《模具制造工艺》-模块六

模块六模具工作零件的其他成形方法任务一掌握型腔的冷挤压加工任务二认识快速成形技术任务三认识超塑成形工艺任务四其他成形工艺上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工一、冷挤压加工的特点冷挤压加工是在常温条件下，将淬硬的工艺凸模压入模坯，使坯料产生塑性变形，以获得与工艺凸模工作表面形状相同的内成形表面。冷挤压方法适用于加工以有色金属、低碳钢、中碳钢、有一定塑性的工具钢为材料的塑料模型腔、压铸模型腔、锻模型腔和粉末冶金压模的型腔。冷挤压加工型腔和其他加工方法相比具有以下特点：①可以加工某些难于进行切削加工的形状复杂的型腔。②挤压过程简单迅速，生产率高，一个挤压冲头可以多次使用。③加工精度高（可达IT7或更高），可达Ra<0.16

m。④冷挤压的型腔材料纤维不切断，型腔强度高。下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工⑤若需要很高的压力、缓缓的挤压速度，最好使用专用油压机。⑥适用于塑性较好的材料。对于塑性较差的材料，只能挤压形状较简单、深度较浅的型腔。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工二、冷挤压加工方式型腔的冷挤压形式有敞开式和封闭式两种。1.敞开式冷挤压如图6-1所示，挤压时在型腔毛坯外面不加护套。被挤压金属的塑性流动，不但沿工艺凸模的轴线方向，也沿半径方向（图中箭头所示）流动。因此，敞开式冷挤压只宜在模坯的端面积与型腔在模坯端面上的投影面积与之比较大，以及模坯厚度和型腔深度之比较大的情况下才采用。否则，坯料将向外胀大或产生很大的翘曲，使型腔的精度降低甚至使坯料开裂报废。因此，敞开式冷挤压只用于加工精度要求不高的浅型腔。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工2.封闭式冷挤压如图6-2所示，将坯料放在冷挤压模套内进行挤压加工，工艺凸模压入坯料，因坯料的变形受到模套的限制，使金属只能沿着与压入相反的方向流动，迫使变形金属与工艺凸模紧密贴合，提高了型腔的成形精度。由于金属的塑性变形受到限制，需要的挤压力较敞开式的大。封闭式冷挤压宜用于精度要求较高、深度较大、坯料体积较小的型腔。由于封闭式冷挤压是将工艺凸模和坯料约束在导向套与模套内进行挤压，除使工艺凸模获得良好的导向外，还能防止凸模断裂或坯料开裂飞出，故安全性较高，但就油压机本身来说仍需考虑安全措施。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工三、冷挤压的工艺准备1.型腔冷挤压压力的计算型腔冷挤压所需压力的大小，与冷挤压的方式、模坯材料及性能、挤压时的润滑情况等许多因素有关。一般采用以下公式计算：

F=10-6·pA（6－1）式中，F——冷挤压所需要的压力（N）；

A——型腔投影面积（mm2）；

p——单位挤压力（MPa），见表6-1。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工2.冷挤压设备选择由于型腔冷挤压所需要的单位挤压力大、速度低、动作简单、行程短、挤压工具及坯料体积小，因此可采用构造不太复杂的小型专用油压机。油压机要求刚性好、柱塞导向准确、工作平稳、能方便观察挤压情况和反映挤入深度，并具有防止挤压凸模断裂和坯料崩裂而溅出的安全防护装置。3工艺凸模工艺凸模在工作时要承受极大的挤压力，其工作表面和流动金属之间作用着极大的摩擦力，因此，工艺凸模应具有足够的强度、硬度和耐磨性。在选择工艺凸模材料及结构时，应充分考虑这些特点。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工为便于机械加工，工艺凸模材料应具有良好的切削加工性能。另外，材料的淬硬性要好、热处理容易、变形小，挤压软材料时淬硬到60～63HRC，挤压硬材料时淬硬到61～64HRC。表6-2列出了工艺凸模常用材料。艺凸模的结构如图6-3所示，它由三个部分组成：（1）工作部分图6-3中所示的

L1段。工作时这部分要挤入型腔坯料中，其尺寸应和型腔的设计尺寸一致，精度比型腔高一级，表面粗糙度Ra=0.32～0.08

m。一般将工作部分的长度取型腔深度的11～13倍。端部圆角半径

r不应小于0.2mm。为便于脱模，在可能的情况下将工作部分做出1∶50的脱模斜度。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工（2）导向部分图6-3中所示的

L2段，用来和导向套的内孔配合，以保证工艺凸模和工作台面垂直，在挤压过程中可防止凸模倾斜，保证正确压入。一般取D=15d，L2>（1～15）D。外径D与导向套的配合为D8/h7，表面粗糙度Ra=125

m。端部的螺孔是为了便于将工艺凸模从型腔中脱出而设计的。螺钉脱落情况如图6-4所示。（3）过渡部分过渡部分是工艺凸模工作端和导向端的连接部分，为减少工艺凸模应力集中，防止挤压时断裂，过渡部分应采用较大半径的圆弧平滑过渡，一般取R≥5mm。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工4.冷挤压用模套在封闭式冷挤压时，将型腔毛坯放在模套内进行挤压。模套的作用是限制毛坯的径向流动，使之处于三向应力状态下，以提高模坯的塑性变形能力，防止坯料破裂。常用的模套有以下两种：（1）单层模套图6-5所示为单层模套。实验证明，对于单层模套r2/r1

比值越大则模套的强度越大。但当r2/r1>4时，即使再增加模套的厚度，强度的增大也已不明显，因此，在实际使用中常取r2/r1=4。（2）双层模套图6-6所示为双层模套。双层模套与相同外径的单层模套相比具有较高的强度，其强度可提高30%～50%。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工它是由内、外两层模套组成的，内、外套采用过盈配合，过盈量一般为0.008d（d为过盈配合的直径，mm），给内套形成一定的预应力。各模套尺寸分别为：r3=（35～4）r1，r2=（17～18）r1，内模套与坯料接触部分的表面粗糙度Ra=1.25～0.16

m。经热处理后的硬度为43～48HRC。单层模套和内模套的材料一般用45号钢、40Cr、30CrMn，热处理硬度为43～48HRC。外模套材料为Q235或45号钢。5冷挤压用坯料冷挤压坯料应采用在退火状态下硬度低、塑性好、便于加工，以及淬火后能达到硬度和耐磨性高、韧性好、变形小的材料，如10、20、20Cr、T8A、T10A、3Cr2W8V。必须根据模具类型、产品数量、型腔复杂程度等综合考虑，常用材料见表6-3。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工坯料在机加工后，必须进行退火处理（低碳钢完全退火至硬度为100～160HB，中碳钢球化处理至硬度为160～200HB），以提高材料的塑性，降低强度以减小挤压时的变形抗力。在确定模坯的形状尺寸时，应同时考虑模具的设计尺寸要求和工艺要求，模坯的厚度尺寸与型腔的深度的比值，以及模坯的端面积与型腔在端面上投影面积之间的比值都要足够大，以防止在冷挤压时模坯产生翘曲或开裂。封闭式冷挤压坯料的外形轮廓，一般为圆柱体或圆锥体，其尺寸按以下经验公式确定［图6-7（a）］。

D=（2～25）d（6－2）

h=（25～3）d（6－3）上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工式中，D——坯料直径；

d——型腔直径；

h——坯料高度；

h1——型腔深度。有时为减小挤压力，可在模坯底部加工出减荷穴，如图6-7（b）所示。减荷穴的直径d1=（06～07）d，减荷穴处切除的金属体积约为型腔体积的60%。但当型腔底面需要同时挤出图案或文字时，坯料不能设置减荷穴，应将模坯顶面做成球面［图6-8（a）］，或在模坯底面垫一块和图案大小一致的垫块，如图6-8b所示，以使图案文字清晰。冷挤压坯料的顶面，挤压后成为型腔的工作表面，因此，坯料加工时应保证顶面的粗糙度

Ra≤0.32

m。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工6.冷挤压时的润滑在冷挤压过程中，工艺凸模与坯料通常要承受（2～35）×109MPa的挤压力。为提高型腔表面的质量和便于脱模，以及减小工艺凸模与模坯之间的摩擦力，从而减少工艺凸模破坏的可能性，提高凸模的使用寿命，在坯料与工艺凸模之间要施加必要的润滑。常用的润滑方法如下：①为保证良好润滑，防止在高压下润滑剂被挤出，最简单的润滑方法是将经除油清洗过的工艺凸模和坯料，在硫酸铜饱和溶液中浸渍3～4s，并涂凡士林或用机油稀释的二硫化钼润滑剂。应注意防止润滑剂浸到文字或花纹里，以免影响文字和花纹的清晰。上一页下一页返回任务一掌握型腔的冷挤压加工②将工艺凸模进行镀铜或镀锌处理，再将坯料除油清洗后，放入磷酸盐溶液中浸渍，使坯料表面产生一层不溶于水的金属磷酸盐薄膜。该薄膜厚度一般为5～15

m，能承受高温、高压，具有多孔性组织，能储存润滑剂。挤压时再用机油稀释二硫化钼润滑剂，涂于工艺凸模和坯料表面，可以保证在高压下使坯料和工艺凸模隔开，防止工艺凸模与坯料的黏附现象。上一页返回任务二认识快速成形技术一、快速成形方法快速成形方法是直接根据产品CAD的三维实体模型数据，经计算机处理后，将三维模型转化为许多平面模型的叠加，再通过计算机控制、制造一系列平面模型并加以联结，形成复杂的三维实体零件。这样，产品的研制周期可以显著缩短，并可节省研制费用。1.快速成形原理快速成形技术不同于传统的在型腔内成形毛坯切削加工后获得零件的方法，而是在计算机控制下，基于离散/堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成形与制造的技术。从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加而成。下一页返回任务二认识快速成形技术从CAD电子离散模型中得到点、面的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件的三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。快速成形技术是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状三维物理实体的技术的总称，其基本过程是：①由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型，即数字模型或称电子模型。②根据工艺要求，按照一定的规则将该模型离散为一系列有序的单元，通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来的三维电子模型变成一系列的二维层片。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术③根据每个层片的轮廓信息进行工艺规划，选择合理的加工参数，自动生成数控代码。④由成形机接受控制指令制造一系列层片并自动将它们连接起来，得到一个三维物理实体。这样就将一个物理实体的复杂的三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，并且成形过程的难度与待成形的物理实体形状和结构的复杂程度无关。2.快速成形技术的特点（1）高度柔性快速成形技术的最突出特点就是柔性好，它取消了专用工具，在计算机管理和控制下可以制造出任意复杂形状的零件，把可重编程、重组、连续改变的生产装备用信息方式集成到一个制造系统中。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术（2）技术的高度集成快速成形技术是计算机技术、数控技术、激光技术与材料技术的综合集成。在成形概念上，它以离散/堆积为指导，在控制上以计算机和数控为基础，以最大的柔性为目标。因此只有在计算机技术、数控技术高度发展的今天，才有可能诞生快速成形技术。（3）设计制造一体化快速成形技术的另一个显著特点就是CAD/CAM一体化。在传统的CAD/CAM技术中，由于成形思想的局限性，致使设计制造一体化很难实现。而对于快速成形技术来说，由于采用了离散/堆积分层制造工艺，能够很好地将CAD/CAM结合起来。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术（4）快速性快速成形技术的一个重要特点就是其快速性。由于激光快速成形是建立在高度技术集成的基础之上，从CAD设计到原型的加工完成只需几小时至几十小时，比传统的成形方法速度要快得多，这一特点尤其适合于新产品的开发与管理。（5）自由成形制造（FreeFormFabrication,FFF）快速成形技术的这一特点是基于自由成形制造的思想。自由的含义有两个方面：①根据零件的形状，不受任何专用工具（或模腔）的限制而自由成形。②不受零件任何复杂程度的限制。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术由于传统加工技术的复杂性和局限性，要达到零件的直接制造仍有很大难度。RP技术大大简化了工艺规程、工装准备、装配等过程，很容易实现由产品模型驱动直接制造或称自由制造。（6）材料的广泛性由于各种RP工艺的成形方式不同，因而材料的使用也各不相同，如金属、纸、塑料、光敏树脂、蜡、陶瓷，甚至纤维等材料在快速成形领域已有很好的应用。3快速成形技术的应用（1）产品设计评估与功能测验RP技术的第一个重要应用是产品的概念原型与功能原型制造。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术采用RP技术制造产品的概念原型，用于展示产品设计的整体概念、立体形态和布局安排，进行产品造型设计的宣传，可用于产品展示、投标、面市等。功能原型用于产品的结构设计检查，装配干涉检验，静、动力学试验和人机工程等，从而优化产品设计。同时还可以通过产品的功能原型研究产品的一些物理性能、机械性能。通过RP技术快速制造出产品的功能原型，可以尽早地对产品设计进行测试、检查和评估，缩短产品设计反馈的周期和产品的开发周期，大大降低产品的开发费用，大幅度提高产品开发的成功率。（2）快速模具制造先进快速模具制造技术是近年来模具制造业中十分活跃的领域之一。限制产品推向市场时间的主要因素是模具及模型的设计时间。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术由于现代社会产品竞争十分激烈，产品快速推向应市场往往是竞争制胜的关键，所以模具快速制造显得尤为重要。传统模具制造的方法如数控铣削加工、成形磨削、电火花加工、线切割加工、铸造模具、电解加工、电铸加工、压力加工和照相腐蚀等，工艺复杂、时间长、费用高，影响了新产品对于市场的响应速度。传统的快速模具（例如中低熔点合金模具、电铸模、喷涂模具等）又由于工艺粗糙、精度低、寿命短，很难完全满足用户的要求，特别是常常因为模具的设计与制造中出现的问题无法改正，而不能做到真正的“快速”。因此，应用RP技术制造快速模具，在最终生产模具开模之前进行产品的试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，有效地节约开发时间和费用。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术在RP原型制造出来之后，以此原型作为基础，采用一次转换或多次转换工艺，制造出实际的大批量生产中或产品试制中零件使用的模具，称为间接模技术。间接模技术目前是RP技术最重要的应用领域。（3）医学上的仿生制造RP技术在医学方面有许多应用，如根据CT扫描或MRI核磁共振的数据，采用RP技术可以快速制造人体骨骼和软组织的实体模型。这些人体器官实体模型可帮助医生进行病情辅助诊断和确定治疗方案，具有巨大的临床价值和学术价值。这些模型可以为每个个体的人单独设计和制造，提供了个性化服务。（4）艺术品的制造上一页下一页返回任务二认识快速成形技术艺术品和建筑装饰品是根据设计者的灵感构思设计出来的，采用RP可使艺术家的创作、制造一体化，为艺术家提供最佳的设计环境和成形条件。（5）直接制造金属型RP技术不仅应用于设计过程，而且也延伸到制造领域。在制造业中，限制产品推向市场时间的主要因素是模具及模型的设计时间，RP是快速设计的辅助手段，而更多的厂家则希望直接从CAD数据制成产品，所以RM技术就更令人关注。有关专家预测未来零件的快速制造将越来越广泛，也就是说RM将很可能逐渐占据主导，使设计和制造更紧密地连接在一起。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术RP出现的新工艺大部分都与直接制造金属型有关，例如三维焊接成形（Three-DimensionalWeldingShaping）、气相沉积成形（SelectiveAreaLaserDeposition）、激光工程化净成形技术（LaserEngineeringNetShaping）、液态金属微滴沉积技术（LiquidMetalDropletEjectionandDepositionTechniques）和热化学反应的液相沉积型（ThermoChemicalLiquidDeposition）等。最近TerryWohlers提出“RPwillmeanrapidproduction”（RP将意味快速生产）的新定义更加明确了这一发展方向。目前RP技术与其他领域出现的新结合点是：生物制造、微纳米制造和激光制造技术。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术快速成形制造技术是一种新颖的、与传统制造方式迥然不同的制造技术，尽管问世时间不长，目前还不够成熟，但其发展却异常迅猛，受到人们的广泛重视。据专家预测，这一新型制造技术对制造业的影响完全可与数控技术相媲美。快速成形技术属于先进制造技术的范畴，该技术在制造思想的实现方式上具有革命性的突破，它可以自动、快捷地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型产品，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能实验，有效地缩短了产品的研制周期。快速成形技术的出现，开辟了不使用刀具、模具等传统工具而制作各类零部件的新途径，并为目前尚不能制作或难以制作的零件和模型提供了一种新的制造手段。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术快速成形制造技术可为CAD／CAM系统提供极具实用价值的技术支持，使通过CAD获得的几何图形实体化。毫无疑问，这一具有革命性的制造技术的出现和发展，必将为科学研究、医疗、机械制造、模具制造等各个领域的技术创新带来突破性进展。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术二、快速成形制模法1）立体平板印刷法立体平板印刷法（简称SLA）又称立体光照成形法，是使用各种光敏树脂为成形材料、以激光为能源、以树脂固化为特征的快速成形方法。（1）成形原理首先采用计算机辅助设计形成零件的计算机三维立体模型，通过计算机软件对模型进行平面分层（一般为0.01～0.02mm），得到每一层截面的形状数据。然后由计算机控制氦—镉激光器1发出的激光束2，按照截面的形状数据，从基层形状开始逐点扫描，如图6-9所示。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术当激光束照射到液态光敏树脂4时，被照射的液态树脂产生交联而固化，即可形成一层薄薄的固化层，即零件的截面形状。升降台沿Z轴下降一个分层厚度，扫描第二层的形状，新固化层粘在前面的固化层上。就这样逐层地进行照射、固化、下沉，最终堆积成三维模型实体，得到设计的零件。常用的光敏树脂材料有丙烯酸树脂、乙烯树脂和环氧树脂。（2）立体平版印刷装置立体平版印刷装置由计算机和激光成形装置两大部分组成。计算机的作用是进行零件的三维立体造型，将立体造型进行分层处理，形成每层截面的二维形状数据。激光成形装置由计算机控制系统、激光发生器、机械运动系统和树脂循环系统组成。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术计算机控制系统控制造型机构的运动轨迹；机械运动系统驱动升降台作

Z轴运动，X、Y

轴的激光扫描以及刮平器对树脂液面进行刮平，树脂循环系统控制树脂的液面和温度。由于树脂黏度较大，流动性差，固化层表面还有张力作用，若靠树脂本身自然流动达到液面静止，则时间过长，因此可采用刮平器帮助液态树脂附着在固化层上，使液面稳定下来。对分层厚度、光束直径、扫描速度和树脂液温度等成形工艺参数可分别进行控制调整。2）物体叠层制造法叠层制造法（简称LOM）是采用激光束切割薄层材料并使其依次黏结形成立体形状的成形方法，其工作原理如图6-10所示。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术薄层材料可以是纸片、塑料薄膜或复合材料等。它单面涂敷一层很薄的热敏感黏结剂（一般为热熔胶），当薄层材料表面达到一定温度后，其上的热敏感黏结剂将薄层材料粘在一起。物体叠层制造法同立体平板印刷法一样，首先用计算机构建零件的三维模型，然后进行分层处理，生成每层的二维形状轮廓数据。激光器发出的激光束沿XY

平面运动，按每层形状的内外轮廓进行切割，然后新薄层材料叠加在上面，由加热辊加热压合黏结，再切割新层、胶贴，如此逐层堆积，直至完成。3）选择性激光烧结法上一页下一页返回任务二认识快速成形技术选择性激光烧结法（简称SLS）是采用粉末材料为原材料，将粉末铺成一薄层（100～200

m），利用大功率的二氧化碳激光器对粉末进行加热烧结，然后再铺一层进行烧结，一层层堆积而最后成形的方法，如图6-11所示。一般烧结后还要进行打磨烘干。造型用的材料有石蜡粉、ABS塑料粉、金属粉和陶瓷粉等。4）熔丝沉积制造法熔丝沉积制造法（简称FDM）也称熔融沉积造型，它是以熔丝为原料，由计算机控制加热成半熔状的熔丝，经喷嘴喷涂到预定位置。在逐点喷涂生成一层截面（厚度为0.025～0.762mm）后,Z轴工作台下移,然后在前一层基础上再按新截面形状喷涂、堆积而成零件的方法,如图6-12所示。常用的熔丝材料有石蜡、尼龙和ABS等。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术二、快速成形制模法选择激光烧结法除用于制作模型外，还可用来直接制作金属模具。首先将金属粉末用易消失的聚合物树脂包覆，通过选择激光烧结法得到树脂金属黏结实体，将树脂在一定条件下分解使之消失，即可得到成形后的金属黏结实体。再将金属黏结实体在高温下烧结，而形成多孔状的金属低密度烧结件，最后再渗入熔点较低的金属，完成金属模具制造。采用这种选择性激光烧结制作的钢铜合金塑料注射模，模具寿命可达5万件以上。物体叠层制造法利用金属薄箔为原料，熔丝沉积制造法用金属熔丝为原料，都可以直接制造金属模具（一般仅限于塑料注射模）。上一页下一页返回任务二认识快速成形技术以上制模法称为直接制模法，而采用快速成形技术制作非金属母模，再利用母模制造金属模具的方法称为间接制模法。根据母模材料及模具的不同，可分别采用电铸、精密铸造、陶瓷型铸造等方法制取模具。快速成形间接制模法的种类和特点见表6-4。上一页返回任务三认识超塑成形工艺一、超塑成形工艺的概念金属的超塑性是指金属在特定的温度及应变速率下，以极小的变形力（约为正常值的1/10～1/20，一般＜10MN）获得极大的伸长率，

可达100%～2000%。而一般有色金属伸长率

为50%～60%，黑色金属伸长率

＜40%，而不发生缩颈和断裂的特性。金属材料经超塑性处理后，使其组织具有5

m以下的稳定超细晶粒，即可获得超塑性。超塑性状态的模具坯料挤压后形成的型腔表面光洁，其表面粗糙度Ra为3.2～0.4

m，尺寸精度可达IT8～IT6，它可以成形难以用机械加工、电加工、冷挤压加工的复杂型腔，成形的细微部分轮廓清晰。下一页返回任务三认识超塑成形工艺利用超塑性成形模具型腔，材料不会因大的塑性变形而断裂，也不硬化，对获得形状复杂的型腔十分有利，并可以大大缩短制造周期，降低成本。超塑性金属目前已有100多种,有的已经在工业生产中得到广泛应用。目前用于模具制造的超塑料金属主要是ZnAl22（锌铝合金）。二、超塑合金ZnAl22的性能超塑合金ZnAl22的成分和性能见表6-5。这种材料为锌基中含铝（WAl

为22%），在275℃以上时是单相的

固溶体，冷却时分解成两相，即

（Al）+

（Zn）的层状共析组织（也称珠光体）。上一页下一页返回任务三认识超塑成形工艺如在单相固溶体时（通常加热到350℃）快速冷却，可以得到5

m以下的粒状两相组织。在获得5

m以下的稳定超细晶粒后，当变形温度处在250℃时，其伸长率

可达1000%以上，即进入超塑性状态。在这种状态下将工艺凸模压入合金材料的内部，能使合金产生任意的塑性变形，其成形压力则远小于一般冷挤压时所需的压力。经超塑性成形后，再对合金进行强化处理，获得两相层状共析组织，其强度

b

可达400～430MPa。与各种常用的钢材相比，ZnAl22的耐热性能和承压能力比较差，因此，多用于制造塑料注塑成形模具。为增强模具的承载能力，常在超塑合金外围用钢制模框加固。在注射成形模具温度较高的浇口部位采用钢制镶件结构来弥补合金熔点低的缺陷。上一页下一页返回任务三认识超塑成形工艺三、型腔的超塑性成形工艺用ZnAl22制造塑料模型腔的工艺过程如图6-13所示。1.坯料准备由于以ZnAl22为型腔材料的凹模大都制成组合结构，型腔的坯料尺寸可按体积不变的原则（即模坯成形前后体积保持不变），根据型腔的结构尺寸进行计算。在计算时应考虑适当的切削余量（压制成形后的多余材料用切削方法去除）。坯料与工艺凸模接触表面的表面粗糙度Ra为0.63

m以下。一般ZnAl22合金在出厂时均已经过超塑性处理，因此，只需选择合适类型的原材料，经切削加工成形腔坯料后即可进行挤压。上一页下一页返回任务三认识超塑成形工艺若材料规格不能满足要求，则可将材料经等温锻造成所需形状，在特殊情况下还可以用浇注的方法来获得大规格尺寸的坯料，但经重新锻造或浇注的ZnAl22已不具有超塑性能，必须进行超塑性处理。2.工艺凸模工艺凸模可采用中碳钢、低碳钢、工具钢、HPb59－1铅黄铜等材料制造，工艺凸模一般可不进行热处理。在确定工艺凸模的尺寸时，要考虑模具材料及塑料制件的收缩率，其计算公式如下：

d=D［1-

1

1+

2（

1

-

2）+

3

2］（6-4）式中，d——工艺凸模的尺寸（mm）；

2可在0.003～0.006范围内选取，

1、

3

可按照工艺凸模及塑料类别从有关手册查得。上一页下一页返回任务三认识超塑成形工艺3.护套ZnAl22在超塑性状态下，屈服极限低、伸长率高，工艺凸模压入毛坯时，金属因受力会发生自由的塑性流动而影响成形精度。因此，按图6-14所示使型腔的成形过程在防护套内。由于防护套的作用，变形金属的塑性流动方向与工艺凸模的压入方向相反，使变形金属与凸模表面紧密贴合，提高了型腔的成形精度。防护套的内部尺寸由型腔的外部形状尺寸确定，可比坯料尺寸大0.1～0.2mm，内壁表面粗糙度

Ra<0.63

m，并加工成1∶50的锥度，以保证易于脱模。护套可采用普通结构钢制造，壁厚不小于2.5mm。护套高度应略高于模坯高度。护套热处理硬度在42HRC以上。上一页下一页返回任务三认识超塑成形工艺4挤压设备及挤压力计算对ZnAl22的挤压可以在液压机上进行。根据合金材料的特性和高要求，压制型腔的液压机必须设置加热装置，以便将ZnAl22加热到250℃后保持恒温，并以一定的压力实现超塑性成形。挤压力与挤压速度、型腔形状的复杂程度等因素有关。可采用下列经验公式进行计算：

F=10-6pA

（6－5）式中，F——挤压力（N）；

P——单位压力（Pa），一般为（2～10）×107Pa；

A——型腔的投影面积（mm2）；

=

1

2

3——修正系数；上一页下一页返回任务三认识超塑成形工艺

1——根据型腔的复杂程度在1～12的范围内选取；

2——根据型腔的尺寸大小在1～13的范围内选取；

3——根据挤压速度在1～16的范围内选取。5.润滑合理的润滑可以减小ZnAl22流动时与工艺凸模之间的摩擦力，降低单位挤压力，同时可以防止金属黏结，易于脱模，获得理想的型腔尺寸和表面粗糙度。所用润滑剂应能耐高温，常用的有295硅脂、201甲基硅油、硬脂酸锌等。使用时其用量不能过多，应涂抹均匀，避免ZnAl22不充满润滑剂堆积部位，影响型腔精度。图6-15（a）是用ZnAl22注塑模制作的尼龙齿轮，其加工过程如图6-15（b）所示。上一页返回任务四其他成形工艺一、合成树脂模具的制造目前最常用的合成树脂为环氧树脂。在新产品试制或制品批量较小的情况下，为了快速制模，降低成本，可采用环氧树脂来制作中小型的注射模型腔，其寿命约为四五千次。环氧树脂模具的结构如图6-16所示。环氧树脂用来制作型腔，其余部分仍由金属材料制成。由于环氧树脂的机械性能较差，不能承受注射过程中的反复合模和注射压力，所以必须用金属框架加强。环氧树脂模的制作工艺过程大致如图6-17所示。环氧树脂混合料的配方种类很多，表6-6所示是常用的一种配方。按配方称量好各种材料，然后按下列顺序配制：下一页返回任务四其他成形工艺加入环氧树脂6207及顺丁烯二酸酐→加入甘油→加入环氧树脂634→加入铝粉搅拌均匀并抽真空至无气泡→取出浇注。将浇注好的模具放入90℃的烘箱中保温3h，升温至120℃保温3h，再升温至180℃保温20h，然后缓慢冷却，开模取出模型。如需要可对环氧树脂型腔进行机加工修整。二、陶瓷型铸造工艺陶瓷型铸造是在砂型铸造基础上发展起来的一种精密铸造新工艺，在模具制造中，常用来制造锻模、玻璃模、塑料模、拉伸模等模具的型腔。陶瓷型制造浇铸时的尺寸误差为0.1～0.5mm，表面粗糙度Ra一般为63~16

m。1.工艺过程上一页下一页返回任务四其他成形工艺用陶瓷浆料作材料，灌浆成形，经喷烧和烘干后完成造型，再经合箱、浇注金属液铸成零件。工艺过程如图6-18所示。在陶瓷铸造成形中，只是型腔表面为一层5～8mm厚度的陶瓷材料，其余是普通铸造型砂构成的砂套。造型中先将这个砂套造好（图6-21所示为砂套造型时用粗母模），砂套与母模配合，形成5～8mm的间隙，此间隙即为所需浇注的陶瓷层厚度。2.陶瓷铸造成形的特点①便于模具的复制，如对铸造大批量用的热锻模效果较好。②减少模具型腔切削加工工时，节约金属材料，模具报废后可重熔浇铸。③生产周期短，一般有了母模后2～3天内即可铸铸件。④工艺设备简单。上一页下一页返回任务四其他成形工艺三、硅橡胶模具硅橡胶模具是一种由弹性体硅橡胶浇注成形的型腔，是结构最简单的模具。它可以直接利用产品实样作为工艺凸模放在底板上，围以模具框，把液状硅橡胶浇入后经室温固化而成。硅橡胶模具的结构特点：模具不需设计，制造方便，周期短（制造一副硅橡胶模具连同浇出产品零件，一般只需2～3天），可精确地复制形状复杂的零件。由于硅橡胶模是弹性体凹模（没有凸模），所以在浇注成形后可以很顺利地从模具中取出，但其使用寿命短，不易浇注深孔薄壁零件。硅橡胶模具适用于浇注多品种小批量或单个生产的树脂类小零件，特别适于新产品未定型或在金属模具制造之前试生产时期用，也可用于配补某种树脂类小零件。上一页下一页返回任务四其他成形工艺制造硅橡胶模具时，以零件实样作为工艺凸模，准备简单的模具框。当实物表面粗糙时，则应预先嵌填涂补，使之光洁。无实样时，可用塑料、有机玻璃、胶木或金属等制出工艺凸模。硅橡胶模具制造的工艺要点如下：1.制模框模框包括套圈及底板，常用硬聚氯乙烯、金属薄板等材料制成。用玻璃或陶瓷底板时，应涂油防止硅橡胶黏结。为保证模具强度及节约硅橡胶，壁厚要适当（常用5～10mm），由此确定模框大小。2.配料及浇注根据模框内腔容积估算所需重量，并按配比分别称量：室温硫化硅橡胶100%，正硅酸脂2%～5%，有机锡（二丁基月桂酸锡）15%～25%。上一页下一页返回任务四其他成形