋时，肋的端面应低于支撑面0.5mm左右。橡胶：使用温度处于高弹态的高分子材料。主要成分：生胶or合成橡胶+添加剂（除生胶以外的组分）性能：弹性模量仅为10MPa，伸长率可达100%～1000%，具有良好的弹性，同时还具有良好的耐磨性、隔音性、绝缘性等,是重要的弹性材料、密封材料、减震防震和传动材料。分类：天然橡胶:由天然胶乳经过凝固、干燥、加压等工序制成的片状生胶。合成橡胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶等。应用：国防、交通运输、机械制造、医药卫生、农业和日常生活等各个方面。第三节橡胶成型成型：将生胶经塑炼和混炼后才能使用。橡胶制品是以生胶为基础加入适量配合剂（硫化剂、硫化促进剂、防老剂、填充剂、软化剂、发泡剂、补强剂、着色剂等），然后再经过硫化成型获得。特点

（1）很高的弹性（2）耐热性差，耐寒性也差（3）在溶剂中会溶解。第三节橡胶成型橡胶制品的成型方法按成型方法分压制成型传递成型注射成型平板硫化机上模压成型注射机中注射成型按生产设备不同分分类一、橡胶的压制成型

（一）

压制成型工艺流程

将经过塑炼和混炼预先压延好的橡胶坯料，按一定规格和形状下料后，加入到压制模中，合模后在液压机上按规定的工艺条件进行压制，使胶料在受热受压下以塑性流动充满型腔，经过一定时间完成硫化，再进行脱模、清理毛边，最后检验所得到制品的方法。橡胶压制成型的工艺流程如图5-26所示。（1）塑炼

在一定的温度下利用机械挤压、辊轧等方法，使生胶分子链断链，使其由强韧的弹性状态转变为柔软、具有可塑性的状态，这种使弹性生胶转变为可塑状态的加工工艺过程称为塑炼。（2）混炼将各种配合剂混入生胶中，制成质量均匀的混炼胶的工艺过程称为混炼。（3）制坯将混炼胶通过压延或挤压的方法制成所需的坯料，通常是片材，也可为管材或型材。（4）裁切在裁切坯料时，坯料质量分数应有超过成品质量分数5%-10%的余量，结构精确的封闭式压制模成型时余量可减小到1%-2%，一定的过量不仅可以保证胶料充满型腔，还可以在成型时排除型腔内的气体和保持足够压力。裁切可用圆盘刀或冲床按型腔形状剪切。（5）模压硫化模压硫化是成型的主要工序，它包括加料、闭模、硫化、脱模和模具清理等步骤，胶料经闭模加热加模压后成型，经过硫化使胶料分子交联，成为具有高弹性的橡胶制品。硫化是指橡胶在一定压力和温度下，坯料结构中的线性分子链之间形成交联，随着交联度的增加，橡胶变硬变韧的过程。（二）

压制工艺橡胶压制成型工艺的关键是控制模压硫化过程。硫化过程的主要参数：硫化温度、压力和时间等。（1）硫化温度

硫化温度直接影响硫化速度和产品质量。

硫化温度高，硫化速度快，生产效率就高。硫化温度过高会使橡胶高分子链裂解，从而使橡胶的强度、韧度下降，硫化温度不宜过高。橡胶的硫化温度主要取决于橡胶的热稳定性，橡胶的热稳定性愈高则允许的硫化温度也愈高。表5-11是常见胶料的最适宜硫化温度。

表5-11常见胶料的最宜硫化温度（℃）

胶料类型

最适宜硫化温度胶料类型

最适宜硫化温度天然橡胶胶料

143丁基橡胶胶料

170丁苯橡胶胶料

150三元乙丙胶料

160~180异戊橡胶胶料

151丁腈橡胶胶料

180顺丁橡胶胶料

151硅橡胶胶料

160氯丁橡胶胶料

151氟橡胶胶料

160（2）硫化时间

硫化时间是和硫化温度密切相关的。正硫化指在硫化过程中，硫化胶的各项物理、力学性能达到或接近最佳点时，此种硫化程度称为正硫化或最宜硫化。正硫化时间指在一定温度下达到正硫化所需的硫化时间称为正硫化时间。

一定的硫化温度对应有一定的正硫化时间。当胶料配方和硫化温度一定时，硫化时间决定硫化程度，不同大小和壁厚的橡胶制品通过控制硫化时间来控制硫化程度，通常制品的尺寸越大或越厚，所需硫化的时间越长。（3）硫化压力

增加硫化压力有利于排气。增加硫化压力能保证获得清晰复杂的轮廓。在100～140℃模压时，必须施用20～50MPa的压力，才能保证获得清晰复杂的制件轮廓。增加压力能提高橡胶的力学性能、延长制品的使用寿命。试验表明，用50MPa压力硫化的轮胎的耐磨性能，较压力在2MPa硫化的轮胎的耐磨性能高出10%～20%。过高的压力会加速大分子的降解作用，反而会使橡胶的性能降低。在工艺上的原则为：制品塑性好，压力小；制品厚、层数多、结构复杂，压力大；薄壁制品压力低。生产中采用的硫化压力多在3.5～14.7MPa之间，模压一般天然橡胶制品常用压力为4.9～7.84MPa之间。（三）

压制模具橡胶压制模与一般塑料压塑模结构相同橡胶模在设计时注意如下问题：

（1）测温孔

为保证橡胶制品的质量，硫化温度的误差应控制在±2℃范围。在压制过程中，利用水银温度计通过测温孔控制温度。测温孔应设置在型腔附近约5～10mm处。（2）流胶槽

在加料时一般有5%～10%的余量，为保证制品精度，在型腔周围设置流胶槽，流胶槽多为R1.5～2mm的半圆形，在流胶槽与型腔之间开设一些小沟，使多余的胶料排出。二、橡胶注射成型（一）

橡胶注射成型工艺过程

1.成型过程

将混炼好的胶料通过加料装置加入料筒中加热塑化，塑化后的胶料在柱塞或螺杆的推动下，经过喷嘴射入到闭合的模具中，模具在规定的温度下加热，使胶料硫化成型。橡胶注射工艺过程：注射保压硫化出摸修边质检包装入库出厂喂料塑化

2.特点

特点

注射成型的硫化时间短、成型时间短、生产率高；制品质量稳定；可生产大型厚壁、薄壁及复杂集合形状制品。（二）

注射成型工艺条件主要有料筒温度、注射温度（胶料通过喷嘴后的温度）、注射压力、模具温度和成型时间。

（1）料筒温度

在一定温度范围内，提高料筒温度可以使胶料的粘度下降，流动性增加，有利于胶料的成型。一般柱塞式注射机料筒温度控制在70-80℃；螺杆式注射机因胶温较均匀，料筒温度控制在80-100℃，有的可达115℃。（2）注射温度

一般应控制在不产生焦烧的温度下，尽可能接近模具温度。（3）注射压力

注射压力是注射时螺杆或柱塞施于胶料单位面积的力，注射压力大，有利于胶料充模，还使胶料通过喷嘴时的速度提高，剪切摩擦产生的热量增大，这对充模和加快硫化有利。采用螺杆式注射机时，注射压力一般为80～110MPa。（4）模具温度

在注射成形中，由于胶料在充型前已经具有较高的温度、充型之后能迅速硫化，表层与内部的温差小，故模具温度较压制成形的高，一般可高出30～50℃。注射天然橡胶时，模具温度为170～190℃。（5）成型时间

成形时间是指完成一次成形过程所需时间。它是动作时间与硫化时间之和，由于硫化时间所占比例最大，故缩短硫化时间是提高注射成型效率的重要环节。硫化时间与注射温度、模具温度、制品壁厚有关。注射成型时间较压制成型时间少得多。表5-12天然橡胶注射成型与压制成型时间对比表成型方法料筒温度/℃

注射温度/℃

模具温度/℃

成型时间

注射成型8015017580s压制成型—

—

14320~25min第四节陶瓷的成形陶瓷定义“陶瓷”这一名词源自古代希腊的“烧物”，它意味着陶器是经焙烧而赋予其强度的材料，即陶瓷被定义为“经高温热处理工艺所合成的非金属无机材料”。目前，陶瓷为所有无机非金属材料的简称。陶瓷材料也常称为硅盐材料。全面的定义为：陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的、由金属元素和非金属元素的无机化合物构成的多相固体材料，包括陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、石膏、水泥、石灰、砖瓦、耐火材料等人造无机非金属材料。近20年来，陶瓷材料有巨大的发展，许多新型陶瓷的成分远超出硅酸盐的范畴，陶瓷的性能面临重大的突破，陶瓷的应用已渗透到各类工业、各种工程和各个技术领域。

第四节陶瓷的成型概述陶瓷的生产过程

将配制好的符合要求的坯料用不同的成型方法，制造出具有一定形状的坯体，坯体经干燥、施釉、烧结等工序，最后得到陶瓷制品。

成型过程原料处理坯料的制备坯体成型坯体成型方法浇注成型压制成型热压注成型

成型基础一．坯料的成型性能坯料对坯体成型工艺的适应性称坯料的成型性能。坯料分类：可塑泥团泥浆粉料二．调整坯料成型性能的添加剂添加剂种类及其作用：

1.解凝胶（又称解胶剂，稀释剂）主要用于注浆成型。应用

粘土质泥浆—无机电解质、有机酸盐类or聚合物电解质瘠性料浆——有机酸盐类or聚合物电解质目的

改善泥浆的流动性。成型基础3．润滑剂

用于压制成型目的提高粉料的湿润性，减少粉料颗粒之间及粉料与模具之间的摩擦，以增大压制坯体的密度。2．结合剂

用于可塑成型目的提高可塑泥团的塑性，增强生坯的强度种类有机物及其溶液、无机物质成型基础陶瓷新型陶瓷传统陶瓷种类

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）成型注浆、可塑成型为主注浆、压制、热压注、注射、轧膜、流延、等静压成型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、家电等行业陶瓷种类新型陶瓷原料氧化铝氧化鋯炭化硅氮化硅优点:高强度、耐高温、耐腐蚀或各种敏感特性；原料易于制备、产品附加值高、应用广。新型陶瓷生产过程配料坯料制备成型烧结后续加工(1)配料

制作陶瓷制品，首先要按瓷料的组成，将所需各种原料进行称量配料，它是陶瓷工艺中最基本的一环。称料务必精确，因为配料中某些组分加入量的微小误差也会影响到陶瓷材料的结构和性能。(2)坯料制备

配料后应根据不同的成形方法，混合制备成不同形式的坯料。如用于注浆成形的水悬浮液；用于热压注成形的热塑性料浆；用于挤压、注射、轧膜和流延成形的含有机塑化剂的塑性料；用于干压或等静压成形的造粒粉料。

混合一般采用球磨或搅拌等机械混合法。

新型陶瓷生产过程(3)成形

是将坯料制成具有一定形状和规格的坯体。成形技术与方法对陶瓷制品的性能具有重要意义，由于陶瓷制品品种繁多，性能要求、形状规格、大小厚薄不一，产量不同，所用坯料性能各异，因此采用的成形方法各种各样，应经综合分析后确定。新型陶瓷生产过程(4)烧结

是对成形坯体进行低于熔点的高温加热，使其粉体间产生颗粒粘结，经过物质迁移导致致密化和高强度的过程。只有经过烧结，成形坯体才能成为坚硬的具有某种显微结构的陶瓷制品（多晶烧结体），烧结对陶瓷制品的显微组织结构及性能有着直接的影响。

(5)后续加工

陶瓷经成形、烧结后，还可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，如磨削加工、研磨与抛光、超声波加工、激光加工甚至切削加工等。切削加工是采用金刚石刀具在超高精度机床上进行的，目前在陶瓷加工中仅有少量应用。

新型陶瓷成型方法一、浇注成型浇注成型：陶瓷原料粉体悬浮于水中制成料浆，然后注入模型内成型，坯体的形成主要有注浆成型（由模型吸水成坯）、凝胶注模成型（由凝胶原位固化）等方式。（一）注浆成型

注浆成型是将陶瓷悬浮料浆注入多孔质模型内，借助模型的吸水能力将料浆中的水吸出，从而在模型内形成坯体。其工艺过程包括悬浮料浆制备、模型制备、料浆浇注、脱模取件、干燥等阶段。

1．悬浮料浆的制备

这是注浆成型工艺的关键工序，注浆成形料浆是陶瓷原料粉体和水组成的悬浮液。为保证料浆的充型及成型性，利于得到形状完整、表面平滑光洁的坯体，减少成型时间和干燥收缩，减小坯体变形与开裂等缺陷，要求料浆具有良好的流动性、足够小的粘度（<1Pa·s）、尽可能少的含水量、弱的触变性（静止时粘度变化小）、良好的稳定性（悬浮性）及良好的渗透（水）性等性能。矛盾：新型陶瓷的原料粉体多为脊性料。必须采取一定措施，才能使料浆具有良好的流动性与悬浮性，单靠调节料浆水分是不可能的。

新型陶瓷成型方法

料浆悬浮的方法：

（1）控制料浆的pH值，如Al2O3料浆在pH值为3或12时，可获得较佳的流动性与悬浮能力；（2）加入适当的有机聚合电解质作分散剂，可降低料浆含水量，提高料浆的流动性与悬浮性能。目前生产上采用加入0.3%～0.6%陶瓷粉体的质量分数的阿拉伯树胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酸铵盐、聚甲基丙烯酸铵盐等调制料浆，再配合pH值控制，可降低料浆含水量（料浆中水的质量分数可低达20%～25%，甚至更低），且具有良好的流动性。

料浆通常采用湿法球磨或搅拌调制。最常用的注浆成形模型是石膏模，近年来也有用多孔塑料模的。

新型陶瓷成型方法新型陶瓷成型方法2．注浆方法

有实心注浆和空心注浆两种基本方法。另外，为了强化注浆过程，铸造生产的压力铸造、真空铸造、离心铸造等工艺方法也被用于注浆成形，并形成了压力注浆、真空注浆与离心注浆等强化注浆方法。（1）实心注浆

料浆注入模型后，料浆中的水分同时被模型的两个工作面吸收，注件在两模之间形成，没有多余料浆排出。新型陶瓷成型方法a)实心注浆b)空心注浆c)离心注浆（2）空心注浆

料浆注入模型后，由模型单面吸浆，当注件达到要求的厚度时，排出多余料浆而形成空心注件。坯体外形由模型工作面决定，坯体的厚度则取决于料浆在模型中的停留时间。新型陶瓷成型方法（3）强化注浆

在注浆过程中，人为地对料浆施加外力，以加速注浆过程进行，提高吸浆速度，使坯体致密度与强度得到提高。强化注浆法有真空注浆、离心注浆和压力注浆等。

适用范围：注浆成型适于制造大型厚胎、薄壁、形状复杂不规则的制品。

优点：成型工艺简单，

缺点：劳动强度大，不易实现自动化，且坯体烧结后的密度较小，强度较差，收缩、变形较大，所得制品的外观尺寸精度较低，因此性能要求较高的陶瓷一般不采用此法生产。

新型陶瓷成型方法（二）

凝胶注模成型

凝胶注模成型：首先将陶瓷细粉加入含分散剂、有机高分子化学单体（如丙烯酰胺与双甲基丙烯酰胺）的水溶液中，调制成低粘度、高固相（陶瓷原料粉的体积分数通常达50%以上）含量的浓悬浮料浆;再将聚合固化引发剂（如过硫酸铵）加入料浆混合均匀，在料浆固化前将其注入无吸水性的模型内;在所加引发剂的作用下，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。

新型陶瓷成型方法二、压制成型

压制成型是将经过造粒的粒状陶瓷粉料，装入模具内直接受压力而成型的方法。（一）造粒

造粒即制备压制成型所用的坯料，它是在陶瓷原料细粉中加入一定量的塑化剂（如4%～6%的浓度为5%的聚乙烯醇水溶液，作用是使本无塑性的坯料具有可塑性），制成粒度较粗（约20目左右）、含一定水分、具有良好流动性的团粒，以利于陶瓷坯料的压制成型。对于新型陶瓷用粉料的粒度，应是愈细愈好，但太细对成形性能不利。造粒质量好坏直接影响成形坯体及烧结体的质量，所以造粒是压制成形工艺的关键工序。在各种造粒方法中，以喷雾干燥法造粒的质量最好，且适用于现代化大规模生产，目前已广为采用。

喷雾干燥造粒法：将混合有适量塑化剂的陶瓷原料粉体预先调制成浆料(方法同注浆成形浆料的调制)，再用喷雾器喷入造粒塔进行雾化和热风干燥，出来的粒子即为流动性较好的球状团粒。新型陶瓷成型方法（二）

压制方法

压制方法主要有干压成形、等静压成形和热压烧结成形等。

1．干压成形

将造粒制备的团粒(水的质量分数<6%)，松散装入模具内，在压机柱塞施加的外压力作用下，团粒产生移动、变形、粉碎而逐渐靠拢，所含气体同时被挤压排出，形成较致密的具有一定形状、尺寸的压坯，然后卸模脱出坯体。新型陶瓷成型方法

图5-29干压成形的密度梯度a)单向加压b)双向加压新型陶瓷成型方法单向加压时，压力的不均匀分布更明显，而且坯体高度与直径之比愈大，压力分布愈不均匀。双向加压方式是上下压头（柱塞）从两个方向向模套内加压，压力分布的不均匀程度减轻，故压坯密度相对较均匀。

为保证坯体质量，干压成形时需根据坯体形状、大小、壁厚及粉料流动性、含水量等情况，控制好成形压力（一般为40～100MPa）、加压速度与保压时间等工艺参数。

优点：操作方便，生产周期短，效率高，易于实现自动化生产，适宜大批量生产形状简单（圆截面形、薄片状等）、尺寸较小（高度为0.3～60mm、直径5～50mm）的制品；由于坯体含水或其它有机物较少，因此坯体致密度较高，尺寸较精确，烧结收缩小，瓷件力学强度高。

缺点：

干压成形坯体具有明显的各向异性，也不适于尺寸大、形状复杂制品的生产；所需的设备、模具费用较高。

新型陶瓷成型方法新型陶瓷成型方法

2.等静压成型

是利用液体或气体介质均匀传递压力的性能，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的一种新型压制成形方法。

特点：坯体密度高且均匀，烧结收缩小，不易变形，制品强度高、质量好，适于形状复杂、较大且细长制品的制造。但等静压成形设备成本高。分类：冷等静压成形与热等静压成形两种。新型陶瓷成型方法(1)冷等静压成型

在室温下，采用高压液体传递压力的等静压成形，根据使用模具不同又分为湿式等静压成形和干式等静压成形两种。

冷等静压成形a)湿式b)干式模具两头并不施压，适宜成型长型、薄壁、管状制品效率不高，成型多品种、形状复杂、产量小和大型制品。两者区别在哪里？

(2)热等静压成形型

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，是在冷等静压成形与热压烧结的工艺基础上发展起来的，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，使成型与烧结同时完成。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。新型陶瓷成型方法新型陶瓷成型方法

3.热压烧结

是将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。由于加热加压同时进行，陶瓷粉料处于热塑性状态，有利于粉末颗粒的接触、流动等过程的进行，因而可减小成形压力，降低烧结温度，缩短烧结时间，容易得到晶粒细小、致密度高、性能良好的制品。制品形状简单，且生产效率低。

热压(成型)烧结示意图新型陶瓷成型方法三、热压注成型

热压注成型：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。蜡浆的制备是热压注成型工艺中最重要的一环，其制备过程下。原料：拌蜡前的陶瓷细粉应充分干燥并加热至60～80℃。石蜡作为增塑剂，具有良好的热流动性、润滑性和冷凝性，其加入量通常为陶瓷粉料用量的12%～16%。加入表面活性物质（如油酸、硬脂酸、蜂腊等）的目的是使陶瓷细粉与石蜡更好结合，减少石蜡用量，改善蜡浆成形性能与提高腊坯强度。工艺：热压注成型时，蜡浆温度一般为65～75℃、模具温度为15～25℃、注浆压力为0.3～0.5MPa及压力持续时间通常为0.1～0.2s。热压注成形的腊坯在烧结之前，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。新型陶瓷成型方法优点：批量生产外形复杂、表面质量好、尺寸精度高的中小型制品；设备较简单，操作方便，模具磨损小，生产效率高。缺点：但坯体密度较低，烧结收缩较大，易变形，不宜制造壁薄、大而长的制品，且工序较繁，耗能大，生产周期长。新型陶瓷成型方法四、其它成形方法

（一）

挤压成形

挤压成型是将经真空炼制的可塑泥料置于挤制机（挤坯机）内，通过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。

新型陶瓷成型方法

图5-33挤压成形模具组合图优点：挤压成型适于挤制长尺寸细棒、壁薄管、薄片制品，其管棒直径约Φ1～30mm，管壁与薄片厚度可小至0.2mm；可连续批量生产，生产效率高；坯体表面光滑、规整度好。缺点：模具制作成本高，且由于溶剂和粘结剂较多，导致烧结收缩大，制品性能受影响。

新型陶瓷成型方法（二）

注射成型

注射成型是将陶瓷粉和有机粘结剂混合后，加热混练并制成粒状粉料，经注射成型机，在130～300℃温度下注射到金属模腔内，冷却后粘结剂固化成型，脱模取出坯体。

优点：注射成形适于形状复杂、壁薄（0.6mm）、带侧孔制品（如汽轮机陶瓷叶片等）的大批量生产，坯体密度均匀，烧结体精度高，且工艺简单、成本低。

缺点：生产周期长，金属模具设计困难，费用昂贵。新型陶瓷成型方法（三）

流延、轧膜成型

流延、轧膜成形方法用于陶瓷薄膜坯的成型。1．流延成型是将陶瓷粉料与粘合剂、增塑剂、分散剂、溶剂等进行混磨，形成稳定、流动性良好的陶瓷料浆。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。

流延成型

新型陶瓷成型方法2．轧膜成型

是将陶瓷粉料与一定量的有机粘结剂和溶剂混合拌匀后，轧膜成型，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。轧膜成型

新型陶瓷成型方法

复合材料：将两种或两种以上不同性质的材料组合在一起，构成的性能比其组成材料优异的一类新型材料。

组成：一类作为基体材料，形成几何形状并起粘接作用，如树脂、陶瓷、金属等；另一类作为增强材料，起提高强度或韧度作用，如纤维、颗粒、晶须等。

第五节复合材料成形特点：复合材料具有的可设计性、材料和制品一致性的特点；应当根据制品的结构形状和性能要求来选择成形方法。

结构：复合材料是由连续的基体相包围以某种规律分布于其中的分散强化相而形成的多相材料。复合材料的成形工艺主要取决于复合材料的基体，一般情况下，其基体材料的成形工艺方法也常常适用于以该类材料为基体的复合材料，特别是以颗粒、晶须及短纤维为增强体的复合材料。

成型工艺举例：金属材料的各种成形工艺多适用于颗粒、晶须及短纤维增强的金属基复合材料，包括压力铸造、熔模铸造、离心铸造、挤压、轧制、模锻等。（一）热固性树脂基复合材料的成形

热固性树脂基复合材料以热固性树脂为基体，以无机物、有机物为增强材料。常用的热固性树脂有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等；常用的增强材料有碳纤维（布）、玻璃纤维（布、毡）、有机纤维（布）、石棉纤维等。碳纤维常用以增强环氧树脂，玻璃纤维常用以增强不饱和聚酯树脂。

热固性树脂基复合材料的成形方法主要有：

树脂基复合材料成形

（1）手糊成形

先在涂有脱模剂的模具上均匀涂上一层树脂混合液，再将裁剪成一定形状和尺寸的纤维增强织物，按制品要求铺设到模具上，用刮刀、毛刷或压棍使其平整并均匀浸透树脂、排除气泡。多次重复以上步骤层层铺贴，直至所需层数，然后固化成形，脱模修整获得坯件或制品。热固性复合材料成形

特点：操作技术简单、灵活，适于多品种、小批量生产，不受制品尺寸和形状的限制，可根据设计要求手糊成形不同厚度、不同形状的制品。生产效率低，劳动条件差且劳动强度大；制品的质量、尺寸精度不易控制，性能稳定性差，强度较其它成形方法低。应用：手糊成形可用于制造船体、储罐、储槽、大口径管道、风机叶片、汽车壳体、飞机蒙皮、机翼、火箭外壳等大中型制件。（2）喷射成形

喷射成形是将调配好的树脂胶液（多采用不饱和聚酯树脂）与短切纤维（长度25～50mm），通过喷射机的喷枪（喷嘴直径1.2～3.5mm，喷射量8～60g/s）均匀喷射到模具上沉积，每喷一层（厚度应小于10mm），即用棍子滚压，使之压实、浸渍并排出气泡，再继续喷射，直至完成坯件制作，最后固化成制品。

热固性复合材料成形

图5-37喷射成形原理图1—树脂罐与泵2—纤维3—喷枪4—模具喷射成形法特点：

生产效率提高，劳动强度降低，适于批量生产大尺寸制品，制品无搭接缝，整体性好。场地污染大，制品树脂含量高（质量分数约65%），强度较低。

喷射法可用于成形船体、容器、汽车车身、机器外罩、大型板等制品。

（3）铺层法成形

用手工或机械手，将预浸材料（将连续纤维或织物、布浸渍树脂，烘干而成的半成品材料，如胶布、无纬布、无纬带等）按预定方向和顺序在模具内逐层铺贴至所需厚度（或层数），获得铺层坯件，然后将坯件装袋，经加热加压固化、脱模修整获得制品。

铺层成形的制品强度较高，铺贴时，纤维的取向、铺贴顺序与层数可按受力需要，根据材料的优化设计来确定。

热固性复合材料成形

铺层坯件的加温加压固化方法通常有真空袋法、压力袋法、热压罐法等

图5-38铺层加压固化方法示意图a)真空袋法b)压力袋法c)热压罐法真空袋法压力约为0.05～0.07MPa。

压力袋法压力可达0.25～0.5MPa。

加压和加热使其固化成形，热压罐法可获得压制紧密，厚度公差范围小的高质量制件，适用于制造大型和复杂的部件，如机翼、导弹载入体、部件胶接组装等。但该法能源利用率低，热压罐重量较大、结构复杂，设备费用高。

应用：高级复合材料已广泛用在航天飞机上，如飞机机翼、舱门、尾翼、壁板、隔板等薄壁件、工字梁等型材。有的已代替金属材料作为主要承力构件。真空袋法、压力袋法和热压罐还可用于手糊成形或喷射成形坯件的加压固化成形。

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（４）缠绕法成形

是采用预浸纱带、预浸布带等预浸料，或将连续纤维、布带浸渍树脂后，在适当的缠绕张力下按一定规律缠绕到一定形状的芯模上至一定厚度，经固化脱模获得制品的一种方法。缠绕法成形可以保证按照承力要求确定纤维排布的方向、层次，充分发挥纤维的承载能力，体现了复合材料强度的可设计性及各向异性，因而制品结构合理、比强度高；纤维按规定方向排列整齐，制品精度高、质量好；易实现自动化生产，生产效率高。

缠绕法成形需缠绕机、高质量的芯模和专用的固化加热炉等，投资较大。

热固性复合材料成形

图5-39缠绕法成形示意图主要用途：大批量成形需承受一定内压的中空容器，如固体火箭发动机壳体、压力容器、管道、火箭尾喷管、导弹防热壳体、贮罐、槽车等。制品外形除圆柱形、球形外，也可成形矩形、鼓形及其它不规则形状的外凸型及某些复杂形状的回转型。（５）模压成形

模塑料、预浸料以及缠绕在芯模上的缠绕坯料等在金属模具中，在压力和温度作用下经过塑化、熔融流动、充满模腔成形固化而获得制品。

模塑料是由树脂浸渍短切纤维经过烘干制成的，如散乱状的高强度短纤维模塑料（纤维含量高）、成卷的片状模塑料(片料宽度1.0mm，厚度2.0mm)、块状模塑料（一定重量和形状的料块）、成形坯模塑料（结构、形状、尺寸与制品相似的坯料）等。

热固性复合材料成形

优点：模压成形方法适用于异形制品的成形，生产效率高，制品的尺寸精确、重复性好，表面粗糙度小、外观好，材料质量均匀、强度高，适于大批量生产。结构复杂制品可一次成形，无需有损制品性能的辅助机械加工。

主要缺点是模具设计制造复杂，一次投资费用高，制件尺寸受压机规格的限制。一般限于中小型制品的批量生产。热固性复合材料成形

热固性复合材料成形

模压成形工艺按成形方法可分为压制模压成形、压注模压成形与注射模压成形。（1）压制模压成形

将模塑料、预浸料（布、片、带需经裁剪）等放入金属对模（由凸模和凹模组成）内，由压力机（大多为液压机）将压力作用在模具上，通过模具直接对模塑料、预浸料进行加压，同时加温，使其流动充模，固化成形。整个模压过程是在一定温度、压力、时间下进行的，所以温度、压力和时间是控制模压成形工艺的主要参数，其中温度的影响尤为重要(??)。

压制模压成形工艺简便，应用广泛，可用于成形船体、机器外罩、冷却塔外罩、汽车车身等制品。（2）压注模压成形

将模塑料在模具加料室中加热成熔融状，然后通过流道压入闭合模具中成形固化，或:

先将纤维、织物等增强材料制成坯件置入密闭模腔内，再将加热成熔融状态的树脂压入模腔，浸透其中的增强材料，然后固化成形，如图所示。

热固性复合材料成形

主要用于：制造尺寸精确、形状复杂、薄壁、表面光滑、带金属嵌件的中小型制品，如各种中小型容器及各种仪器、仪表的表盘、外壳等，还可制作小型车船外壳及零部件等。

（3）注射模压成形

将模塑料在螺杆注射机的料筒中加热成熔融状态，通过喷嘴小孔，以高速、高压注入闭合模具中固化成形;

特点:是高效率自动化的模压工艺，适于生产小型复杂形状零件，如汽车及火车配件、纺织机零件、泵壳体、空调机叶片等。

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４．其它成形方法（1）层压成形

将纸、棉布、玻璃布等片状增强材料，在浸胶机中浸渍树脂，经干燥制成浸胶材料，然后按层压制品的大小，对浸胶材料进行裁剪，并根据制品要求的厚度（或质量）计算所需浸胶材料的张数，逐层叠放在多层压机上，进行加热层压固化，脱模获得层压制品。

为使层压制品表面光洁美观，叠放时可于最上和最下两面放置2～4张含树脂量较高的面层用浸胶材料。

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（2）离心浇注成形

利用筒状模具旋转产生的离心力将短切纤维连同树脂同时均匀喷洒到模具内壁形成坯件；或先将短切纤维毡铺在筒状模具的内壁上，再在模具快速旋转的同时，向纤维层均匀喷洒树脂液浸润纤维形成坯件，坯件达所需厚度后通热风固化。

特点：制件壁厚均匀，外表光洁的特点。应用：大直径筒、管、罐类制件的成形。

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（3）拉挤成形

将浸渍过树脂胶液的连续纤维束或带，在牵引机构拉力作用下，通过成形模定形，再进行固化，连续引拔出长度不受限制的复合材料管、棒、方形、工字形、槽形、以及非对称形的异形截面等型材，如飞机和船舶的结构件，矿井