C6仪器仪表元器件的成型工艺

1、C6:仪器仪表元器件的成型工艺及特殊工艺,金属元器件的精密成型工艺 非金属元器件的精密成型工艺 仪器仪表元器件的连接成型工艺 刻划技术 电子组装技术,主要内容,6.1 金属元器件的精密成型工艺 金属元器件的精密成型-是指零件成型后仅需少量加工或不必加工，即可作为机械构件使用的成型技术。 精密铸造：熔模铸造、压力铸造 精密锻造：精密模锻、冷挤压 精密冲压：精密冲裁、成型工序 1.精密铸造 特种铸造：熔模铸造、压力铸造 1）熔模铸造： （失蜡铸造） 先用易熔材料（如蜡料）制成实体模样，然后在模样表面涂挂数层耐火材料制成型壳，待型壳硬化、干燥后，加热使壳内易熔的实体模样熔化失掉，得到空心型壳，再经高

2、温焙烧后进行浇注，从而获得铸件。,熔模铸造工艺过程： 制作母模、用母模制作压型-制造压型、向压型中压蜡-制造熔模、熔模组合、结壳、脱蜡、焙烧、造型浇注。 制作母模 熔模的制造 型壳的成型 脱模、型壳焙烧 浇注、落砂、清理 熔模铸造广泛用于仪器仪表、航空航天、机械、汽车等。,特点： （1）精度高于普通铸造；尺寸精度达IT11-IT13；表面粗糙度 Ra12.5-1.6um。是近净成型方法。 （2）可铸造结构形状非常复杂，并难于用其他方法加工成型的零件。 铸件重量小至几克；壁厚小至0.5mm；铸出孔径小至1mm以下。 （3）适用于各种合金，特别是难加工材料，如不锈钢、耐热钢、硬质合金。 （4）单件

3、、小批、大量生产均可。 （5）工艺过程较复杂、生产周期长。-多用于小型零件。重量小于25公斤 。,蜡模,模具,生产现场,司母戊鼎,鸟尊,2）压力铸造-是将液态或半液态的金属或合金，在高压下高速充填金属铸型，并在压力下凝固成型的铸造方法。 常用压力：几Pa-几十Pa；充型时间：0.05-0.2s；充型速度：10-120m/s；设备：压铸机 压力铸造工艺过程（P185-图6-3） 特点： （1）精度高；尺寸精度达IT11-IT13；表面粗糙度 Ra3.2-0.8um。是近净成型方法。 （2） 铸件在压力下凝固结晶、冷却速度快。-其铸件组织致密，提高铸件强度和表面硬度。 （3）压铸件中便于嵌铸其他材

4、料的零件。可简化工艺、减少装配工时。 （4）压铸提高充型能力，可铸出形状复杂的零件。最小壁厚达0.3mm,小孔达0.7mm。 （5）生产效率高。,2.精密锻造-塑性体积成型工艺 锻造按坯料成型温度分 热锻 、温锻、冷锻、等温锻 锻造特点： 材料利用率高； 精度高，尺寸一致性好。 尺寸精度（0.4-0.2）mm（热锻 ） （0.2-0.1）mm（温锻） （0.1-0.01）mm（冷锻） 粗糙度 Ra1.6-0.4um 可获得更细密的晶粒-提高材料的力学性能。 生产率高。 模具成本高-适用大批量生产。,1）精密模锻 （机械压力机） 通过压力迫使金属流动，使金属充满锻模模膛（型腔），而生产锻件的方法

5、。模锻占锻件数的70%以上 。 保证精密模锻制品质量的工艺措施： （1）采用多级锻造，使用两套（或以上）不同的模锻。 （2）对毛坯有较高要求：需精确计算原始坯料的体积，公差为（0.3-0.8）%。 （3）采用少无表面氧化加热-防止表面氧化。 （4）严格控制温度，并对模具润滑。 行星齿轮锻件图？ 导柱式齿轮锻造模结构图？,？,冷挤压-是在冷态（室温）下，使金属坯料在挤压模膛内受压而被挤出，从而获得所需形状、尺寸以及一定力学性能的成型制品。 冷挤压分为：正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压 。 ？,特点： 工件三向受压-提高坯料的塑性成型能力。多用于深孔、薄壁、异型断面的空心件或杯形件。 精度高。尺

6、寸精度达IT6-IT7，纤维组织连续。 材料冷作硬化-提高制品的强度和硬度。 效率高。 3）其他精密锻造方法 （1）精压-锻造后续工序。尺寸精度（0.25-0.1）mm；粗糙度 钢件 Ra3.2-1.6um 铝件 Ra0.8-0.4um 。 （2）闭塞式模锻-精密模锻和挤压工艺的结合与发展。,（3）粉末锻造-是将金属粉末冶金和精密模锻相结合的新工艺。 -将金属粉末烧结的预成型坯，经加热后在闭式锻模中实现无飞边精密模锻，从而获得与普通模锻件相同密度、形状复杂的精密金属锻件的方法。 特点： 精度高。IT6-IT9；模具寿命高。可提高0-20倍。 工艺过程： 金属粉末预成型烧结锻造机加工热处理,3.

7、精密冲压 （机械压力机） 冲压是通过模具使板料塑性成型以获得零件制品的工艺方法。 板厚4mm，一般是冷态（室温）加工。 分类：分离工序-主要是精密冲裁； 成型工序-塑性成型。 主要加工对象：低碳钢、铜、铝、镁合金及高塑性合金钢等。 特点： 板材冲压件壁薄、重量轻、又具有高强度和刚度； 精密冲压件质量稳定，互换性好，多数可直接使用。 操作简单，加工成本低。 冲模复杂，制造成本高-适用大批量生产。,1）精密冲裁 剪切面粗糙度达 Ra3.2-0.2um 。 问题：精密冲裁与普通冲裁的异同？ 2）成型工序 使坯料产生塑性变形而不破裂的工序，包括：弯曲、拉深、翻边、缩口、胀形等。 拉深件高度尺寸精度：I

8、T8-IT10 直径尺寸精度：IT9-IT10 弯曲尺寸精度：IT9-IT10 厚度尺寸精度：IT9-IT10,4.弹性元件的精密成型 弹性元件-是利用材料的弹性特性来完成各种功能的元件。 特点： 常见的弹性元件： 螺旋弹簧、弹簧管、簧片、波纹管 1）螺旋弹簧-用圆形弹簧丝绕制而成。 2）弹簧管-是一种弯成圆形的空心扁管。,6.2 仪器仪表非金属元器件的精密成型工艺 主要非金属材料：塑料、陶瓷 补充： 塑料材料-以合成树脂为主要成分，在一定温度和压力下可塑制成型的高分子合成材料。 组成：由合成树脂和添加剂组成。 合成树脂：占40%-100%；决定塑料的主要性能。由聚合反应获得。常为粘稠状液体或

9、固体。 添加剂：为了改变塑料的性能。 填充剂：占20%-50%；如加入玻璃纤维提高强度；加入石棉提高耐热性；加入云母提高绝缘性。 增塑剂：提高塑料的可塑性和柔软性。 防老剂：,与金属材料相比工程材料的特点： 密度小；比强度高；耐腐性好；优良的电绝缘性；工艺性好； 耐热性差。 常见的工程塑料： （P95 表3-6） （1）热塑性塑料 聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、ABS塑料ABS、聚酰胺（尼龙）PA、聚甲醛ROM、聚碳酸酯PC、聚砜PSU、聚四氟乙烯（塑料王）F-4、聚甲基丙烯酸甲脂（有机玻璃）PMMA； （2）热固性塑料 酚醛塑料PF、环氧塑料EP、有机硅塑料、聚氨酯塑

10、料。,1.塑料零件的精密成型 按塑料受热时所呈现的性质不同，分为： （1）热固性塑料 （2）热塑性塑料 塑料零件的成型方法： 1）注射成型-主要用于热塑性塑料成型。 80%以上都采用注射成型方法生产。 -在注射成型机上进行。 注射成型原理：,工艺流程： 特点： 可以制造各种结构复杂、尺寸精密、或带有金属嵌件的成型零件。 对各种塑料的成型适应性强。 成型周期短，可多腔成型。 易于实现自动化连续生产。 注射成型的精度以及元件的性能：主要取决于注射模的精度（成型精度），注射时的温度、压力和时间（元件的性能）。,2）压缩成型及压注成型-主要用于热固性塑料 压缩成型 压注成型 3）挤压成型-主要用于热塑

11、性塑料，主要用于成型各种塑料型材。 挤压成型 可制成各种截面的板材、管材、棒材、异型材、以及细丝、薄膜、电线电缆涂层等制品。,4）塑料零件的结构工艺性（与金属铸造的结构工艺性相似） 脱模斜度 脱模方向 斜度大小 壁厚-是塑料制品结构设计的最基本要素。 强度、刚度、均匀 加强筋 筋厚、筋方向 支撑面 凸起的边框、底脚凸台 圆角 孔的要求 孔间距、 塑料成型螺纹 强度、长度、直径、螺距、滚花 镶嵌件,2.陶瓷零件的精密成形与精密加工 陶瓷是一种硬而脆的材料，其原料大多是粉料。-是以天然或人工合成的无机非金属物质为原料，经过成形和高温烧结而制成的固体材料和制品。 普通陶瓷-是利用天然硅酸盐矿物为原料

12、制成的陶瓷。 特种陶瓷-是采用高纯度的人工合成原料制成的具有各种独特的力学、物理或化学性能的陶瓷。 陶瓷的性能： 力学性能：弹性模量大，硬而脆； 物化性能：热膨胀、导热性和热稳定性；化学稳定性；导电性。,陶瓷应用： 氧化铝陶瓷-高速切削刀具、量规、火花塞 敏感陶瓷-制作敏感元件（传感器） 陶瓷制造方法： 采用成形后再烧结 1）陶瓷零件的精密成型技术 干压成形（金属模成型） 等静压成形 注射成形,2）陶瓷零件的精密加工技术 由于陶瓷硬而脆-常采用磨削、研磨、抛光等加工方法。 （1）陶瓷零件的磨削 用普通外圆、内圆、无心、平面磨床； 砂轮采用金刚石砂轮。 金刚石砂轮结构： 磨料层 金刚石磨料、结合

13、剂 基体 骨架（铝制成） 过渡层 保证磨料层与基体的牢固结合,金刚石砂轮主要参数： 粒度 浓度-磨料层单位体积内金刚石的含量； 150% 100% 75% 50% 25%五种 磨料层厚度 1.5，2，3，5mm （2）陶瓷零件的其他加工方法 超声波加工 线切割加工 电子束加工,6.3 仪器仪表元器件的连接成形 三大连接成形技术：焊接、胶接、机械连接（螺纹连接、铆接） 1.焊接成形 焊接是利用局部加热（有时还要加压）的方法将两个或两个以上的金属焊件在联接处形成分子间的结合而构成的一种联接。由于焊接结构具有质量轻、施工简便、生产率高和成本低等优点 。 分为：熔焊、压焊、钎焊,1）熔焊- 分为：手工

14、电弧焊、气焊、埋弧自动焊、气体保护焊、电渣焊。 2）压焊- 分为：电阻焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊 适用于薄件的焊接。,3）钎焊- 分为：硬钎焊、软钎焊 特点： 温度低，变形小，可用与精密连接； 可以连接异种材料； 连接强度不高； 使用材料广。 如：印刷电路的制作-铅锡合金钎焊。 注意：选用合适的钎料和钎焊剂。 钎焊剂的作用-进一步清除钎焊表面的氧化物，并在钎焊中保护钎焊接头面。（焊锡膏、松香）,4）高能量密度焊接 激光焊接、电子束焊接 瞬时功率达1051012 W/cm2，比一般焊弧高103108 倍。 特点： 能量束束径小，热影响区小； 焊接速度快，焊缝深度比大。,2.胶接成形,粘接（又称

15、胶接）长期以来用于木材、橡胶、塑料等材料的联接。由于近四十年来粘胶剂和粘接技术的发展，粘接已用于轻金属、钢、铁等材料的联接。 1）特点： 适用范围广；（多种材料） 连接处应力分布均匀；（无热变形） 接头密封性好； 成本低，易实现机械化、自动化加工。,2）胶接工艺 选择胶粘剂-接头设计-接头表面处理-胶粘剂涂敷-胶接装配-固化（加热、光照） 3）接头的结构形式 P213 图6-53 4）胶粘剂的选择 常用胶粘剂：改性环氧树脂胶、改性丙烯树脂胶（502）、聚氨酯胶、紫外固化胶、无极胶； 不同材料胶接要选择不同的胶粘剂 P214 表6-4,61 螺纹的基本知识,62 螺纹连接的基本类型及应用,63

16、螺纹连接的预紧和防松,64 其他连接,第6章 连接,一、螺纹的类型和应用,61 螺纹的基本知识,螺旋线-一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。,螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,螺纹的牙型,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹

17、,左旋螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,一般: n 4,双线螺纹,单线螺纹,Ph = 2P,Ph =P,n线螺纹: Ph = n P,潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回

18、转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,连接螺纹 传动螺纹,螺旋传动,连接螺纹,传动螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,连接螺纹 传动螺纹,圆柱螺纹 圆锥螺纹,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,(3)中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)大径d （为公称直径） 与外螺纹牙

19、顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,(2) 小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(4) 螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,(5) 导程Ph,(6) 螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,牙侧角 ,Ph = nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P,二、螺纹要素（主要参数）,三角形螺纹,普通螺纹 = 60,管螺纹 = 55,普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹

20、，其余的统称为细牙螺纹。,粗牙螺纹应用最广,细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高，,缺点：不耐磨易滑扣。,应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。,三、螺纹标记,梯形螺纹：,为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。,锯齿形螺纹:,= 15,= 3,标记示例： M24X40(粗牙普通螺纹、公称直径24mm、螺距3mm、长度40mm),M24X1.5X40 (细牙普通螺纹,公称直径24,螺距1.5 、长度40mm),Tr48X8 (梯形螺纹，公称直径4

21、8，螺距8),通常采用简化标记，由螺纹种类代号和螺纹的公称直径、螺距、长度组成，粗牙螺纹不标螺距。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,62 螺纹连接的基本类型,一、 螺纹连接的基本类型,螺栓连接,基本类型,可承受横向载荷。,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,用于经常拆装易磨损之处。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一、 螺纹连接的基本类型,螺栓连接,基本类型,螺钉连接,双头螺柱连接 连接件厚，允许拆装。,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。,62 螺纹连接的基本类型,潘存云教授研制,一、 螺纹连接的类型,螺栓连接,类 型,螺钉连接,双头螺柱连

22、接,紧定螺钉连接,62 螺纹连接的类型及应用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,T 型螺栓,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,潘存云教授研制,其它螺母：,其它螺母：,其它螺母：,垫圈,平垫圈,薄

23、平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,二、螺纹联接的应用实例,1.螺栓连接,用螺栓紧固缸盖与缸体,用螺栓紧固两板,螺栓联接压力机横梁、立柱、底座,2.螺钉连接,用螺钉调整双螺母间隙,调整斜铁间隙,用螺钉紧固导轨,3.紧定螺钉连接,螺钉、钢球定位,63 螺纹连接的预紧和防松,预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。,预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动

24、。,一、螺纹连接的预紧,一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,潘存云教授研制,测力矩扳手,预紧力控制方法:,连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,定力矩扳手,通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,1)凭手感经验；,2)测力矩扳

25、手；,3)定力矩扳手；,4)测定伸长量。,潘存云教授研制,连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。,防松的方法：,1. 利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,二、螺纹连接的防松,防松-防止螺旋副相对转动。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,开口销与六 角开槽螺母,串连钢丝,2. 采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,止动垫圈,3. 其他方法防松,涂粘合剂,潘

26、存云教授研制,64 其他连接,作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。,一、键连接的类型,类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。,1. 平键连接,特点：定心好、装拆方便。,种类,普通平键,导向平键,普通平键结构,1.圆头(A型),用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。,3.单圆头(C型),2.方头(B型),用盘铣刀加工，轴的应力集中小。,用于轴端,普通平键应用最广。,导向平键,零件可以在轴上移动，构成动连接。 滑移距离较大时，平键过长，制造困难，故可采用滑键。,结构特点：长度较长，需用螺钉固定。,为便于装拆，制有起键螺孔。,表9-7 普通平键和键槽尺寸（G

27、B1095-79、GB1096-79）,A型,B型,C型,标记实例： 圆头普通平键(A型): 键16100 GB1096-79,方头普通平键(B型): 键B16100 GB1096-79,单圆头普通平键(C型) : 键C16100 GB1096-79,2. 半圆键连接,优点：定心好，装配方便。 因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。,缺点：对轴的削弱较大，只适 用于轻载连接。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,特别适用于锥形轴端的连接。,3. 楔键连接和切向键连接,结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。,缺点：定心精度不高。,应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。,类型：普通楔键、钩头楔键。 钩头是用来拆卸用的,在重型机械中常采用切向键-一对楔键组成。,装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130 。,4、花键连接,结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。,优点：承载能力高、