第一篇：材料成型與加工技術(shù)(DOC)

第一章 緒 論

制造業(yè)是提高國家工業(yè)生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)增長、國家安全及生活質(zhì)量的基礎(chǔ)，是國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志?，F(xiàn)如今我國制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，因而加強(qiáng)材料成形加工技術(shù)與科學(xué)基礎(chǔ)研究，大力采用先進(jìn)制造技術(shù)，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

材料成形加工技術(shù)與科學(xué)既是制造業(yè)的重要組成部分，又是材料科學(xué)與工程的四要素之一，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及國防力量的增強(qiáng)均有重要作用?！靶乱淮牧暇_成形加工技術(shù)”與“多學(xué)科多尺度模擬仿真”是現(xiàn)代兩個(gè)重要學(xué)科研究前沿領(lǐng)域。高新技術(shù)材料的出現(xiàn)，將加速發(fā)展以“精確成形”及“短流程”為代表的材料加工工藝，包括：全新的成形加工方法與工藝，及傳統(tǒng)成形加工方法的改進(jìn)與工序綜合?！澳M仿真”是產(chǎn)品計(jì)算機(jī)集成制造、敏捷制造的主要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)信息化的先進(jìn)方法。并行工程已成為產(chǎn)品及相關(guān)制造過程集成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法，以計(jì)算機(jī)模擬仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為手段的虛擬制造設(shè)計(jì)將是先進(jìn)制造技術(shù)的重要支撐環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)化、智能化是現(xiàn)代產(chǎn)品與工藝過程設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，綠色制造是現(xiàn)代材料加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展方向。

面對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、參與全球競(jìng)爭(zhēng)，必須加強(qiáng)材料成形加工科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。只有使用先進(jìn)的材料加工技術(shù)，才能獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，這些高性能的先進(jìn)材料包括傳統(tǒng)材料和新材料。發(fā)展材料成形加工技術(shù)對(duì)我國制造業(yè)以高新技術(shù)生產(chǎn)高附加值的優(yōu)質(zhì)零部件有積極作用，可擴(kuò)大材料及制造范圍、提高生產(chǎn)率、降低產(chǎn)品成本、增強(qiáng)企業(yè)國際競(jìng)爭(zhēng)能力。

制造業(yè)在過去的幾年中發(fā)生了巨大變化，而現(xiàn)代高科技及新材料的出現(xiàn)將導(dǎo)致材料成形加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與變革，出現(xiàn)全新的成形加工方法與工藝，傳統(tǒng)加工方法不斷改進(jìn)并走向工藝綜合，材料成形加工技術(shù)則逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多科學(xué)化。

第二章 現(xiàn)代材料成形加工技術(shù)與科學(xué)

2.1現(xiàn)代材料成形加工技術(shù)的作用與地位

我國已是制造大國，僅次于美、日、德，位居世界第四位。材料成形加工行業(yè)則是制造業(yè)的重要組成部分，材料成形加工技術(shù)也是先進(jìn)制造技術(shù)的重要內(nèi)容。鑄造、鍛造及焊接等材料加工技術(shù)是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主體技術(shù)。目前，在汽車行業(yè)中汽車重量的65%以上仍由鋼鐵、鋁及鎂合金等材料通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法而成形。材料成形加工技術(shù)與科學(xué)又是材料科學(xué)與工程的四要素之一，它不僅賦予零部件以形狀，而且給予零部件以最終性能及使用特性。

制造業(yè)在過去的幾年中發(fā)生了巨大的變化，這種變化還會(huì)延續(xù)。高速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)要求材料加工產(chǎn)品精密化、輕量化、集成化；國際競(jìng)爭(zhēng)更加激烈的市場(chǎng)要求產(chǎn)品性能高、成本低、周期短；日益惡化的環(huán)境要求材料加工原料與能源消耗低、污染少；另外材料成形本身制造好、成品率高。為了生產(chǎn)高精度、高質(zhì)量的產(chǎn)品，材料正由單一的傳統(tǒng)型向復(fù)合型、多功能型發(fā)展；材料加工技術(shù)逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多科學(xué)化。

面對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、參與全球競(jìng)爭(zhēng)，必須加強(qiáng)材料成形加工科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。只有使用新近的材料加工技術(shù)才能獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，這些高性能的先進(jìn)材料包括傳統(tǒng)材料和新材料。發(fā)展材料成形加工技術(shù)對(duì)我國制造業(yè)已高新技術(shù)生產(chǎn)高附加值的優(yōu)質(zhì)零部件有積極作用。

2.2材料成形加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

美國在“新一代制造計(jì)劃”中指出，未來的制造模式將是批量小、質(zhì)量高、成本低、交貨期短、生產(chǎn)柔性、環(huán)境友好；未來的制造企業(yè)要掌握十大關(guān)鍵技術(shù)，其中包括快速產(chǎn)品與工藝開發(fā)系統(tǒng)、新一代制造工藝及裝備及模擬與仿真三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其中新一代工藝包括精確成形加工制造或稱凈終成形加工工藝。凈終成形加工工藝要求材料成形加工制造向更輕、更薄、更強(qiáng)、更韌及成本低、周期短、質(zhì)量高的方向發(fā)展。

輕量化、精確化、高效化將是未來材料成形加工技術(shù)的重要發(fā)展方向。近年來，隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)通過降低產(chǎn)品的自重以降低能源消耗 和減少污染（包括汽車尾氣和廢舊塑料）提出了更迫切的要求，輕質(zhì)、高質(zhì)量的綠色環(huán)保材料將成為人們的首選。鎂合金就是被世界各國材料界看好的最具有開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展前途的金屬材料。

鎂合金壓鑄件廣泛應(yīng)用于交通工業(yè)（汽車、摩托車及飛機(jī)零件等）、IT行業(yè)（手機(jī)、筆記本等）、小型家電行業(yè)（攝像機(jī)、照相機(jī)及其它電子產(chǎn)品外殼等）。汽車離合器和變速箱殼體采用鎂合金壓鑄件比鋁合金重量分別減輕2.6kg和2.5kg。同時(shí)，壓鑄鎂鋁合金產(chǎn)品在體育運(yùn)動(dòng)（自行車架與踏板、滑雪板等）、手工工具（鏈鋸、巖鉆等）、國防建設(shè)（輕型武器、步兵裝備）等領(lǐng)域亦有十分廣闊的應(yīng)用前景。

2.3材料成形加工過程的建模與仿真

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)材料科學(xué)已成為一門新興的交叉學(xué)科，成為材料研究的重要手段，是除實(shí)驗(yàn)和理論外解決材料科學(xué)中實(shí)際問題的第三個(gè)重要研究方法。它可以比理論和實(shí)驗(yàn)做得更深刻、更全面、更細(xì)致，可以進(jìn)行一些理論和實(shí)驗(yàn)暫時(shí)還做不到的研究。因此，基于知識(shí)的材料成形工藝模擬仿真是材料科學(xué)與工程的前沿領(lǐng)域及研究熱點(diǎn)，而高性能、高保真和高效率則是模擬仿真的努力目標(biāo)。根據(jù)美國科學(xué)研究院工程技術(shù)委員會(huì)的測(cè)算，模擬仿真可提高產(chǎn)品質(zhì)量5～15倍，增加材料出品率25%，降低工程技術(shù)成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，增加投入設(shè)備的利用率30%～60%，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和試制周期30%～60%，增加分析問題廣度和深度的能力3～3.5倍等。

2.4材料的快速成形與虛擬制造

我國制造業(yè)的主要問題之一是缺乏創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā)能力，因而缺乏國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。隨著全球化市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，加快產(chǎn)品開發(fā)速度已成為競(jìng)爭(zhēng)的重要手段之一。制造業(yè)要滿足日益變化的用戶要求，必須有較強(qiáng)的靈活性，以最快的速度提供高質(zhì)量產(chǎn)品。

虛擬制造是CAD、CAM和CAPP等軟件的集成技術(shù)，其關(guān)鍵是建立制造過程的計(jì)算模型，虛擬仿真制造過程。虛擬制造以并行方式進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工和裝配，對(duì)各單元采用分布管理，而且不受時(shí)間、空間限制。虛擬制造的基礎(chǔ)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。所謂“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)和外觀設(shè)備，生成與真實(shí)環(huán)境一致的三維虛擬環(huán)境，使用戶通過輔助設(shè)備從不同的“角度”和“視點(diǎn)”與環(huán)境中的“現(xiàn)實(shí)”交互。與智能制造、虛擬工廠、網(wǎng)絡(luò)化制造集成，材料加工過程建模與仿真將成為制造業(yè)新產(chǎn)品過程設(shè)計(jì)的非常有效的工具。

第三章 新一代材料成形加工

3.1材料成形加工技術(shù)發(fā)展特征

材料成形加工技術(shù)在現(xiàn)代發(fā)展的過程中，形成“精密”、“優(yōu)質(zhì)”、“快速”、“復(fù)合”、“綠色”、“信息化”的特征。

1.材料成形加工技術(shù)的“精密”特征：成形精度向凈成形的方向發(fā)展 材料成形加工技術(shù)的重要特征是精密化，以制造技術(shù)而論，從尺度上看，精密制造技術(shù)已經(jīng)跨越了微米級(jí)技術(shù)，進(jìn)入了亞微米和納米技術(shù)領(lǐng)域。材料成形加工技術(shù)也在朝著精密化的方向發(fā)展，表現(xiàn)為零件成形的尺寸精度正在從近凈成形向凈成形，即近無余量成形方向發(fā)展。“毛坯”與“零件”的界限越來越小。

2.材料成形加工技術(shù)的“優(yōu)質(zhì)”特征：成形質(zhì)量向近無缺陷、“零”缺陷的方向發(fā)展

如果說凈成形技術(shù)主要反映的是成形加工技術(shù)的尺寸與形狀精密的特征，反映了成形加工保證尺寸及形狀的精密程度，那么，反映成形加工優(yōu)質(zhì)特征的則是近無缺陷、“零”缺陷成形加工技術(shù)。這個(gè)“缺陷”是指不致引起早期失效的臨界缺陷的概念。采取的主要措施有：采用先進(jìn)工藝、凈化熔融金屬、增大合金組織的致密度，為得到健全的鑄件、鍛件奠定基礎(chǔ)；采用模擬技術(shù)、優(yōu)化工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次成形及試模成功，保證質(zhì)量；加強(qiáng)工藝過程監(jiān)控及無損檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)零件；通過零件安全可靠性能研究及評(píng)估，確定臨界缺陷量值等。

3.材料成形加工技術(shù)的“快速”特征：成形過程向快速方向發(fā)展

為滿足現(xiàn)代消費(fèi)觀念的變革以及市場(chǎng)的劇烈競(jìng)爭(zhēng)化，“客戶化、小批量、快速交貨”的要求不斷增加，需要材料成形加工技術(shù)的快速化。

成形加工技術(shù)的快速特征表現(xiàn)在各種新型高效成形工藝不斷涌現(xiàn)，星星鑄造、鍛造、焊接方法都從不同角度提高生產(chǎn)效率。

3.2新一代材料成形加工技術(shù)

制造技術(shù)可分為加工制造和成形制造（以液態(tài)鑄造成形、固態(tài)塑性成形及連接成形等為代表）技術(shù)，其中成形制造不僅賦予零件以形狀，而且決定了零件的組成。

3.2.1精確成形加工技術(shù)

近年來出現(xiàn)了很多新的精確成形加工制造技術(shù)。在轎車工業(yè)中還有很多材料精確成形新工藝，如用精確鍛造成形技術(shù)生產(chǎn)凸輪軸等零件，液壓脹形技術(shù)，半固態(tài)成形及三維擠壓發(fā)等。摩擦壓力焊接技術(shù)近來也備受人們關(guān)注。

以擠壓鑄造及半固態(tài)鑄造為代表的精確成形技術(shù)由于熔體在壓力下充型、凝固，從而使零件具有好的表面及內(nèi)部質(zhì)量。半固態(tài)鑄造是一種生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、近凈成形、高品質(zhì)鑄件的材料半固態(tài)加工技術(shù)。半固態(tài)鑄造鋁合金零件在汽車上的應(yīng)用其區(qū)別于壓力鑄造和鍛壓的主要特征是：材料處于半固態(tài)時(shí)在較高壓力（約200MPa）下充型和凝固。材料在壓力作用下凝固可形成細(xì)小的球狀晶粒組織。

3.2.2快速原型制造技術(shù)

隨著全球化及市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，加快產(chǎn)品開發(fā)速度已成為競(jìng)爭(zhēng)的重要手段之一。制造業(yè)要滿足日益變化的用戶需求，制造技術(shù)必須具有較強(qiáng)的靈活性，能夠以小批量甚至單批量生產(chǎn)迎合市場(chǎng)?？焖僭椭圃旒夹g(shù)以離散和堆積原理為基礎(chǔ)和特征，將零件的電子模型按一定方式離散成為可加工離散面、離散線和離散點(diǎn)，然后采用多種手段將這些離散的面、線和點(diǎn)堆積形成零件的整體形狀。有人因該技術(shù)高度的柔性而稱之為“自由成形制造”。近年來快速原型制造已發(fā)展為快速模具制造及快速制造，這些技術(shù)能大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期，解決單件或小批零件的制造問題。

3.3新一代產(chǎn)品制造設(shè)計(jì)的研究

未來智能制造公司需要一系列核心智能，以便在集成設(shè)計(jì)、制造和商業(yè)服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行智能商務(wù)運(yùn)作。這一系列的智能核心即可預(yù)測(cè)性、可生產(chǎn)性和廉價(jià)性、污染防治、產(chǎn)品與工藝性能。

研究這些特點(diǎn)已使集成設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)成為一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的系統(tǒng)學(xué)科。如果將這種集成工程系統(tǒng)理解成為一種科學(xué)，就可以將其歸為已經(jīng)成熟的分析方法，然后就可以確定基本參數(shù)及如何測(cè)量它們，從而可以預(yù)測(cè)期行為。下面是在材料加工和新一代產(chǎn)品制造設(shè)計(jì)中將建模與仿真用作智能核心的基本要點(diǎn)：

1.數(shù)字產(chǎn)品和工藝建模的可預(yù)測(cè)性

隨著具有競(jìng)爭(zhēng)力的縮減產(chǎn)品發(fā)展與實(shí)現(xiàn)周期的蓬勃發(fā)展，在產(chǎn)品與工藝合成中的所有決策需要精度的建模與仿真工藝，以使物理基礎(chǔ)的或行為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)屬性生效。在動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、理學(xué)、材料和行為系統(tǒng)中有效運(yùn)用建模工具是未來數(shù)字制造的先決條件。這些模型和知識(shí)要在網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作環(huán)境下共享，最新的SGI（美國圖形工作站生產(chǎn)廠商）工作站可以在數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)內(nèi)解決極為復(fù)雜的工程問題。制造商可以使用高度工程化的仿真模型來幫助供貨商改變模型設(shè)計(jì)和運(yùn)送近于零缺陷的鑄件給消費(fèi)者，這樣會(huì)盡量減少返工和缺陷。2.材料的可生產(chǎn)性和廉價(jià)性

廉價(jià)的制造材料對(duì)制造業(yè)特別是航空業(yè)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。隨著對(duì)環(huán)境和性能的規(guī)范和限制越來越多，各公司正在尋找更好的超級(jí)合金高溫材料和類似網(wǎng)狀的工藝技術(shù)，以降低原材料和制造運(yùn)作過程的成本。現(xiàn)在，研究機(jī)構(gòu)中的多數(shù)研究工具和工藝模型對(duì)公司在制造過程中預(yù)測(cè)并驗(yàn)證材料屬性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們必須將著眼點(diǎn)從尺寸精確性擴(kuò)展到材料性能，以便獲得對(duì)工藝、機(jī)器和零件的品質(zhì)的全面了解。這將引導(dǎo)我們開創(chuàng)集材料、制造、物理和計(jì)算學(xué)等交叉學(xué)科的研究工作，以推進(jìn)我們對(duì)制造學(xué)的了解。

3.綠色生產(chǎn)和工藝的污染防治

我們需要新的規(guī)范使傳感器和工藝控制這種技術(shù)更好的整合，以便更少的發(fā)展和安裝成本提供更高的能源效率并降低污染。綠色制造系統(tǒng)應(yīng)改進(jìn)以使工廠監(jiān)控工藝參數(shù)，并直接、精確和快速的獲得真實(shí)的工藝信息。另外，需要可代替的化學(xué)基礎(chǔ)的涂層技術(shù)來影響化學(xué)自由制造工藝，還需要新型的傳感器通過化學(xué)手段監(jiān)控和控制腐蝕環(huán)境。正在出現(xiàn)的技術(shù)，諸如微電子機(jī)械基礎(chǔ)的工藝傳感器和無線電通信，需要發(fā)展和工程化以滿足這些挑戰(zhàn)性的需求。

4.產(chǎn)品與工藝性能的先進(jìn)維護(hù)技術(shù)

服務(wù)和維護(hù)對(duì)于保持產(chǎn)品和工藝的質(zhì)量及客戶的滿意度是非常重要的。確定系統(tǒng)失效原因的難點(diǎn)歸結(jié)為幾種因素，包括系統(tǒng)復(fù)雜性、不確定性和缺乏足夠的糾錯(cuò)工具。當(dāng)前，許多組織工業(yè)正實(shí)行的服務(wù)和維護(hù)就是基于響應(yīng)的方法。組織我們解決這些問題的基本原因是對(duì)制造機(jī)器和設(shè)備每天的情況了解不足。我們只是不知道如何定量預(yù)測(cè)零件和機(jī)器的性能退化。我們?nèi)狈τ行У仡A(yù)測(cè)模型和工具，它們可以告訴我們給定工藝參數(shù)的具體值時(shí)會(huì)有什么情況發(fā)生。我們要進(jìn)行研究，以了解產(chǎn)品和機(jī)器故障生產(chǎn)的原因，開發(fā)智能和可重復(fù)配置這些目標(biāo)，需要智能軟件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來提供預(yù)先維護(hù)能力，諸如性能退化測(cè)量、故障修復(fù)、自維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。這些特點(diǎn)允許制造和加工工業(yè)能發(fā)展預(yù)先維護(hù)策略，以保證產(chǎn)品和工藝性能，并最終消除不必要的系統(tǒng)癱瘓。

第4章 綠色再制造與材料成形加工的可持

續(xù)發(fā)展

在當(dāng)今全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)自然資源的任意開發(fā)利用帶來了全球的生態(tài)破壞、資源短缺、環(huán)境污染等重大問題。其中，機(jī)電產(chǎn)品制造業(yè)是最大的資源使用者，也是最大的環(huán)境污染資源之一。通過研究再制造工程理論和技術(shù)，可以為廢舊產(chǎn)品的科學(xué)利用提供依據(jù)，指導(dǎo)規(guī)范當(dāng)前的再制造市場(chǎng)。

再制造工程是以產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計(jì)和管理為指導(dǎo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保為目標(biāo)，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)為手段，來恢復(fù)或改造廢舊產(chǎn)品的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱。通過再制造的研究，可形成閉環(huán)的產(chǎn)品物質(zhì)及信息流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)由產(chǎn)品的開環(huán)處理和材料資源的閉環(huán)回收，發(fā)展到產(chǎn)品閉環(huán)使用的高級(jí)階段，實(shí)現(xiàn)高級(jí)資源物質(zhì)流的最優(yōu)化循環(huán)。

4.1再制造過程的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

針對(duì)失效的產(chǎn)品進(jìn)行再制造，首先要對(duì)其進(jìn)行再制造設(shè)計(jì)，再制造的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)包括產(chǎn)品的失效機(jī)理及壽命預(yù)測(cè)、再制造性的評(píng)價(jià)等內(nèi)容。

4.1.1產(chǎn)品失效機(jī)理及壽命預(yù)測(cè)

產(chǎn)品服役的環(huán)境行為及失效機(jī)理研究是實(shí)施再制造工程重要的基礎(chǔ)理論依據(jù)。從宏觀和微觀上研究零部件在復(fù)雜的環(huán)境中失效的機(jī)理和損傷的規(guī)律。主要研究復(fù)雜環(huán)境中多因素非線性耦合作用下的零部件失效機(jī)理，包括腐蝕介質(zhì)與力學(xué)因素聯(lián)合作用下的零件損傷機(jī)理，溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合作用下的零部件損傷行為，多軸載荷作用下零部件的疲勞破壞行為，以及汽液固多相流環(huán)境中零部件的腐蝕、沖蝕、穴蝕交互損傷規(guī)律。

產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)與剩余壽命評(píng)估方法建立在零部件失效分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用力學(xué)理論建立失效行為的數(shù)學(xué)模型，并與加速試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，以建立產(chǎn)品壽命的預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，評(píng)估新品、再制造產(chǎn)品的壽命及產(chǎn)品的剩余壽命。

4.1.2產(chǎn)品再制造性的評(píng)價(jià)

廢舊產(chǎn)品的再制造性是決定其能否進(jìn)行再制造的前提，是再制造基礎(chǔ)理論研究中的首要問題。再制造性是指將技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等因素綜合分析后，廢舊產(chǎn)品所具有的通過維修或改造后恢復(fù)或超過原產(chǎn)品性能的能力。

4.2再制造材料成形加工關(guān)鍵技術(shù)

廢舊產(chǎn)品經(jīng)過再制造論證后，要實(shí)施再制造必須依賴于先進(jìn)的材料成形加工技術(shù)。

4.2.1復(fù)合表面工程技術(shù)

零件的失效多起源于表面，因此表面工程技術(shù)是再制造過程中的核心技術(shù)。表面過程，是經(jīng)表面預(yù)處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面工程技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)等，已獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。表面工程是由多個(gè)學(xué)科交叉、綜合而發(fā)展起來的新興學(xué)科，它以“表面”為研究核心，在有關(guān)學(xué)科理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)零件表面的失效機(jī)制，以應(yīng)用各種表面工程技術(shù)及其復(fù)合為特色，逐步形成了與其他學(xué)科密切相關(guān)的表面工程基礎(chǔ)理論。表面工程的最大優(yōu)勢(shì)是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。表面工程的基本特征是綜合、交叉、復(fù)合、優(yōu)化。復(fù)合表面工程是先進(jìn)表面工程的重要基礎(chǔ)內(nèi)容。復(fù)合表面工程主要包括多種表面技術(shù)的復(fù)合和多種表面材料的復(fù)合兩種形式。國外稱之為第二代表面工程新技術(shù)。

1.多種表面技術(shù)的復(fù)合

多種表面技術(shù)的復(fù)合能夠形成新的涂層體系，并建立表面工程新領(lǐng)域。單一的表面技術(shù)由于其固有的局限性，往往不能滿足日益苛刻的工況條件的要求。綜合運(yùn)用多種表面技術(shù)的復(fù)合可以通過最佳協(xié)同效應(yīng)獲得了“1+1>2”的效果，解決了一系列高新技術(shù)發(fā)展中特殊的工程技術(shù)難題。

多種表面技術(shù)的復(fù)合主要研究內(nèi)容包括：

⑴ 研究可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的多種技術(shù)之間的復(fù)合和設(shè)計(jì)；表面復(fù)合涂層在惡劣工況下表面或界面之間的協(xié)同效應(yīng)機(jī)理。

⑵ 研究表征功能梯度材料（FGM）性能與組成的梯度變化，應(yīng)用計(jì)算機(jī)逆向設(shè)計(jì)對(duì)FGM覆層的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；開發(fā)熱噴涂、電刷鍍、氣相沉積等工藝制備FGM覆層的技術(shù)；研究金屬、金屬間化合物、陶瓷等FGM涂層性能。

⑶ 應(yīng)用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積和高能束輔助沉積在再制造毛坯上形成超硬膜。研究真空膜層成膜界面行為與膜層性能關(guān)系；形核及生長動(dòng)力學(xué)；在晶格錯(cuò)配度較大條件基體強(qiáng)度與超硬膜結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)系；復(fù)合膜組元之間的交互作用。

2.多種表面材料的復(fù)合

多種表面材料形成的復(fù)合涂層不但具有單一結(jié)構(gòu)涂層所具有的性能，還因復(fù)合材料的不同而獲得特殊性能或具有多功能的性能涂層，復(fù)合涂層的研究和應(yīng)用日益增多。由各種材料復(fù)合獲得的復(fù)合涂層種類主要有：金屬基陶瓷復(fù)合涂層、陶瓷復(fù)合涂層、梯度功能復(fù)合涂層等。

4.2.2納米表面工程技術(shù)

納米表面工程是以納米材料和其他低維非平衡材料為基礎(chǔ)，通過特定的加工技術(shù)或手段，對(duì)固體表面進(jìn)行強(qiáng)化、改性、超精細(xì)加工或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。納米涂層及納米表面自修復(fù)材料和技術(shù)是以納米材料為基礎(chǔ)，通過特定的工藝手段，對(duì)固體的表面進(jìn)行強(qiáng)化、改性，或者賦予表面新功能，或者對(duì)損傷的表面進(jìn)行自修復(fù)。例如：

⑴ 納米顆粒復(fù)合電鍍刷技術(shù) ⑵ 納米顆粒復(fù)合原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)技術(shù) ⑶ 納米材料熱噴涂技術(shù) ⑷ 金屬表面納米晶化技術(shù)

納米表面工程的主要技術(shù)基礎(chǔ)包括：

① 納米涂層的制備技術(shù)的基礎(chǔ)研究，特別是研究納米材料在介質(zhì)中的分散和穩(wěn)定等關(guān)鍵工藝；納米涂層的高強(qiáng)度、高韌性及其他特殊優(yōu)異性能；納米涂層對(duì)熱疲勞及高溫磨損等苛刻條件下的微裂紋萌生、擴(kuò)展和損傷抑制機(jī)理；納米涂層抗氧化性和熱穩(wěn)定性的機(jī)理等。

② 研究非晶復(fù)合納米晶涂層形成的機(jī)理與影響因素，包括材料表面納米結(jié)構(gòu)和非晶納米晶復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)和體相的物理化學(xué)現(xiàn)象；涂層顯微組織的形成與演化規(guī)律、缺陷與熱應(yīng)力的形成機(jī)理、界面結(jié)合情況等。研究非平衡條件下低維材料的結(jié)構(gòu)與行為以及宏觀與微觀的一體化，包括“尺度問題”和“表面、界面問題”，為開發(fā)納米電刷鍍技術(shù)、納米熱噴涂技術(shù)、納米氣相沉積等及其復(fù)合技術(shù)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

③ 納米原位動(dòng)態(tài)減摩自修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)研究。在不停機(jī)、不解體的狀況下，應(yīng)用摩擦化學(xué)理論，利用納米顆粒的特性在摩擦微損傷表面原位動(dòng)態(tài)形成自修復(fù)膜層的方法及材料。研究內(nèi)容包括：納米結(jié)構(gòu)的潤滑膜、自修復(fù)薄膜等的生長機(jī)理和服役特性；納米潤滑添加劑對(duì)摩擦表面的強(qiáng)化和對(duì)初期磨損表面的原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)等機(jī)制；納米添加劑的組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、反映活性等與損傷動(dòng)態(tài)自修復(fù)功能的關(guān)系規(guī)律，開發(fā)與摩擦表面結(jié)合良好、具有優(yōu)良抗磨損和承載能力的納米磨損動(dòng)態(tài)自修復(fù)技術(shù)及摩擦表面原位強(qiáng)化技術(shù)。

4.2.3特殊環(huán)境下的應(yīng)急再制造技術(shù)

我國有大量的設(shè)備服役在苛刻的環(huán)境條件下，如在野外環(huán)境下石油、天然氣設(shè)備；水電、公路鐵路施工設(shè)備等；在嚴(yán)重快速磨損的高原沙漠地區(qū)，在高溫、高濕、高煙霧海洋環(huán)境下的嚴(yán)重腐蝕或磨損等。特殊環(huán)境下的裝備應(yīng)急再制造關(guān)鍵技術(shù)以恢復(fù)服役性能為重點(diǎn)，對(duì)再制造的時(shí)間、空間、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件等有特殊要求，具有現(xiàn)場(chǎng)性、應(yīng)急性、易噪性等特點(diǎn)。研究內(nèi)容主要包括：

1.應(yīng)急快速維修技術(shù)

高科技條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)及生產(chǎn)線協(xié)同運(yùn)行等作業(yè)方式縮短了損傷裝備修理的時(shí)間和空間，因此應(yīng)急快速維修的地位和作用也變得更為重要。采用先進(jìn)技術(shù)快速修復(fù)損傷的裝備，使其迅速恢復(fù)戰(zhàn)斗力和生產(chǎn)力，是高科技條件下的作戰(zhàn)與生產(chǎn)對(duì)應(yīng)急維修技術(shù)的要求，也是裝備再制造的重要研究方向。主要技術(shù)基礎(chǔ)：

⑴ 研究軍用裝備的戰(zhàn)傷特點(diǎn)及裝備突發(fā)故障規(guī)律，建立應(yīng)急維修技術(shù)專家系統(tǒng)。

⑵ 開發(fā)適應(yīng)于高低溫、高負(fù)荷、強(qiáng)輻射等苛刻條件下使用的耐磨、防腐化學(xué)粘涂材料（復(fù)合型膠粘劑、納米膠粘劑、特種功能膠粘劑）；研究粘結(jié)粘涂層的衰變性能；研究快速固化機(jī)理和技術(shù)，如紫外線固化、微波固化技術(shù)等；重點(diǎn)開發(fā)適用于戰(zhàn)傷及突發(fā)損傷的粘接、冷焊、扣合、堵漏等應(yīng)急快速搶修技術(shù)。

⑶ 研究提高部隊(duì)作戰(zhàn)和野外施工作業(yè)應(yīng)急機(jī)動(dòng)保障能力的關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)通用化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、數(shù)字化的靠前搶修配套工具和儀器，開發(fā)多種現(xiàn)場(chǎng)搶修車及方艙等。

2.再制造毛坯快速成形技術(shù)

再制造毛坯快速成形技術(shù)，是利用原有廢舊的零件作為再制造零件毛坯原料，根據(jù)離散和堆積成形原理，利用CAD零件模型所確定的幾何信息，采用積分原理和先進(jìn)熔覆技術(shù)進(jìn)行金屬的熔融堆積，快速成形。主要技術(shù)基礎(chǔ)：

⑴ 建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件及表面涂層體系的再制造計(jì)算機(jī)輔助工程系統(tǒng)（RCAE），研究零件受損檢測(cè)和幾何特征定位，開發(fā)再制造毛坯表面三維幾何參量測(cè)試及再制造建模系統(tǒng)。

⑵ 研究適宜快速成形的高熔點(diǎn)材料，解決金屬直接快速成形的致密性、成形材料與基體的結(jié)合強(qiáng)度、成形材料間的內(nèi)聚強(qiáng)度等問題。

結(jié) 論

本文指出我國制造業(yè)的基礎(chǔ)共性技術(shù)領(lǐng)域材料成形加工技術(shù)與科學(xué)的發(fā)展方向，以推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。

新一代制造工藝及裝備、建模與仿真及快速產(chǎn)品與工藝開發(fā)系統(tǒng)是面向現(xiàn)代的三項(xiàng)關(guān)鍵先進(jìn)制造技術(shù)。輕量化、精確化、高效化將是新一代成形加工技術(shù)的重要發(fā)展方向，材料成形加工向更輕、更薄、更精、更強(qiáng)、更韌、質(zhì)量高、周期短及成本低的方向發(fā)展。

在新一代成形加工技術(shù)與材料成形加工的發(fā)展中不斷面臨的環(huán)保、資源、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等問題上，綠色再制造又成為了成形加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)。綠色再制造材料成形加工關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)的研究目標(biāo)和內(nèi)容涉及材料學(xué)科和機(jī)械學(xué)科的前沿，符合廢品資源化和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的原則和內(nèi)容，其中許多技術(shù)基礎(chǔ)的研究內(nèi)容優(yōu)又是根據(jù)我國廢舊產(chǎn)品再制造的需求提出的，具有較強(qiáng)的學(xué)科創(chuàng)新性、前瞻性以及廣闊的應(yīng)用與發(fā)展前景。

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成都理工大學(xué)

材料成型與加工技術(shù)

姓名：陳康

學(xué)號(hào)：2015050207 專業(yè)：機(jī)械工程及其自動(dòng)化

院系：核技術(shù)與自動(dòng)化學(xué)院

2016年1月5日

第二篇：鈑金技術(shù)加工成型（精選）

一、鈑金加工定義: 鈑金加工是針對(duì)金屬薄板（通常在6mm以下）一種綜合冷加工工藝，包括剪切,沖裁,折彎,焊接,鉚接,模具成型及表面處理等。其顯著的特征就是同一零件厚度一致。根據(jù)加工方式不同,通常分為兩類: 1.非模具加工: 通過NCT ,鐳射,折床,鉚釘機(jī)等加工工具對(duì)鈑金進(jìn)行加工的工藝方式,一般用于樣品制作,成本較高.2.模具加工: 通過固定的模具,對(duì)鈑金進(jìn)行加工,一般有下料模,成型模,主要用于批量生產(chǎn),成本較低.二、鈑金加工流程介紹：

三、常見加工方法介紹: NCT(數(shù)控機(jī)床)加工 數(shù)控機(jī)床加工原理: 數(shù)控機(jī)床是一種能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動(dòng)化機(jī)床,加工過程所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量都用數(shù)字化的代號(hào)來表示,通過控制介質(zhì)(如紙帶或磁盤)將數(shù)字信息送入專用的或通用的計(jì)算器,計(jì)算器對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理和運(yùn)算,發(fā)出各種指令來控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其它執(zhí)行組件,使機(jī)床自動(dòng)加工出所需要的工件或產(chǎn)品.數(shù)控機(jī)床常見用途: 下料,沖網(wǎng)孔,沖凸包,切邊,打凸點(diǎn),壓筋,壓線,抽孔 數(shù)控機(jī)床的加工精度: +/-0.1mm NCT(數(shù)控沖床)加工的工藝處理及注意事項(xiàng): 1.在距邊緣的距離小于料厚時(shí),沖方孔會(huì)導(dǎo)致邊緣被翻起,方孔越大翻邊越明顯,此時(shí)常?？紤]LASER二次切割.2.NCT沖壓的孔與孔之間,孔與邊緣之間的距離不應(yīng)過小,其允許值如表;材料 沖圓孔 沖方孔 硬鋼 0.5t 0.4t 軟鋼,黃銅 0.35t 0.3t 鋁 0.3t 0.28t NCT沖壓的最小孔徑如表: 材料 沖圓孔 沖方孔 硬鋼 1.3T 1.0T 軟鋼,黃銅 1.0T 0.7T 鋁 0.8T 0.6T 注：T表示料厚

3.抽孔:NCT抽孔離邊緣最小距離為3T,兩個(gè)抽孔之間的最小距離為6T,抽孔離折彎邊(內(nèi))的最小安全距離為3T+R,如偏小則須壓線處理.4.經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,NCT沖半剪凸點(diǎn)的高度不超過0.6T,如大于0.6T則極易脫落.鐳射加工 鐳射加工原理: Laser是由Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的前綴縮寫而成.原意為光線受激發(fā)放大,一般譯為激光(也稱激光).激光切割是由電子放電作為供給能源,通過He、N2、CO2等混合氣體為激發(fā)媒介,利用反射鏡組聚焦產(chǎn)生激光光束,從而對(duì)材料進(jìn)行切割.在由程控的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下,切割頭按照預(yù)定路線運(yùn)動(dòng),從而切割出各種形狀的工件。鐳射機(jī)常見用途: 下料,割外形,二次切割,割線,割異形孔 鐳射機(jī)的加工精度:+/-0.1mm LASER加工的工藝處理及注意事項(xiàng): 1.在割五金件底孔時(shí),必須加大0.05mm.因?yàn)樵谇懈钇瘘c(diǎn)與終點(diǎn)時(shí)會(huì)留有微小的接點(diǎn).例 : 底孔為Φ5.4應(yīng)割成Φ5.45（注:五金件的底通常用NCT或模具加工,以保證加工精度.）2.割工藝孔時(shí)寬度一般大于0.5mm, 越小毛刺越明顯.3.在從平面到凸包的斜面作二次切割時(shí),速度必須很慢,實(shí)際上與 切割等厚材料類似.4.LASER為熱加工,割網(wǎng)孔及薄材受熱影響, 容易使工件變形.5.所有工件的銳角如沒有特別要求在LASER加工時(shí),必須按R0.5mm倒圓角.折床加工 折床加工原理: 將上、下模分別固定于折床的上、下工作臺(tái),利用液壓傳輸驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng),結(jié)合上、下模的形狀,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板材的折彎成形.一般分為上動(dòng)式和下動(dòng)式.折彎加工順序的基本原則:由內(nèi)到外進(jìn)行折彎.由小到大進(jìn)行折彎.先折彎特殊形狀,再折彎一般形狀.前工序成型后對(duì)后繼工序不產(chǎn)生影響或干涉.折床常見用途: 成型,抽凸包,壓墊腳,壓線,壓印字,鉚釘,鉚靜電導(dǎo)軌,壓接地符,抽孔,鉚合,壓平,壓三角補(bǔ)強(qiáng)等.?

折床的加工精度: 一折: +/-0.1mm 二折: +/-0.2mm 二折以上: +/-0.3mm 常見折刀形狀: 常見V槽形狀: 注意:選用什么樣的V槽與材料的厚度和折彎的形狀有關(guān)系 孔到折彎邊的最小距離

板料厚度 0.6～0.8 0.9～1.0 1.1～1.2 1.3～1.4 1.5 1.6～2.0 2.2～2.4 最小距離 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 5.5 以上尺寸是孔到內(nèi)折彎邊的距離,如果超過這個(gè)距離則折彎會(huì)引起孔變形,在這種情況下,可以通過其他加工方式來解決變形問題,如先折彎,后用鐳射割孔,或者壓線割線處理,或者直接開模具生產(chǎn),擔(dān)這樣會(huì)增加加工成本,在條件允許的情況下,設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量滿足這些最小距離 鉗加工

鉗加工的常見種類: 1.鉚釘機(jī) 用途: 鉚螺母 鉚導(dǎo)向銷 鉚螺柱

鉚防靜電手腕座 鉚螺釘 所用模具: 鉚合模

鉗加工的常見種類: 2.攻牙機(jī), 用途: 攻絲(攻牙)所用模具: 絲錐

鉗加工的常見種類: 3.抽孔機(jī), 用途: 翻邊抽孔 所用模具: 上模 ,沖子, 凹模 鉗加工的常見種類: 4.拉絲機(jī), 用途: 表面拉絲 所用模具: 砂帶(不同規(guī)格)鉗加工的常見種類: 4.整平機(jī), 鉗加工的常見種類: 5.鉆孔機(jī) 用途: 鉆孔 所用模具: 鉆頭 模具加工 模具加工的特點(diǎn): 1.快捷 2.精度高

3.適用于大批量生產(chǎn) 4.成本低 5.尺寸管控好 模具的分類: 1.落料模 2.成型模 3.整平模 4.壓鉚模 5.連續(xù)模

一般模具示意圖,一般零件都由好幾套模具連續(xù)生產(chǎn)而成型.表面處理 1.電鍍: 通過化學(xué)反應(yīng),在材料表面附上一層其他金屬,用來增加金屬的防腐蝕性能,且能達(dá)到一定的美化外觀作用,是常用的一種表面處理方式,如:電鍍鋅,電鍍鎳等.2.烤漆: 通過噴涂,高溫烘烤等方式,在材料表面噴上一層各種顏色的涂料,用來美化外觀,且能增加材料的防腐蝕性能.是常用的表面處理方式,一般有液體烤漆和粉體烤漆兩種,其中粉體烤漆最常見.如烤華為藍(lán),華為黑等,烤漆表面是不導(dǎo)電的.有EMC要求的區(qū)域不允許烤漆.3.絲印: 在材料表面絲印上各種標(biāo)識(shí)的工藝,一般有平板絲印和移印兩種方式,主要原理與照相機(jī)菲林成像原理一樣,也是一個(gè)曝光的過程.平板絲印主要用于一般平面上,但如果遇上有較深的凹坑的地方,就需要用到移印.4.表面拉絲

將材料放在拉絲機(jī)的上下緄輪之間,緄輪上附著有砂帶,通過電機(jī)帶動(dòng),讓材料通過上下砂帶,在材料表面拉出一道道痕跡,根據(jù)砂帶的不同,痕跡粗細(xì)也不相同,主要作用是美化外觀.一般都是鋁材才考慮用拉絲的表面處理方式.5.噴砂: 通過噴砂機(jī)的風(fēng)力將砂粒打到工件表面上,在工件表面形成一層密布的凹坑,主要作用是去除工件表面的臟污,增加工件表面的附著力,為后續(xù)表面處理方式做準(zhǔn)備,在我們公司不常用.6.氧化: 將工件表面的金屬氧化,在工件表面形成一層致密的保護(hù)膜,增加工件的防腐蝕性.一般有化學(xué)氧化和陽極氧化兩種方式,是一種常用的表面處理方式,如散熱器表面的陽極氧化發(fā)黑.鈑金連接方式 常見鈑金連接方式: 1.鉚釘鉚合: 這種鉚釘常稱為拉釘,將兩塊板材通過拉釘鉚合在一起稱之為拉鉚,.常見鉚合形狀如圖: 2.點(diǎn)焊: 工件組合后通過電極施加壓力利用電流接頭的接觸面及附近區(qū)域產(chǎn)生電阻熱進(jìn)行焊接,點(diǎn)焊的總厚度不得超過8mm.3.抽孔鉚合: 其中的一零件為抽孔,另一零件為沉孔,通過鉚合模使之成為不可拆卸的連接體.優(yōu)越性:抽孔與其相配合的沉孔的本身具有定位功能.鉚合強(qiáng)度高,通過模具鉚合效率也比較高.4.TOX鉚合: 定義:通過簡單的凸模將被連接件壓進(jìn)凹模.在進(jìn)一步的壓力作用下,使凹模內(nèi)的材料向外”流動(dòng)”.結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)既無棱角,又無毛刺的圓連接點(diǎn),而且不會(huì)影響其抗腐蝕性,即使對(duì)表面 有鍍層或噴漆層的板件也同樣能保留原有的防銹防腐特性,因?yàn)殄儗雍推釋右彩请S之一起變形流動(dòng).材料被擠向兩邊,擠進(jìn)靠凹模側(cè)的板件中, 從而形成TOX連接圓點(diǎn).如下頁圖所示: 小結(jié)：

鈑金加工的好壞,不僅僅是與設(shè)備有關(guān)系,也與操作人員的經(jīng)驗(yàn),工藝順序的制作有很大的關(guān)系.鈑金加工的概念與機(jī)加工的概念有很大的差別,機(jī)加工主要是指: “鉆銑刨磨鏜”,一般來說,機(jī)加工的精度比鈑金加工的精度要高很多,所以不能用機(jī)加工的標(biāo)準(zhǔn)來要求鈑金加工,目前業(yè)界的鈑金加工的精度的經(jīng)驗(yàn)值是+/-0.2mm.對(duì)特別的加工精度要求,可以用比較特殊的方式來加工,比如模具來加工.鈑金的加工精度跟我們的設(shè)計(jì)緊密相關(guān),如果在設(shè)計(jì)的時(shí)候不考慮加工精度的問題,產(chǎn)品回來后難免會(huì)發(fā)生干涉,難裝配等缺陷。大衛(wèi)遜工業(yè)設(shè)計(jì)公司一致貫徹從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)最終實(shí)現(xiàn)，與總部的緊密合作，致力于產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新，為海內(nèi)外各類制造商提供無數(shù)新產(chǎn)品方案。常見加工設(shè)備的加工范圍

第三篇：電火花成型加工技術(shù)

電火花成型加工技術(shù)

2.1 電火花加工原理和特點(diǎn)

一、原理

電火花加工時(shí)，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質(zhì)（常用煤油或礦物油或去離子水）中。工具電極由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很小的放電間隙（0.01～0.05mm）。當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間，便將當(dāng)時(shí)條件下極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小，放電時(shí)間極短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā)，以致形成一個(gè)小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過很短的間隔時(shí)間，第二個(gè)脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，它的形狀最終就復(fù)制在工件上，形成所需要的加工表面。與此同時(shí)，總能量的一小部分也釋放到工具電極上，從而造成工具損耗。

從上看出，進(jìn)行電火花加工必須具備三個(gè)條件：必須采用脈沖電源；必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，以保持工具電極與工件電極間微小的放電間隙；火花放電必須在具有一定絕緣強(qiáng)度（10～107Ω ·m）的液體介質(zhì)中進(jìn)行。

二、電火花常用基本符號(hào)

1、放電間隙：放電間隙指加工時(shí)工具和工件之間產(chǎn)生火花放電的一層距離間隙。在加工過程中，則稱為加工間隙S，它的大小一般在0.01-0.5mm之間，粗加工時(shí)間隙較大，精加工時(shí)則較小。加工間隙又可分為端面間隙SF 和側(cè)面間隙SL

2、脈沖寬度ti（μs）：脈沖寬度簡稱脈寬，它是加到工具和工件上放電間隙兩端的電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間（見圖）為了防止電弧燒傷，電火花加工只能用斷斷續(xù)續(xù)的脈沖電壓波。粗加工可用較大的脈寬ti>100μs，精加工時(shí)只能用較少的脈寬ti<50μs。

3、脈沖間隔to(μs)：脈沖間隔簡稱脈間或間隔，也稱脈沖停歇時(shí)間。它是兩個(gè)電壓脈沖之間的間隔時(shí)間。間隔時(shí)間過短，放電間隙來不及消電離和恢復(fù)絕緣，容易產(chǎn)生電弧放電，燒傷工具和工件；脈間選得過長，將降低加工生產(chǎn)率。加工面積、加工深度較大時(shí)，脈間也應(yīng)稍大。

4、開路電壓或峰值電壓：開路電壓是間隙開路時(shí)電極間的最高電壓，等于電源的直流電壓。峰值電壓高時(shí)，放電間隙大，生產(chǎn)率高，但成型復(fù)制精度稍差。

5、火花維持電壓：火花維持電壓是每次火花擊穿后，在放電間隙上火花放電時(shí)的維持電壓，一般在25V左右，但它實(shí)際是一個(gè)高頻振蕩的電壓。電弧的維持電壓比火花的維持電壓低5V左右，高頻振蕩頻率很低，一般示波器上觀察不到高頻成分，觀察到的是一水平亮線。過渡電弧的維持電壓則介于火花和電弧之間。

6、加工電壓或間隙平均電壓U（V）

加工電壓或間隙平均電壓是指加工時(shí)電壓表上指示的放電間隙兩端的平均電壓，它是多個(gè)開路電壓、火花放電維持電壓、短路和脈沖間隔等零電壓的平均值。在正常加工時(shí)，加工電壓在30-50V，它與占空比、預(yù)置進(jìn)給量等有關(guān)。占空比大、欠進(jìn)給、欠跟蹤、間隙偏開路，則加工電壓偏大；占空比小、過跟蹤或預(yù)置進(jìn)給量?。ㄩg隙偏短路），加工電壓即偏小。

7、加工電流I（A）

加工電流是加工時(shí)電流表上指示的流過放電間隙的平均電流。精加工時(shí)小，粗加工時(shí)大；間隙偏開路時(shí)小，間隙合理或偏短路時(shí)則大。

8、短路電流Is（A）

短路電流是放電間隙短路時(shí)（或人為短路時(shí)）電流表上指示的平均電流（因?yàn)槎搪窌r(shí)還有停歇時(shí)間內(nèi)無電流）。它比正常加工時(shí)的平均電流要大20-40%。

9、峰值電流Ie（A）

峰值電流是間隙火花放電時(shí)脈沖電流的最大值（瞬時(shí)），日本、英國、美國常用Ie表示，雖然峰值電流不易直接測(cè)量，但它是實(shí)際影響生產(chǎn)率、表面粗糙度等指標(biāo)的重要參數(shù)。在設(shè)計(jì)制造脈沖電源時(shí)，每一功率放大管串聯(lián)限流電阻后的峰值電流是預(yù)先選擇計(jì)算好的。為了安全，每個(gè)50W的大功率晶體管選定的峰值電流約為2-3A，電源說明書中也有說明，可以按此選定粗、中、精加工時(shí)的峰值電流（實(shí)際上是選定用幾個(gè)功率管進(jìn)行加工）。

10、放電狀態(tài)

放電狀態(tài)指電火花加工時(shí)放電間隙內(nèi)每一脈沖放電時(shí)的基本狀態(tài)。一般分為五種放電狀態(tài)和脈沖類型

第一、開路（空載脈沖）放電間隙沒有擊穿，間隙上有大于50V的電壓，但間隙內(nèi)沒有電流流過，為空載狀態(tài)（td=ti）。

第二、火花放電（工作脈沖，或稱有效脈沖）

間隙內(nèi)絕緣性能良好，工作液介質(zhì)擊穿后能有效地拋出、蝕除金屬。波形特點(diǎn)是：電壓上有td，te和Ie波形上有高頻振蕩的小鋸齒波形。

第三、短路（短路脈沖）

放電間隙直接短路相接，這是由于伺服進(jìn)給系統(tǒng)瞬時(shí)進(jìn)給過多或放電間隙中有電蝕產(chǎn)物搭接所致。間隙短路時(shí)電流較大，但間隙兩端的電壓很小，沒有蝕除加工作用。

第四、電弧放電（穩(wěn)定電弧放電）

由于排屑不良，放電點(diǎn)集中在某一局部而不分散，局部熱量積累，溫度升高，惡性循環(huán)，此時(shí)火花放電就成為電弧放電，由于放電點(diǎn)固定在某一點(diǎn)或某局部，因此稱為穩(wěn)定電弧，常使電極表面結(jié)炭、燒傷。波形特點(diǎn)是td和高頻振蕩的小鋸齒波基本消失。

第五、過渡電弧放電（不穩(wěn)定電弧放電，或稱不穩(wěn)定火花放電）

過渡電弧放電是正?；鸹ǚ烹娕c穩(wěn)定電弧放電的過渡狀態(tài)，是穩(wěn)定電弧放電的前兆。波形特點(diǎn)是擊穿延時(shí)td很小或接近于零，僅成為一尖刺，電壓電流波上的高頻分量變低成為稀疏和鋸齒形。早期檢測(cè)出過渡電弧放電，對(duì)防止電弧燒傷有很大意義。

以上各種放電狀態(tài)在實(shí)際加工中是交替、概率性地出現(xiàn)的（與加工規(guī)準(zhǔn)和進(jìn)給量、沖油、間隙污染等有關(guān)），甚至在一次單脈沖放電過程中，也可能交替出現(xiàn)兩種以上的放電狀態(tài)。

11、加工速度Vw或VW（mm/min），vm或Vm（g/min）

加工速度是單位時(shí)間（min）內(nèi)從工件上蝕除加工下來的金屬體積（mm;），以質(zhì)量（g）計(jì)算時(shí)用vm或Vm表示，也稱加工生產(chǎn)率。大功率電源粗加工時(shí)vW>500mm/min，但電火花精加工時(shí)，通常vw<20mm/min。

12、相對(duì)損耗或損耗比（損耗率）θ（%）

相對(duì)損耗或損耗比是工具電極損耗速度和工件加工速度之比值，并以此來綜合合衡量工具電極的耐損耗程度和加工性能。

13、面積效應(yīng)：面積效應(yīng)指電火花加工時(shí)，隨加工面積大小變化而加工速度、電極損耗比和加工穩(wěn)定性等指標(biāo)隨之變化的現(xiàn)象。一般加工面積過大或過小時(shí)，工藝指標(biāo)通常降

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3低，這是由“電流密度”過小或過大引起的。

14、深度效應(yīng)：隨著加工深度增加而加工速度和穩(wěn)定性降低的現(xiàn)象稱深度效應(yīng)。主要是電蝕產(chǎn)物積聚、排屑不良所引起的

三、電火花加工特點(diǎn)

1：電火花加工速度與表面質(zhì)量 模具在電火花機(jī)加工一般會(huì)采用粗、中、精分檔加工方式。粗加工采用大功率、低損耗的實(shí)現(xiàn)，而中、精加工電極相對(duì)損耗大，但一般情況下中、精加工余量較少，因此電極損耗也極小，可以通過加工尺寸控制進(jìn)行補(bǔ)償，或在不影響精度要求時(shí)予以忽略。

2：電火花碳渣與排渣 電火花機(jī)加工在產(chǎn)生碳渣和排除碳渣平衡的條件下才能順利進(jìn)行。實(shí)際中往往以犧牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工時(shí)采用高電壓，大休止脈波等等。另一個(gè)影響排除碳渣的原因是加工面形狀復(fù)雜，使排屑路徑不暢通。唯有積極開創(chuàng)良好排除的條件，對(duì)癥的采取一些方法來積極處理。

3：電火花工件與電極相互損耗 電火花機(jī)放電脈波時(shí)間長，有利于降低電極損耗。電火花機(jī)粗加工一般采用長放電脈波和大電流放電，加工速度快電極損耗小。在精加工時(shí)，小電流放電必須減小放電脈波時(shí)間，這樣不僅加大了電極損耗，也大幅度降低了加工速度。

2.2 電火花成型加工的基本規(guī)律

一、加工條件

1）、工具電極和工件電極之間必須加以60V—300V的脈沖電壓，同時(shí)還需維持合理的距離——放電間隙。大于放電間隙，介質(zhì)不能被擊穿，無法形成火花放電；小于放電間隙，會(huì)導(dǎo)致積炭，甚至發(fā)生電弧放電，無法繼續(xù)加工。

2）、兩極間必須充滿介質(zhì)。電火花成形加工一般為火花液或煤油，線切割一般為去離子水或乳化液。

3）、輸送到兩極間脈沖能量應(yīng)足夠大。即放電通道要有很大的電流密度（一般為10—10A/cm）。492 4 4）、放電必須是短時(shí)間的脈沖放電。一般為1μs — 1ms。這樣才能使放電產(chǎn)生的熱量來不及擴(kuò)散，從而把能量作用局限在很小的范圍內(nèi)，保持火花放電的冷極特性。

5）、脈沖放電需要多次進(jìn)行，并且多次脈沖放電在時(shí)間上和空間上是分散的，避免發(fā)生局部燒傷。

6）、脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時(shí)排放至放電間隙之外，使重復(fù)性放電順利進(jìn)行。

二、影響加工因素

1、極性效應(yīng)

2、覆蓋效應(yīng)

3、二次放電

4、加工速度

5、火花放電通道

6、工具電極損耗

7、放電間隙

8、放電產(chǎn)物排除

2.3 電火花加工設(shè)備

數(shù)控電火花成型加工機(jī)床由于功能的差異，導(dǎo)致在布局和外觀上有很大的不同，但其基本組成是一樣的，都由脈沖電源、數(shù)控裝置、工作液循環(huán)系統(tǒng)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)、基礎(chǔ)部件等組成。

主軸頭：主軸頭是電火花成型加工機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，由伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向和防扭機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)三部分組成，控制工件與工具電極之間的放電間隙。

一、對(duì)主軸頭的要求

主軸頭的好壞直接影響加工的工藝指標(biāo)，因此主軸頭應(yīng)具備以下條件：

1、有一定的軸向和側(cè)向剛度及精度；

2、有足夠的進(jìn)給和回升速度；

3、主軸運(yùn)動(dòng)的直線性和防扭轉(zhuǎn)性能好；

4、靈敏度要高，無爬行現(xiàn)象；

5、不同的機(jī)床要具備合理的承載電極的能力。

二、主軸頭運(yùn)動(dòng)控制方式

1、電液伺服進(jìn)給

2、步進(jìn)電機(jī)伺服進(jìn)給

3、直（交）流伺服進(jìn)給

進(jìn)給裝置：火花放電加工是一種無切削力不接觸的加工手段，要保證加工繼續(xù)，就必須始終保持一定的放電間隙S。這個(gè)間隙必須在一定的范圍內(nèi)，間隙過大就不能擊穿放電介質(zhì)，過小則容易短路。因此，電極的進(jìn)給速度 Vd 必須大于電腐蝕的速度 Vw，如圖 7-4 所示。同時(shí)，電極還要頻繁的靠近和離開工件，以便于排渣，而這種運(yùn)動(dòng)是無法用手動(dòng)來控制的，故必須由伺服系統(tǒng)來自動(dòng)控制電極的的運(yùn)動(dòng)。

自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是用來改變、調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，使進(jìn)給速度接近并等于電腐蝕速度，維持一定的放電間隙，使放電加工穩(wěn)定進(jìn)行，獲得比較好的加工效果。

工作液循環(huán)過濾裝置：

如圖 7-5 所示，電火花成型加工用的工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)包括工作液泵、容器、過濾器及管道等，使工作液強(qiáng)迫循環(huán)，其中 a）、b）為沖油式，c）、d）為抽油式。沖油是把經(jīng)過過濾的清潔工作液經(jīng)液壓泵加壓，強(qiáng)迫沖入電極與工件之間的放電間隙里，將放電蝕除的電蝕產(chǎn)物隨同工作液一起從放電間隙中排除，以達(dá)到穩(wěn)定加工。在加工時(shí)，沖油的壓力可根據(jù)不同工件和幾何形狀及加工的深度隨時(shí)改變，一般壓力選在 0～200KPa 之間。對(duì)不通孔加工，）所示，從圖中可看出采用沖油的方法循環(huán)效果比抽油更簡單，特別在型腔加工中大都采用這種方式，可以改善加工的穩(wěn)定性。

下圖為工作液循環(huán)系統(tǒng)油路圖，它既能沖油又能抽油。其工作過程是：儲(chǔ)油箱的工作液首先經(jīng)過粗過濾器

1、單向閥 2 吸入液壓泵 3，這時(shí)高壓油經(jīng)過不同形式的精過濾器 7 輸向機(jī)床工作液槽，溢流安全閥 5 控制系統(tǒng)的壓力不超過 400KPa，快速進(jìn)油控制閥 10 供快速進(jìn)油用，待油注滿油箱時(shí)，可及時(shí)調(diào)節(jié)沖油選擇閥 13，由閥 9 來控制工作液循環(huán)方式及壓力，當(dāng)閥 13 在沖油位置時(shí)，補(bǔ)油沖油都不通，這時(shí)油杯中油的壓力由閥 9 控制。當(dāng)閥 13 在抽油位置時(shí)，補(bǔ)油和抽油兩路都通，這時(shí)壓力工作液穿過射流抽吸管 12，利用流體速度產(chǎn)生負(fù)壓，達(dá)到實(shí)現(xiàn)抽油的目的。

工作液循環(huán)過濾裝置的過濾對(duì)象主要是金屬粉屑和高溫分解出來的碳黑，其過濾方式和點(diǎn)

脈沖電源：

一、作用

電火花成型加工用脈沖電源的原理及作用與電火花線切割相同。

二、分類

1、按其作用原理和所用的主要元件、脈沖波形等可分為多種類型，見表 7-3。

2、按功能可分為等電壓脈寬(等頻率)、等電流脈寬脈沖電源，以及模擬量、數(shù)字量、微機(jī)控制、適應(yīng)控制、智能化等脈沖電源。

工作臺(tái)與工作液箱：工作臺(tái)主要用來支承和裝夾工件。在實(shí)際加工中，通過轉(zhuǎn)動(dòng)縱向絲杠來改變電極和工件的相對(duì)位置。工作臺(tái)上裝有工作液箱，用來容納工作液，使電極和工件浸泡在工作液中，起到冷卻和排屑的作用。

2.4 電火花加工技術(shù)的發(fā)展

電火花加工技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域占有重要地位，是實(shí)現(xiàn)難加工材料、復(fù)雜零件精密加工的有效手段。我們應(yīng)借鑒其他加工技術(shù)發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)，揚(yáng)長避短，充分利用現(xiàn)代科技發(fā)展的相關(guān)成果，在深入研究電火花放電機(jī)理的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)電火花加工工藝?yán)碚摵涂刂评碚摰难芯浚纳茩C(jī)床結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)智能控制技術(shù)與電火花加工技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，同時(shí)高度重視操作安全和環(huán)境保護(hù)，全面推動(dòng)電火花加工技術(shù)更快發(fā)展。

第四篇：高分子材料成型加工

第一章

1.高分子材料的定義

以高分子材料為主要組分的材料

2.高分子材料成型加工的定義

高分子材料是通過成型加工工藝得到具有實(shí)用性的材料或制品過程的工程技術(shù)

3.高分子材料工程特征的含義

高分子材料制品的性能既與材料本身的性質(zhì)有關(guān)，有很大程度上受成型加工過程所產(chǎn)生的附加性質(zhì)的影響

第三章

2.熱穩(wěn)定劑是一類能夠防止高分子材料在成型加工或使用過程中因受熱而發(fā)生降解或交聯(lián)的添加劑

分類： 鉛鹽類穩(wěn)定劑，有機(jī)錫類穩(wěn)定劑，有機(jī)銻類穩(wěn)定劑，有機(jī)輔助穩(wěn)定劑，復(fù)合穩(wěn)定劑，稀土類穩(wěn)定劑

用于食品： 有機(jī)錫類穩(wěn)定劑，復(fù)合穩(wěn)定劑，稀土類穩(wěn)定劑

3.Pvc塑料

因?yàn)镻VC是一種極現(xiàn)在高溫下的加工成型。

？？/、？性高分子，分子間的作用力很強(qiáng)，導(dǎo)致加工溫度超過其分解溫度，只有加入熱穩(wěn)定劑才能實(shí)

4.抗氧劑是指可抑制或延緩高分子材料自動(dòng)氧化速度，延長其使用壽命的物質(zhì)。

抗臭氧劑是指可以阻止或延緩高分子材料發(fā)生臭氧破壞的化學(xué)物質(zhì)。

不同：抗氧劑是抑制擴(kuò)散到制品內(nèi)部的氧，而抗臭氧只是在制品表面上發(fā)揮作用。

5.光穩(wěn)定劑是可有效地抑制光致降解物理和化學(xué)過程的一類添加劑。

？/、？/ 8.潤滑劑是降低熔體與加工機(jī)械或成型模具之間以及熔體內(nèi)部相互直接按的摩擦和黏附，改善加工流動(dòng)性，提高生產(chǎn)能力和制品外觀質(zhì)量的一類添加劑。

因?yàn)槠淇梢哉{(diào)節(jié)PVC樹脂熔化速率和降低熔體黏度 9.？？？

10.硫化促進(jìn)劑：提高硫化速度，縮短硫化時(shí)間，降低硫化溫度，減少了硫化劑用量，提高或改善硫化膠物理機(jī)械性能

硫化活性劑：提高膠料中硫化促進(jìn)劑的活性，減少硫化促進(jìn)劑的用量，縮短硫化時(shí)間 防焦劑：少量加入即可防止或延遲膠料在加工和貯存時(shí)產(chǎn)生焦燒 12.著色劑，發(fā)泡劑，阻燃劑，抗靜電劑，偶聯(lián)劑，防霉劑

第四章

1.高分子材料制品設(shè)計(jì)中，成型加工方法選擇的依據(jù)是什么？

制品形狀，產(chǎn)品尺寸，材料特征，公差精度，加工成本

2.？？ 3.？？ 4.高分子材料進(jìn)行配方設(shè)計(jì)的一般原則和依據(jù)各是什么？

制品的性能要求：抓住主要矛盾，用其所長，避其所短，必要時(shí)可共混或復(fù)合改性

成型加工性能的要求：各種成型加工方法的工藝和設(shè)備各有其特點(diǎn)，對(duì)材料的要求也不同，故需充分考慮。

原材料的要求：材料的主體成分-高分子化合物決定了材料的基本性能，添加劑對(duì)材料及其制品的性能有很大的影響

產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)成本要求：在滿足使用性能的前提下，選用質(zhì)量穩(wěn)定可靠，價(jià)格低的原材料，調(diào)節(jié)配方，盡可能的減少成本

5.配方有哪幾種表示方法？各有何作用？相互關(guān)系是什么？

以質(zhì)量份數(shù)表示的配方：以高分子化合物為100份，計(jì)量容易，應(yīng)用廣泛，適于工業(yè)生產(chǎn)

以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示的配方：以混合料為100份，計(jì)算原材料消耗，定額指標(biāo)等方便，便于財(cái)務(wù)的成本核算及定價(jià)

以體積百分?jǐn)?shù)表示的配方：以混合體積為100份，便于計(jì)算體積成本及原材料倉儲(chǔ)體積

生產(chǎn)配方：生產(chǎn)中實(shí)際使用的配方表示形式，便于直接計(jì)算，符合生產(chǎn)實(shí)際

相互關(guān)系：？/?、??？

第六章

1．物料的混合有哪三種基本運(yùn)動(dòng)形式？聚合物成型時(shí)熔融物料的混合以哪一種運(yùn)動(dòng)形式為主？為什么？

答：混合涉及到三種擴(kuò)散的基本運(yùn)動(dòng)形式，即分子擴(kuò)散、渦流擴(kuò)散和體積擴(kuò)散。

體積擴(kuò)散，即對(duì)流混合。是指流體質(zhì)點(diǎn)、液滴或固體粒子由系統(tǒng)的一個(gè)空間位臵向另一空間位臵的運(yùn)動(dòng)，兩種或多種組分在相互占有的空間內(nèi)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，以期達(dá)到各組分的均勻分布。在聚合物加工中，這種混合占支配地位。

2．什么是“非分散混合”，什么是“分散混合”，兩者各主要通過何種物料運(yùn)動(dòng)和混合操作來實(shí)現(xiàn)？ 答：非分散混合。在混合中僅增加粒子在混合物中分布均勻性而不減小粒子初始尺寸的過程稱為非分散混合或簡單混合。

這種混合的運(yùn)動(dòng)基本形式是通過對(duì)流來實(shí)現(xiàn)的，可通過包括塞形流動(dòng)和不需要物料連續(xù)變形的簡單體積排列和臵換來達(dá)到。

分散混合。是指在混合過程中發(fā)生粒子尺寸減小到極限值，同時(shí)增加相界面和提高混合物組分均勻性的混合過程。分散混合的目的是把少數(shù)組分的固體顆粒和液滿分散開來，成為最終粒子或允許的更小顆粒或液滴，并均勻地分布到多組分中，這就涉及少組分在變形粘性流體中的破裂問題，這是靠強(qiáng)迫混合物通過窄間隙而形成的高剪切區(qū)來完成的。

3.為什么在評(píng)定固體物料的混合狀態(tài)時(shí)不僅要比較取樣中各組分的比率與總體比率的差異大小，而且還要考察混合料的分散程度？ 答：衡量混合效果需從物料的均勻程度和組分的分散程度兩方面來考慮。均勻程度指混入物所占物料的比率與理論或總體比率的差異。但就是相同比率的混合情況也是十分復(fù)雜的。在取樣分析組成時(shí)，若一次抽取的試樣的量足夠多，或者，一次取樣量雖不多，但取樣的次數(shù)足夠多，雖然每次抽取的試樣分析結(jié)果有所出入，但（取多個(gè)試樣分析結(jié)果的平均值時(shí)，）仍可得出混合情況相同的結(jié)論。然而從混合料中各組分的分散程度來看，則可能相差甚遠(yuǎn)。因此，在判定物料的混合狀態(tài)時(shí)，還必須考慮各組分的分散程度。

4.溫度對(duì)生膠塑煉有何影響？為什么天然橡膠在110℃時(shí)塑煉效果最差？ 答：低溫下，氧和橡膠大分子的直接引發(fā)氧化作用很小，但是低溫橡膠的粘度很高，機(jī)械剪切作用力大大提高，橡膠大分子鏈在機(jī)械力作用下的斷裂破壞是主要的，其斷裂生成的大分子游離基立即與周圍的空氣中的氧相結(jié)合，生成分子量較小的穩(wěn)定大分子，自由基活性得到終止。高溫時(shí)，氧和橡膠大分子的化學(xué)活潑性大大提高，氧可以直接引發(fā)大分子發(fā)生氧化裂解反應(yīng)，隨著溫度的升高反應(yīng)速度急劇加大，所以機(jī)械塑煉效果也隨之加大。當(dāng)天然橡膠在110攝氏度的時(shí)候，它的機(jī)械力作用是最小的時(shí)候，氧化裂解的作用也是最小的時(shí)候。5．天然橡膠的低溫機(jī)械塑煉的目的及其原理與聚氯乙烯塑料中添加鄰苯二甲酸二丁酯的目的及其原理有何異同？

答：天然橡膠的低溫機(jī)械塑煉的目的是提高天然橡膠的可塑性，便于配合劑在基體中的均勻分布，也有利于后續(xù)的成型加工；原理是在主要在機(jī)械力的作用下，使大分子鏈發(fā)生斷鏈。

聚氯乙烯塑料中添加鄰苯二甲酸二丁酯的目的是為了降低大分子鏈之間的作用下，提高鏈段的運(yùn)動(dòng)能力，使得玻璃化溫度降低，最終制品的韌性增強(qiáng)，柔性增大。

6．何謂橡膠的混煉？用開煉機(jī)混煉時(shí)三階段及配合劑的加入次序？ 答：混煉就是將各種配合劑與可塑度合乎要求的生膠或塑煉膠在機(jī)械作用下混合均勻，制成混煉膠的過程。開煉機(jī)混煉經(jīng)歷包輥、吃粉、翻搗三個(gè)階段。

配合劑加入順序是混煉主要的工藝條件，為了能在較短的混煉時(shí)間里得到質(zhì)量良好的混煉膠，應(yīng)根據(jù)配合劑的作用、用量及其混煉特性來合理安排加入順序。一般原則是；難分散的、量少的先加；易分散的、量多的后加；硫化劑和促進(jìn)劑分開加，以免混在一起加入時(shí)因局部溫度過高而使膠料焦燒；硫黃最后加。所以通常配合劑加入順序?yàn)椋?生膠一固體軟化劑—促進(jìn)劑、活性劑、防老劑一補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑一液體軟化劑—硫黃及超促進(jìn)劑。

7．何謂膠料混煉過程中產(chǎn)生的結(jié)合橡膠？

答：生膠在塑煉時(shí)橡膠大分子斷鏈生成自由基，這種情況在混煉時(shí)同樣會(huì)發(fā)生。在混煉過程中，橡膠分子斷鏈生成大分子自由基可以與炭黑粒子表面的活性部位結(jié)合，也可以與發(fā)黑聚集體在混煉時(shí)被搓開所產(chǎn)生的具有較高活性的新生面結(jié)合，或者已與炭黑結(jié)合的橡膠又通過纏結(jié)或交聯(lián)結(jié)合更多的橡膠，形成一種不溶于橡膠溶劑的產(chǎn)物--結(jié)合橡膠。

8.區(qū)分“簡單組分高分子材料”和“復(fù)雜組分高分子材料”，并請(qǐng)各舉2-3例

答：簡單組分高分子材料：主要由高聚物組成(含量很高，可達(dá)95%以上)，加入少量(或不加入)抗氧劑、潤滑劑、著色劑等添加劑。如： PE、PP、PTFE。

復(fù)雜組分高分子材料：復(fù)雜組分塑料則是由合成樹脂與多種起不同作用的配合劑組成，如填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑等組成。如：PF、SPVC 9.成型用的塑料形態(tài)有哪幾種？各種形態(tài)的塑料有什么不同的特點(diǎn)？它們的應(yīng)用情況如何？

答：熱塑性塑料：熱塑性塑料分子結(jié)構(gòu)都是線型結(jié)構(gòu)，在受熱時(shí)發(fā)生軟化或熔化，可塑制成一定的形狀，冷卻后又變硬。在受熱到一定程度又重新軟化，冷卻后又變硬，這種過程能夠反復(fù)進(jìn)行多次。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。塑性塑料成型過程簡單，能夠連續(xù)化生產(chǎn)，并且具有相當(dāng)高的機(jī)械強(qiáng)度，因此發(fā)展很快。

熱固性塑料：熱固性塑料的分子結(jié)構(gòu)是體型結(jié)構(gòu)，在受熱時(shí)也發(fā)生軟化，可以塑制成一定的形態(tài)，但是受熱到一定程度或加入少量固化劑后，就硬化定型，再加熱也不會(huì)變軟和改變形態(tài)了。熱固性塑料加工成型后，受熱不再軟化，因此不能回收再用，如酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂等都是屬于此類塑料。熱固性塑料成型工藝過程比較復(fù)雜，所以連續(xù)生產(chǎn)有一定的困難，但其耐熱性好、不容易變形，而且價(jià)格比較低廉。

工程塑料：工程塑料是可作為工程結(jié)構(gòu)材料和代替金屬制造機(jī)器零部件等的塑料。例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜聚酰亞胺等。工程塑料具有密度小、化學(xué)穩(wěn)定性高、機(jī)械性能良好、電絕緣性優(yōu)越、加工成型容易等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、電器、化工、機(jī)械、儀器、儀表等工業(yè)，也應(yīng)用于宇宙航行、火箭、導(dǎo)彈等方面。

通用塑料：是指產(chǎn)量大、價(jià)格低、應(yīng)用范圍廣的塑料，主要包括聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品種。人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫脑S多制品都是由這些通用塑料制成。10．什么叫塑料的混合和塑化，其主要區(qū)別在哪里？

答：這是物料的初混合，是一種簡單混合，是在樹脂的流動(dòng)溫度以下和較低剪切作用下進(jìn)行的，在這一混合過程中，只是增加各組分微粒空間的無規(guī)則排列程度，而不減小粒子的尺寸。一般是一個(gè)間歇操作過程。

塑化物料在初混合基礎(chǔ)上的再混合過程，是在高于樹脂流動(dòng)溫度和較強(qiáng)剪切作用下進(jìn)行的。塑化的目的是使物料在溫度和剪切力的作用下熔融，獲得剪切混合的作用，驅(qū)出其中的水分和揮發(fā)物，使各組分的分散更趨均勻，得到具有一定可塑性的均勻物料。11．哪些機(jī)械通常用于塑料的初混合？哪些機(jī)械用于塑煉？ 答：初混合：在大批量生產(chǎn)時(shí)，較多使用高速混合機(jī)，其適用于固態(tài)混合和固液混合。S型和Z型捏合機(jī)主要適用于固態(tài)和液態(tài)混合，對(duì)物料有較強(qiáng)的撕捏作用，另外還有轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī)和螺帶式混合機(jī)。塑化常用的設(shè)備主要是開放式塑煉機(jī)、密煉機(jī)和擠出機(jī)。12.塑料的塑化與橡膠的塑煉二者的目的和原理有何異同？

答：：塑化：再混合，是高一級(jí)的混合。在高于流動(dòng)溫度（Tf或Tm）和較強(qiáng)烈的剪切速率下進(jìn)行。混合后，塑料各組份的物理和化學(xué)性質(zhì)有所變化。其目的是使物料在一定溫度和剪切力下熔融，驅(qū)出其中的水份和揮發(fā)物。使各組份的分散更趨均勻，得到具有一定可塑性的均勻物料。

塑煉：使生膠由強(qiáng)韌的彈性轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀谋阌诩庸さ乃苄誀顟B(tài)的過程。目的是使生膠獲得一定的可塑性，使之適合于混煉、壓延、壓出、成型等工藝操作；使生膠的可塑性均勻化，以便得到質(zhì)量均勻的膠料。（目的是降低彈性，增加可塑性，獲得流動(dòng)性；混煉時(shí)配合劑易于分散均勻，便于操作；使生膠分子量分布變窄，膠料質(zhì)量均勻一致。）

13.什么是“生膠的塑煉”，什么是“塑料的塑煉”，為什么要分別對(duì)生膠和塑料進(jìn)行塑煉？兩者分別可采取哪些措施，提高塑煉效果？ 答：生膠的塑煉：使生膠由強(qiáng)韌的彈性轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀谋阌诩庸さ乃苄誀顟B(tài)的過程。目的是使生膠獲得一定的可塑性，使之適合于混煉、壓延、壓出、成型等工藝操作；使生膠的可塑性均勻化，以便得到質(zhì)量均勻的膠料。（目的是降低彈性，增加可塑性，獲得流動(dòng)性；混煉時(shí)配合劑易于分散均勻，便于操作；使生膠分子量分布變窄，膠料質(zhì)量均勻一致。）

塑料的塑煉：再混合，是高一級(jí)的混合。在高于流動(dòng)溫度（Tf或Tm）和較強(qiáng)烈的剪切速率下進(jìn)行?；旌虾笏芰细鹘M份的物理和化學(xué)性質(zhì)有所變化。其目的是使物料在一定溫度和剪切力下熔融，驅(qū)出其中的水份和揮發(fā)物。使各組份的分散更趨均勻，得到具有一定可塑性的均勻物料。

14.聚氯乙烯粒狀塑料與酚醛壓塑粉在配臵過程中的塑化工序、目的、作用原理有何不同？

答：聚氯乙烯粒狀塑料：通過雙鍵聚合而成，經(jīng)過篩選、配料、混合、塑化成粒狀。

酚醛壓塑粉：過濾、配料、混合、塑化的粉狀塑料。目的：都是為了得到制品成型前的物料。

原理：使用的機(jī)械不同，他們的自身的物理化學(xué)性質(zhì)不同，致使他們得到的物料不同。

15、何謂塑料溶液和溶膠塑料？

答：塑料溶液的主要組成是作為溶質(zhì)的合成樹脂及各種配合劑和作為溶劑的有機(jī)溶劑。溶劑的作用是為了分散溶解樹脂，使得到的塑料溶液獲得流動(dòng)性。溶劑對(duì)制品是沒有作用的，只是為了加工而加入的一種助劑，在成型過程中必須予以排出。

溶膠塑料又稱糊塑料，是固體樹脂穩(wěn)定地懸浮在非水液體介質(zhì)中形成的分散體(懸浮體)。在溶膠塑料中氯乙烯聚合物或共聚物應(yīng)用最廣，通常稱聚氯乙烯糊。

溶膠塑料中的非水液體主要是在室溫下對(duì)樹脂溶劑化作用很小而在高溫下又很易增塑樹脂的增塑劑或溶劑，是分散劑。有時(shí)還可加入非溶劑性的稀釋劑，甚至有些加入熱因性樹脂或其單體。除此之外，溶膠塑料還因不同的要求加入膠凝劑、填充劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、著色劑等各種配合劑，因此，溶液塑料的組成是比較復(fù)雜的，其在室溫下是非牛頓液體，具有一定流動(dòng)性。16.簡述聚合物共混的目的及原則

答：1.利用各聚合物組分的性能，取長補(bǔ)短，消除各單一聚合物組分性能的缺點(diǎn)，保持各自的優(yōu)點(diǎn)，得到綜合性能優(yōu)異的聚合物材料。2.少量的某一聚合物作為另一個(gè)聚合物的改性劑，獲得顯著的改性效果。

3.通過共混改善聚合物的加工性能。

第七章

1．何謂熱固性塑料的固化速度？固化速率太慢或太快對(duì)制品有何影響？

答：這是熱固性塑料成型時(shí)特有的也是最重要的工藝性能，它是衡量熱固性塑料成型時(shí)化學(xué)反應(yīng)的速度。它是以熱固性塑料在一定的溫度和壓力下，壓制標(biāo)難試樣時(shí)，使制品的物理機(jī)械性能達(dá)到最佳值所需的時(shí)間與試件的厚度的比值(s/mm厚度)來表示，此值愈小，固化速率愈大。

固化速率應(yīng)當(dāng)適中，過小則生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，但過大則流動(dòng)性下降，會(huì)發(fā)止塑料尚未充滿模具型腔就已固化的現(xiàn)象，就不能適于成型薄壁和形狀復(fù)雜的制品。

2．簡述熱固性塑料模壓成型的工藝步驟。

答：熱固性塑料模壓成型工藝過程通常由成型物料的準(zhǔn)備、成型和制品后處理三個(gè)階段組成。

1、計(jì)量；

2、預(yù)壓；

3、預(yù)熱；

4、嵌件安放；

5、加料；

6、閉模；

7、排氣；8．保壓固化；

9、脫模冷卻；

10、制品后處理；

3．試分析模壓溫度的高低對(duì)模壓成型工藝的影響。

答：模壓溫度是指成型時(shí)所規(guī)定的模具溫度，對(duì)塑料的熔觸、流動(dòng)和樹脂的交聯(lián)反應(yīng)速度有決定性的影響。

在一定的溫度范圍內(nèi)，模溫升高、物料流動(dòng)性提高，充模順利，交聯(lián)固化速度增加，模壓周期縮短，生產(chǎn)效率高。但過高的模壓溫度會(huì)使塑料的交聯(lián)反應(yīng)過早開始和固化速度太快而使塑料的熔融粘度增加，流動(dòng)性下降，造成充模不全。另外一方面，由于塑料是熱的不良導(dǎo)體，模溫高，固化速度快，會(huì)造成模腔內(nèi)物料內(nèi)外層固化不一，表層先行硬化，內(nèi)層固化時(shí)交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生的低分子物難以向外揮發(fā)，會(huì)使制品發(fā)生腫脹、開裂和翹曲變形，而且內(nèi)層固化完成時(shí)，制品表面可能已過熱，引起樹脂和有機(jī)填料等分解，會(huì)降低制品的機(jī)械性能。因此模壓形狀復(fù)雜、壁薄、深度大的制品，不宜選用高模溫，但經(jīng)過預(yù)熱的塑料進(jìn)行模壓時(shí)，由于內(nèi)外層溫度較均勻，流動(dòng)性好，可選用較高模溫。

模壓溫度過低時(shí)，不僅物料流動(dòng)性差，而且固化速度慢，交聯(lián)反應(yīng)難以充分進(jìn)行，會(huì)造成制品強(qiáng)度低，無光澤，甚至制品表面出現(xiàn)腫脹，這是由于低溫下固化不完全的表層承受不住內(nèi)部低分子物揮發(fā)而產(chǎn)生的壓力的緣故。

4.在熱固性塑料模壓成型中，提高模溫應(yīng)相應(yīng)地降低還是升高模壓壓力才對(duì)模壓成型工藝有利？為什么？

答：在熱固性塑料模壓成型中，提高模溫一般應(yīng)相應(yīng)地升高模壓壓力才對(duì)模壓成型工藝有利。在一定范圍內(nèi)模溫提高能增加塑料的流動(dòng)性，模壓壓力可降低；但模溫提高也會(huì)使塑料的交聯(lián)反應(yīng)速度加速，從而導(dǎo)致熔融物料的粘度迅速增高，因而需更高的模壓壓力。綜合以 上因素，提高模溫一般應(yīng)相應(yīng)地提高模壓壓力。

5.熱固性塑料模壓成型中物料的預(yù)熱溫度對(duì)模壓壓力有何影響？為什么？

答：進(jìn)行預(yù)熱可以使物料熔化速度加快，黏度下降，流動(dòng)性提高，模壓壓力降低；但如果預(yù)熱溫度過高會(huì)使塑料在預(yù)熱過程中有部分固化，會(huì)抵消預(yù)熱增大流動(dòng)性效果，模壓時(shí)需更高的壓力來保證物料充滿型腔。在預(yù)熱時(shí)軟化傾向>交聯(lián)傾向，一般經(jīng)過預(yù)熱的物料可使用較低的模壓壓力。

6．在高分子材料成型加工中，哪些地方要求交聯(lián)？交聯(lián)能賦予高聚物制品哪些性能？

答：未硫化的橡膠Tg 在室溫以下，常溫下發(fā)黏，強(qiáng)度很低，基本無使用價(jià)值。通過硫化(交聯(lián))，才能使用。酚醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯等是具有活性官能團(tuán)的低分子量的齊聚物，也只有通過交聯(lián)，才能充分發(fā)揮它們的特性。在聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等泡沫塑料生產(chǎn)中，交聯(lián)也是極為重要的工藝技術(shù)，交聯(lián)有助于提高泡孔壁的強(qiáng)度。交聯(lián)后的性能取決于交聯(lián)密度。交聯(lián)密度高，相鄰交聯(lián)點(diǎn)之間相對(duì)分子質(zhì)量小，鏈段活動(dòng)性受到限制，Tg 隨之增高。交聯(lián)改善了高分子材料的力學(xué)性能、耐熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性能和使用性能。

7．試述天然橡膠以硫磺硫化后的制品大分子結(jié)構(gòu)特征。

答：硫化后，橡膠大分子結(jié)構(gòu)中各部位已程度不同地形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大分子鏈之間有主價(jià)鍵力的作用，使大分子鏈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到一定的限制，在外力作用下，不易發(fā)生較大的位移，變形減小，強(qiáng)度增大，失去可溶性，只能有限溶脹。

8．試述橡膠硫化后的物理性能的變化，并解釋之。

答：天然橡膠在硫化過程中，隨著線型大分子逐漸變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可塑性減小，拉伸強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度、硬度、彈性增加，而伸長率、永久變形、疲勞生熱等相應(yīng)減小，但若繼續(xù)硫化，則出現(xiàn)拉伸強(qiáng)度、彈性逐漸下降，伸長率、永久變形反而會(huì)上升的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都是線形大分子轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特征。

9．生膠和硫化膠在分子結(jié)構(gòu)及性能上有何不同？

答：硫化前：結(jié)構(gòu)：線性大分子，分子與分子之間無價(jià)鍵力；

性能：可塑性大，伸長率高，具可溶性。

硫化后：結(jié)構(gòu)：1）化學(xué)鍵；2）交聯(lián)鍵的位臵；3）交聯(lián)程度；

4）交聯(lián)

性能：1）力學(xué)性能（定伸強(qiáng)度、硬度、拉伸強(qiáng)度、伸

長率、彈性）；2）物理性能；3）化學(xué)穩(wěn)定性 10.橡膠的硫化歷程分為幾個(gè)階段？各階段的實(shí)質(zhì)和意義是什么？ 答：橡膠在硫化過程中，其各種性能隨硫化時(shí)間增加而變化。將與橡膠交聯(lián)程度成正比的某一些性能(如定伸強(qiáng)度)的變化與對(duì)應(yīng)的硫化時(shí)間作曲線圖，可得到硫化歷程圖。橡膠的硫化歷程可分為四個(gè)階段：焦燒階段、預(yù)硫階段、正硫化階段和過硫階段。

焦燒階段。又稱硫化誘導(dǎo)期，是指橡膠在硫化開始前的延遲作用時(shí)間，在此階段膠料尚未開始交聯(lián)，膠料在模型內(nèi)有良好的流動(dòng)性。對(duì)于模型硫化制品，膠料的流動(dòng)、充模必須在此階段完成，否則就發(fā)生焦燒，出現(xiàn)制品花紋不清，缺膠等缺陷。

預(yù)硫階段。焦燒期以后橡膠開始交聯(lián)的階段。在此階段，隨著交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，橡膠的交聯(lián)程度逐漸增加，并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，橡膠的物理機(jī)械性能逐漸上升，但尚未達(dá)到預(yù)期的水平，但有些性能如抗撕裂性、耐磨性等卻優(yōu)于正硫化階段時(shí)的膠料。預(yù)硫階段的長短反映了橡膠硫化反應(yīng)速度的快慢，主要取決于膠料的配方。

正硫化階段。橡膠的交聯(lián)反應(yīng)達(dá)到一定的程度，此時(shí)的各項(xiàng)物理機(jī)械性能均達(dá)到或接近最佳值，其綜合性能最佳。此時(shí)交聯(lián)鍵發(fā)生重排、裂解等反應(yīng)，膠料的物理機(jī)械性能在這個(gè)階段基本上保持恒定或變化很少．所以該階段也稱為平坦硫化階段。

過硫階段。正硫化以后繼續(xù)硫化便進(jìn)入過硫階段。交聯(lián)反應(yīng)和氧化及熱斷鏈反應(yīng)貫穿于橡膠硫化過程的始終，只是在不同的階段，這兩種反應(yīng)所占的地位不同，在過硫階段中往往氧化及熱斷鏈反應(yīng)占主導(dǎo)地位，因此膠料出現(xiàn)物理機(jī)械性能下降的現(xiàn)象。

11．橡膠制品生產(chǎn)過程中，剩余焦燒時(shí)間的長短與橡膠制品的類型有什么關(guān)系？

答：不同的硫化方法和制品，對(duì)焦燒時(shí)間的長短亦有不同要求。在硫化模壓制品時(shí)，總是希望有較長的焦燒期，使膠料有充分時(shí)間在模型內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)，而不致使制品出現(xiàn)花紋不清晰或缺膠等缺陷。在非模型硫化中，則應(yīng)要求硫化起步應(yīng)盡可能早一些，因?yàn)槟z料起步快而迅速變硬，有利于防止制品因受熱變軟而發(fā)生變形。不過在大多數(shù)情況下，仍希望有較長的焦燒時(shí)間以保證操作的安全性。12.何謂返原性膠料和非返原性膠料？

答：在過硫階段中不同的橡膠出現(xiàn)的情況是不同的。天然橡膠、丁苯橡膠等主鏈為線型大分子結(jié)構(gòu)，在過硫階段斷鏈多于交聯(lián)而出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象；而對(duì)于大部分合成橡膠，如丁苯、丁腈橡膠，在過硫階段中易產(chǎn)生氧化支化反應(yīng)和環(huán)化結(jié)構(gòu)，膠料的物理機(jī)械性能變化很小，甚至保持恒定，這種膠料稱硫化非返原性膠料。

13.何謂硫化三要素？對(duì)硫化三要素控制不當(dāng)會(huì)造成什么后果？ 答：硫化溫度、硫化壓力和硫化時(shí)間。

硫化溫度是促進(jìn)硫化反應(yīng)的主要因素，提高硫化溫度可以加快硫化速度，縮短硫化時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

硫化壓力的選取主要根據(jù)膠料的性質(zhì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和其他工藝條件等決定的。對(duì)流動(dòng)性較差的，產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的，或者產(chǎn)品較厚、層數(shù)多的宜選用較大的硫化壓力。硫化溫度提高，硫化壓力也應(yīng)高一些。但過高壓力對(duì)橡膠的性能也不利，高壓會(huì)對(duì)橡膠分子鏈的熱降解有加速作用；對(duì)于含纖維織物的膠料，高壓會(huì)使織物材料的結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致耐屈撓性能下降。

橡膠在硫化過程中，性能在不斷變化，所以選取恰當(dāng)?shù)牧蚧瘯r(shí)間對(duì)保證制品質(zhì)量十分重要。在一定的硫化溫度和壓力下，橡膠有一最宜的硫化時(shí)間，時(shí)間太長則過硫，時(shí)間太短則欠硫，對(duì)產(chǎn)品性能都不利。14.何謂正硫化和正硫化時(shí)間？正硫化時(shí)間的測(cè)定方法有哪幾種？各有何特點(diǎn)？

答：正硫化是一個(gè)階段，在正硫化階段中，膠料的各項(xiàng)物理機(jī)械性能保持最高值，但橡膠的各項(xiàng)性能指標(biāo)往往不會(huì)在同一時(shí)間達(dá)到最佳值。

橡膠處在正硫化時(shí)，其物理機(jī)械性能或綜合性能達(dá)到最佳值，預(yù)硫或過硫階段膠料性能均不好。達(dá)到正硫化所需的時(shí)間為正硫化時(shí)間。測(cè)定正硫化點(diǎn)的方法很多，主要有物理機(jī)械性能法、化學(xué)法和專用儀器法。

(1)物理機(jī)械性能法。此法的缺點(diǎn)是麻煩，不經(jīng)濟(jì)。

(2)化學(xué)法。測(cè)定橡膠在硫化過程中游離硫的含量，以及用溶脹法測(cè)定硫化膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的變化來確定正硫化點(diǎn)。此法誤差較大，適應(yīng)性不廣，有一定限制。

(3)專用儀器法。這是用專門的測(cè)試儀器來測(cè)定橡膠硫化特性并確定正硫化點(diǎn)的方法。目前主要有門尼粘度計(jì)和各類硫化儀，其中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)振蕩式硫化儀用得最為廣泛。

15．某一膠料的硫化溫度系數(shù)為2，當(dāng)硫化溫度為137℃時(shí)，測(cè)出其硫化時(shí)間為80min，若將硫化溫度提高到143℃，求該膠料達(dá)正硫化所需要的時(shí)間？上述膠料的硫化溫度時(shí)間縮短到60min時(shí)，求所選取的硫化溫度是多少？

t答：1?Kt280?2t2143?13710T2?T110

t2=52min 80?260T2?13710

1.249=0.3010(T2-137)

T2=141.2℃

16.某膠料的硫化溫度系數(shù)為2，在實(shí)驗(yàn)室中用試片測(cè)定，當(dāng)硫化溫度為143℃時(shí)，硫化平坦時(shí)間為20---80min，該膠料在140℃下于模型中硫化了70min,問是否達(dá)到正硫化？

解：由范特霍夫方程得 t1/t2=KT2-T1/10 得

t1/70=2140-143/10 解得 t1=56.9min ∵t1=56.9min在硫化平坦時(shí)間20---80min范圍內(nèi)

∴該膠料已達(dá)到正硫化

17．繪出增強(qiáng)熱固性塑料層壓板成型時(shí)熱壓過程五個(gè)時(shí)期的溫度和壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線，并說明各時(shí)期的溫度和壓力在成型中的作用。答：壓制的溫度控制一般分為五個(gè)階段

預(yù)熱階段：板坯的溫度由室溫升至樹脂開始交聯(lián)反應(yīng)的溫度，使樹脂開始熔化，并進(jìn)一步滲入增強(qiáng)材料中，同時(shí)排出部分揮發(fā)物。此時(shí)的壓力＝最高壓力的1/3～1/2。

中間保溫階段：樹脂在較低的反應(yīng)速度下進(jìn)行交聯(lián)固化反應(yīng)，直至溢料不能拉成絲，然后開始升溫升壓。

升溫階段：將溫度和壓力升至最高，加快交聯(lián)反應(yīng)。（此時(shí)樹脂的流動(dòng)性已下降，高溫高壓不會(huì)造成膠料流失）

熱壓保溫階段：在規(guī)定的溫度和壓力下，保持一定時(shí)間，使樹脂充分交聯(lián)固化。

冷卻階段：樹脂在充分交聯(lián)后，使溫度逐漸降低，進(jìn)行降溫冷卻。

第八章

1．?dāng)D出機(jī)螺桿在結(jié)構(gòu)上為何分段？分段的根據(jù)是什么？

答：根據(jù)物料在螺桿中的溫度、壓力、黏度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段、均化段三段。

2．?dāng)D出螺桿一般分為哪幾段？每段各有什么作用？對(duì)于晶態(tài)塑料的擠出成型，應(yīng)選擇何種螺桿？其L2 的長度有何特征，為什么？ 答：根據(jù)物料在螺桿中的溫度、壓力、粘度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段和均化段三段。

加料段：加料段的作用是對(duì)料斗送來的塑料進(jìn)行加熱，同時(shí)輸送到壓縮段。塑料在該段螺槽始終保持固體狀態(tài)。壓縮段：又叫相遷移段，其作用是對(duì)加料段送來的料起擠壓和剪切作用，同時(shí)使物料繼續(xù)受熱，由固體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴隗w，趕走塑料中的空氣及其他揮發(fā)成分，增大塑料的密度，塑料通過壓縮段后，應(yīng)該成為完全塑化的粘流狀態(tài)。

均化段：又叫計(jì)量段，其作用是將塑化均勻的物料在均化段螺槽和機(jī)頭回壓作用下進(jìn)一步攪拌塑化均勻，并定量定壓地通過機(jī)頭口模擠出成型。

對(duì)于晶態(tài)塑料的擠出成型：擠出結(jié)晶型熱塑性塑料的加料段要求較長，使塑料有足夠的停留時(shí)間，慢慢軟化，該段約占螺桿全長的60% 65%；結(jié)晶型塑料，熔融溫度范圍較窄，壓縮段較短，為3 5Ds；為了穩(wěn)定料流，均化段應(yīng)有足夠的長度，通常是螺桿全長的20% 25%。

其L2 的長度較短，因?yàn)槠淙廴跍囟确秶^窄。

3．什么叫壓縮比？擠出機(jī)螺桿設(shè)計(jì)中的壓縮比根據(jù)什么來確定？ 答：螺桿的壓縮比A：指螺桿加料段第一個(gè)螺槽的容積與均化段最后一個(gè)螺槽的容積之它表示塑料通過螺桿的全過程被壓縮的程度。A愈大，塑料受到擠壓的作用也就愈大，排除物料中所含空氣的能力就大。但A太大，螺桿本身的機(jī)械強(qiáng)度下降。壓縮比一般在2 5之間。

壓縮比的大小取決于擠出塑料的種類和形態(tài)，粉狀塑料的相對(duì)密度小，夾帶空氣多，其壓縮比應(yīng)大于粒狀塑料。另外擠出薄壁狀制品時(shí)，壓縮比應(yīng)比擠出厚壁制品大。壓縮比的獲得主要采用等距變深螺槽、等深度變距螺槽和變深變距螺槽等方法，其中等距變深螺槽是最常用的方法。

4．什么是擠出機(jī)螺桿的長徑比？長徑比的大小對(duì)塑料擠出成型有什么影響？長徑比太大又會(huì)造成什么后果？

答：螺桿的長徑比L/Ds：指螺桿工作部分的有效長度L與直徑Ds之比，此值通常為15 25，但近年來發(fā)展的擠出機(jī)有達(dá)40的，甚至更大。

L/Ds大，能改善塑料的溫度分布，混合更均勻，并可減少擠出時(shí)的逆流和漏流，提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力。L/Ds過小，對(duì)塑料的混合和塑化都不利。因此，對(duì)于硬塑料、粉狀塑料或結(jié)晶型塑料要求塑化時(shí)間長，應(yīng)選較大的L/Ds。L/Ds大的螺桿適應(yīng)性強(qiáng)，可用于多種塑料的擠出。

但L/Ds大大，對(duì)熱敏性塑料會(huì)因受熱時(shí)間大長而易分解，同時(shí)螺桿的自重增加，制造和安裝都困難，也增大了擠出機(jī)的功率消耗。目前，L/Ds以25居多。

5．漸變型和突變型螺桿有何區(qū)別？它們各適合哪類塑料的擠出？為什么？

答：等距變深螺桿按其螺槽深度變化的快慢(即壓縮段的長短)又可分為等距漸變形螺桿和等距突變形螺桿。非晶型塑料宜選用漸變形螺桿，結(jié)晶型塑料宜選用突變形螺桿。

6．如欲提高擠出機(jī)加料段固體輸送能力，應(yīng)對(duì)設(shè)備采取什么措施？指出其理論依據(jù)。答：固體塞的移動(dòng)情況是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是軸向運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，主要決定于螺桿表面和料筒表面與物料之間的摩擦力的大小。只有物料與螺桿之間的摩擦力小于物料與料筒之間的摩擦力時(shí)，物料才沿軸向前進(jìn)；否則物料將與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此只要能正確控制物料與螺桿及物料與料筒之間的靜摩擦因數(shù)，即可提高固體輸送能力。

為了提高固體輸送速率，應(yīng)降低物料與螺桿的靜摩擦因數(shù)，提高物料與料筒的徑向靜摩擦因數(shù)。要求螺桿表面有很高的光潔度，在螺桿中心通入冷卻水，適當(dāng)降低螺桿的表面溫度，因?yàn)楣腆w物料對(duì)金屬的靜摩擦因數(shù)是隨溫度的降低而減小的。

7．塑料在擠出機(jī)中的熔化長度的意義是什么？

答：擠出過程中，在加料段內(nèi)是充滿未熔融的固體粒子，在均化段內(nèi)則充滿著已熔化的物料，而在螺桿中間的壓縮段內(nèi)固體粒子與熔融物共存，物料的熔化過程就是在此區(qū)段內(nèi)進(jìn)行的，故壓縮段又稱為熔化區(qū)。在熔化區(qū)，物料的熔融過程是逐漸進(jìn)行的，自熔化區(qū)始點(diǎn)A開始，固體床的寬度將逐漸減小，熔池的寬度逐漸增加，直到熔化區(qū)終點(diǎn)B，固體床的寬度下降到零，進(jìn)入均化段，固體床消失，螺槽全部充滿熔體。從熔化開始到固體床的寬度降到零為止的總長度，稱為熔化長度。

8．塑料熔體在擠出機(jī)螺槽內(nèi)有幾種流動(dòng)形式？造成這幾種流動(dòng)的主要原因是什么？

答：從壓縮段送入均化段的物料是具有恒定密度的粘流態(tài)物料，在該段物料的流動(dòng)已成為粘性流體的流動(dòng)，物料不僅受到旋轉(zhuǎn)螺桿的擠壓作用，同時(shí)受到由于機(jī)頭口模的阻力所造成的反壓作用，物料的流動(dòng)情況很復(fù)雜。

通常把物料在螺槽中的流動(dòng)看成由下面四種類型的流動(dòng)所組成：(1)正流：是物料沿螺槽方向向機(jī)頭的流動(dòng)，這是均化段熔體的主流，是由于螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺棱的推擠作用所引起的，從理論分析上來說，這種流動(dòng)是由物料在深槽中受機(jī)筒摩擦拖曳作用而產(chǎn)生的，故也稱為拖曳流動(dòng)，它起擠出物料的作用。

(2)逆流：沿螺槽與正流方向相反的流動(dòng)，它是由機(jī)頭口模、過濾網(wǎng)等對(duì)料流的阻礙所引起的反壓流動(dòng)，故又稱壓力流動(dòng)，它將引起擠出生產(chǎn)能力的損失。

(3)橫流：物料沿x軸和y軸兩方向在螺槽內(nèi)往復(fù)流動(dòng)，也是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺棱的推擠作用和阻擋作用所造成的，僅限于在每個(gè)螺槽內(nèi)的環(huán)流，對(duì)總的擠出生產(chǎn)率影響不大，但對(duì)于物料的熱交換、混合和進(jìn)一步的均勻塑化影響很大。

(4)漏流：物料在螺桿和料筒的間隙沿著螺桿的軸向往料斗方向的流動(dòng)，它也是由于機(jī)頭和口模等對(duì)物料的阻力所產(chǎn)生的反壓流功。9.分析擠出成型時(shí)，螺桿均化段末端黏流態(tài)物料的壓力與哪些因素有關(guān)？

10.各種擠出成型制品的生產(chǎn)線由各自的主、輔機(jī)組成，請(qǐng)歸納它們的工藝過程，用框圖表示

11.塑料薄膜擠出生產(chǎn)工藝方法有哪幾種？簡要分析各種方法的工藝特點(diǎn)。不同成型方法所得的塑料薄膜性能有何不同的特點(diǎn)及應(yīng)用情況如何？

12．管材擠出的工藝過程是什么？擠出管材如何定徑？

答：管材擠出的基本工藝是：由擠出機(jī)均化段出來的塑化均勻的塑料，經(jīng)過過濾網(wǎng)、粗濾器而達(dá)分流器，并為分流器文架分為若干支流，離開分流器文架后再重新匯合起來，進(jìn)入管芯口模間的環(huán)形通道，最后通過口模到擠出機(jī)外而成管子，接著經(jīng)過定徑套定徑和初步冷卻，再進(jìn)入冷卻水槽或具有噴淋裝臵的冷卻水箱，進(jìn)一步冷卻成為具有一定口徑的管材，最后經(jīng)由牽引裝臵引出并根據(jù)規(guī)定的長度要求而切割得到所需的制品。

管材擠出裝臵由擠出機(jī)、機(jī)頭口模、定型裝臵、冷卻水槽、牽引及切割裝臵等組成，其中擠出機(jī)的機(jī)頭口模和定型裝臵是管材擠出的關(guān)鍵部件。

管材擠出后，溫度仍然很高，為了得到準(zhǔn)確的尺寸和幾何形狀以及表面光潔的管子，應(yīng)立即進(jìn)行定徑和冷卻，以使其定型。

外徑定型是使擠出的管子的外壁與定徑套的內(nèi)壁相接觸而起定型作用的，為此，可用向管內(nèi)通入壓縮空氣的內(nèi)壓法或在管子外壁抽真空法來實(shí)現(xiàn)外徑定型。

內(nèi)壓法進(jìn)行外徑定型的定徑套如圖所示。定型時(shí)，可通過分料筋的孔道通入一定壓力的壓縮空氣(一般為0.05--0.3MPa表壓)。并在擠出的管端或管內(nèi)封塞。定徑套的外壁為夾套，內(nèi)通冷卻水以冷卻管子，經(jīng)定徑后的管子離開定徑套時(shí)不再變形。

第九章

1.何謂注射成型，它有何特點(diǎn)？請(qǐng)用框圖表示一個(gè)完整的注射成型工藝過程。

答：塑料的注射成型又稱注射模塑，或簡稱注塑，是塑料制品成型的重要方法。目前注射制品約占塑料制品總量的30%。在工程塑料中有80%是采用注射成型。

注射成型是間歇生產(chǎn)過程，除了很大的管、棒、板等型材不能用此法生產(chǎn)外，其他各種形狀、尺寸的塑料制品都可以用這種方法生產(chǎn)。它不但常用于樹脂的直接注射，也可用于復(fù)合材料、增強(qiáng)塑料及泡沫塑料的成型，也可同其他工藝結(jié)合起來，如與吹脹相互配合而組成注射—吹塑成型。

塑料的注射成型是將粒狀成粉狀塑料加入到注射機(jī)的料筒，經(jīng)加熱熔化呈流動(dòng)狀態(tài)，然后在注射機(jī)的柱塞或移動(dòng)螺桿快速而又連續(xù)的壓力下，從料簡前端的噴嘴中以很高的壓力和很快的速度注入到閉合的模具內(nèi)。充滿模腔的熔體在受壓的情況下，經(jīng)冷卻（熱塑性塑料）或加熱(熱固性塑料)固化后，開模得到與摸具型腔相應(yīng)的制品。

2.塑料擠出機(jī)的螺桿與移動(dòng)螺桿式注射機(jī)的螺桿在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各自的成型作用上有何異同？

答：注射螺桿與擠出螺桿在結(jié)構(gòu)上有如下區(qū)別： 1)注射螺桿的長徑比較小，在10 15之間。2)注射螺桿壓縮比較小，在2 2.5之間。

3)注射螺桿均化段長度較短，但螺槽深度較深，以提高生產(chǎn)率。為了提高塑化量，加料段較長，約為螺桿長度的一半。4)注射螺桿的頭部呈尖頭型，與噴嘴能很好的吻合。

注射螺桿起預(yù)塑化和注射作用，是間歇操作過程，它對(duì)物料的塑化能力、穩(wěn)定以及操作連續(xù)性等要求沒有擠出螺桿那么嚴(yán)格。

注射機(jī)的螺桿功能為加料、輸送、塑化和注射；而擠出機(jī)的螺桿功能則是加料、輸送、塑化和擠出。

注射機(jī)螺桿的運(yùn)動(dòng)方式為：旋轉(zhuǎn)、軸向運(yùn)動(dòng)；而擠出機(jī)的螺桿運(yùn)動(dòng)方式為旋轉(zhuǎn)。

注射機(jī)的螺桿頭部為尖頭；而擠出機(jī)的螺桿頭部為圓頭、平頭。3.請(qǐng)從加熱效率出發(fā)，分析柱塞式注射機(jī)上必須使用分流梭的原因。

答：分流梭裝在料筒前的中心部分，是兩端錐形的金屬圓錐體，形如魚雷，因此也叫魚雷頭。分流梭的作用是將料筒內(nèi)流經(jīng)該處的料成為薄層，使塑料流體產(chǎn)生分流和收斂流動(dòng)，以縮短傳熱導(dǎo)程。既加快了熱傳導(dǎo)，也有利于減少或避免塑料過熱而引起的熱分解現(xiàn)象。同時(shí)，塑料熔體分流后，在分流梭與料簡間隙中流速增加，剪切速度增大，從而產(chǎn)生較大的摩擦熱，料溫升高，粘度下降，使塑料得到進(jìn)一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射機(jī)的生產(chǎn)率及制品質(zhì)量。

柱塞式注射機(jī)必須采用分流梭，移動(dòng)螺桿式注射機(jī)的塑化效果好，不采用分流梭。

4.注射機(jī)的噴嘴有哪幾種類型？各適合何種聚合物材料的注射成型？

答：在料筒的前部，是連接料筒和塑模的通道，其作用是引導(dǎo)塑化料從料筒進(jìn)入棋具，并使有一定的射程。噴嘴的內(nèi)徑一般都是自進(jìn)口逐漸向出口收斂，以便與模具緊密接觸，由于噴嘴的內(nèi)徑不大，當(dāng)塑料通過時(shí)，流速增大，剪切速度增加，能使塑料進(jìn)一步塑化。熱塑性塑料的注射噴嘴類型很多，結(jié)構(gòu)各異，使用最普遍的有如下三種形式：

1)通用式噴嘴：是最普遍的形式，制造方便，無加熱裝臵，注射壓力損失小，常用于聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及纖維素等的注射成型。2)延伸式噴嘴：是通用式噴嘴的改進(jìn)型，制造方便，有加熱裝臵，注射壓力降較小，適用于有機(jī)玻璃、聚甲醛、聚砜、聚碳酸酯等高粘度樹脂。

3)彈簧針閥式噴嘴：是一種自鎖式噴嘴，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造困難，流程較短，注射壓力降較大，較適用于尼龍、滌綸等熔體粘度較低的塑料注射。

5.以柱塞式注射機(jī)成型聚丙烯制品時(shí)，注射機(jī)料筒的加熱效率為0.8，如果聚丙烯預(yù)熱溫度50℃，注射料溫230℃，注射機(jī)的料筒最高溫度應(yīng)控制幾度？ 答：

T?TOE?,TO?50℃,T?230,E?0.8,代入得TW?275℃Tw?TO

6.試分析注射成型中物料溫度和注射壓力之間的關(guān)系，并繪制成型區(qū)域示意圖。

答：在同一塑料的摩擦因數(shù)和熔融黏度是隨料筒溫度和模具溫度而變動(dòng)的，故注射壓力與料溫是相互制約的，料溫高時(shí)，注射壓力減?。环粗?，所需注射壓力加大。

7.保壓在熱塑性塑料注射成型過程中的作用是什么？保壓應(yīng)有多少時(shí)間？何謂凝封？

答：保壓階段。是熔體充滿模腔時(shí)起至柱塞或螺桿撤回時(shí)為止的一段時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，塑料熔體會(huì)因受到冷卻而發(fā)生收縮，柱塞或螺桿需保持對(duì)塑料的壓力，使模腔中的塑料進(jìn)一步得到壓實(shí)，同時(shí)料筒內(nèi)的熔體會(huì)向模腔中繼續(xù)流入以補(bǔ)足因塑料冷卻收縮而留出的空隙。隨模腔內(nèi)料溫下降，模內(nèi)壓力也因塑料冷卻收縮而開始下降。保壓時(shí)間一般約20-100s，大型和厚制品可達(dá)2-5min。塑料注射充模保壓時(shí)，澆注系統(tǒng)的熔體先行冷卻硬化的現(xiàn)象叫“凝封”，凝封可防止模腔內(nèi)尚未冷卻的熔體向噴嘴方向倒流。8.試述晶態(tài)聚合物注射成型時(shí)溫度（包括料溫和模溫）對(duì)其結(jié)晶性能和力學(xué)性能的影響。

答：料筒的溫度的高低主要決定與塑料的性質(zhì)，必須把塑料加熱到黏流溫度（Tf）或熔點(diǎn)以上，但必須低于其分解溫度。？？？？？不會(huì) 模具溫度不但影響塑料充模時(shí)的流動(dòng)行為，而且影響制品的物理機(jī)械性能和表觀質(zhì)量。實(shí)際上冷卻速度的大小取決于塑料熔體溫度(Tm)與冷卻介質(zhì)溫度(Tc)的溫差；當(dāng)Tc＜Tg為驟冷，Tc≈Tg為中速冷，Tc＞Tg為緩冷。結(jié)晶型塑料注射入模具后，將發(fā)生相轉(zhuǎn)變，冷卻速率將影響塑料的結(jié)晶速率。緩冷，即模溫高，結(jié)晶速率大，有利結(jié)晶，能提高制品的密度和結(jié)品度，制品成型收縮性較大，剛度大，大多數(shù)力學(xué)性能較高，但伸長率和沖擊強(qiáng)度下降；反過來，驟冷所得制品的結(jié)晶度下降，韌性較好。但驟冷不利于大分子的松弛過程，分子取向作用和內(nèi)應(yīng)力較大。中速冷塑料的結(jié)晶和取向較適中，是用得最多的條件。實(shí)際生產(chǎn)中用何種冷卻速度，還應(yīng)按具體的塑料性質(zhì)利制品的使用性能要求來決定。、9．聚丙烯和聚苯乙烯注射成型時(shí)，考慮到產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)效率，它們的模具溫度應(yīng)分別控制在哪個(gè)溫度范圍最適宜？為什么？（PP：Tg＝－10℃左右，PS：Tg＝80℃左右）

答：聚丙烯的結(jié)晶能力較強(qiáng)，提高模具溫度有助于改善熔體在模內(nèi)的流動(dòng)性，減小內(nèi)應(yīng)力和分子的定向作用，增強(qiáng)制件的密度和結(jié)晶度甚至能夠提前脫模；但制件的冷卻時(shí)間、收縮率和脫模后的翹曲變形將增大。制品結(jié)晶度的增加，制件的表面粗糙度值也會(huì)隨之減小。綜合考慮PP 模具溫度Tc>Tg，生產(chǎn)上常用溫度為40-90℃

無定形塑料注射充模后無相轉(zhuǎn)變，故模溫高低主要影響充模時(shí)間長短，較低的模溫，冷卻快，生產(chǎn)效率提高。PS 熔融黏度較低，采用偏低的模溫Tc

11．試分析注射成型過程中快速充模和慢速充模各有什么利弊。

答：充模速度↑，物料受剪切↑，生熱↑，T ↑，黏度下降，充模壓力↑，充模順利，能提高制品的熔接縫強(qiáng)度，生產(chǎn)周期縮短；但速度↑↑，料流為湍流，嚴(yán)重時(shí)引起噴射用，卷入空氣，可引起塑料局部燒傷及分解，使制品不均勻，內(nèi)應(yīng)力較大表面常有裂紋。慢速充模時(shí)，熔體以層流狀態(tài)流動(dòng)，順利將模腔內(nèi)的空氣排出，制品質(zhì)量較均勻；但充模過慢，會(huì)使熔體在流道中冷卻降溫，引起黏度提高，流動(dòng)性下降，引起充模不全，并出現(xiàn)分層和結(jié)合不好的熔接痕，影響制品強(qiáng)度和表面質(zhì)量。

12.簡述熱固性塑料和橡膠的注射成型原理。答：熱固性塑料注射成型原理：其主要組分是線型或帶有支鏈的低分子量聚合物，而且聚合物分子鏈上存在可反應(yīng)的活性基團(tuán)，因此，熱固性塑料受熱成型過程中不僅發(fā)生物理狀態(tài)的變化，而且還發(fā)生不可逆的化學(xué)變化。加進(jìn)料筒內(nèi)的熱固性塑料受熱轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)，而成為具有一定流動(dòng)性的熔體，但有可能因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使黏度升高，甚至交聯(lián)硬化為固體。所以為了便于注射成型能順利進(jìn)行，要求成型物料首先在溫度相對(duì)較低的料筒內(nèi)預(yù)塑化到半熔融狀態(tài)，注入高溫模腔后繼續(xù)加熱，物料就通過自身反應(yīng)基團(tuán)或反應(yīng)活性點(diǎn)與加入的固化劑作用，經(jīng)一定時(shí)間的交聯(lián)固化反應(yīng)，使線性樹脂逐漸變成體型結(jié)構(gòu)。

橡膠的注射成型原理：橡膠注射成型是將膠料通過注射機(jī)進(jìn)行加熱，然后在壓力作用下從機(jī)筒注入密閉的模型中，經(jīng)熱壓硫化而成為制品的生產(chǎn)方法，其注射模具是直接裝在注射機(jī)上，生產(chǎn)時(shí)將帶狀膠料喂入加料口，經(jīng)預(yù)熱、塑化后由注射機(jī)的螺桿或柱塞直接注入模型就地硫化。

第五篇：熱成型技術(shù)（定稿）

王輝：熱成型技術(shù)可以幫助汽車節(jié)能減排http://auto.QQ.com

2009年10月20日18:31

騰訊汽車

我要評(píng)論(0)主持人：下面進(jìn)行今天最后一個(gè)主題演講。下面有請(qǐng)本特勒汽車工業(yè)亞太區(qū)車身技術(shù)總監(jiān)王輝博士。他演講的題目是汽車安全設(shè)計(jì)及車身輕量化——本特勒熱成型技術(shù)的應(yīng)用。

王輝：我叫王輝，我來自德國本特勒集團(tuán)。

不管現(xiàn)在的汽車動(dòng)力是混合型的動(dòng)力，還是電池的電動(dòng)力，汽車車身輕量化的問題是一個(gè)主要的問題，汽車越輕，同樣的動(dòng)力他跑得越快，在同樣的動(dòng)力下他跑得遠(yuǎn)。所以我們今天的題目主要是講一下怎么樣用現(xiàn)代的工業(yè)技術(shù)以及新材料把車身在滿足一些技術(shù)條件，比如說碰撞條件、干路條件下能滿足輕量化，在節(jié)能減排方面做一些貢獻(xiàn)。節(jié)能減排是一個(gè)大趨勢(shì)，本特勒作為全球最大的汽車零部件供應(yīng)商之一，我們可以說本特勒也在行動(dòng)以節(jié)能減排。

我今天題目主要有幾個(gè)部分，在技術(shù)報(bào)告之前，我用幾分鐘給大家介紹一下本特勒。另外，我再介紹一下關(guān)于二氧化碳的減排，這個(gè)題目今天我們前面的報(bào)告人都已經(jīng)介紹了，我再簡單介紹一下。另外，在車身上面材料的使用，為什么使用這個(gè)材料，這個(gè)材料有什么好處。我以前在國內(nèi)做報(bào)告的題目就是這樣：對(duì)于不同的零件我們可以使用不同的材料，滿足他的技術(shù)要求，根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)來滿足輕量化的要求。另外，我給大家介紹我們近一兩年在市場(chǎng)上推廣的三個(gè)技術(shù)。最后，我要介紹三個(gè)例子，通過這三個(gè)例子大家可以看出來，作為節(jié)能減排，我們車的輕量化怎么能夠在車的設(shè)計(jì)過程中考慮到成本的要求、輕量化的要求、技術(shù)的要求。

首先，本特勒。本特勒是一個(gè)家族企業(yè)，它已經(jīng)存在了130年的歷史。他以前是一個(gè)鐵匠出身的，在50年代的時(shí)候，他曾經(jīng)生產(chǎn)過五千輛最小車。60年代，本特勒集團(tuán)分成三個(gè)分支，有鋼管、鋼材、汽車技術(shù)、貿(mào)易。我們今天主要講的是汽車貿(mào)易，在汽車貿(mào)易里面我們有三個(gè)產(chǎn)品部門，第一個(gè)是底盤部門，我是來自車身部門的。另外一套，我們還有發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣管道部門，另外，我們還有工程技術(shù)公司。本特勒全球在汽車行業(yè)總共在二十多家，有52個(gè)工廠16個(gè)研發(fā)中心，去年在汽車行業(yè)的銷售量是46億歐元，全球18000名員工。它的主要產(chǎn)品提前已經(jīng)提到了，主要是底盤，底盤部門有底盤零件和底盤模塊。我們還有車身件，車身件在車身里面，主要是A鑄、B鑄、前面保險(xiǎn)杠這些系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在汽車輕量化里面可以做很多的文章，因?yàn)樵谲嚿砝锩?，碰撞是一個(gè)主要的，現(xiàn)在國內(nèi)汽車要打開國際的碰撞門，你必須考慮到你這個(gè)車的設(shè)計(jì)，怎么樣才能設(shè)計(jì)出一個(gè)車在國外歐洲碰撞的時(shí)候能夠達(dá)到它的五星、四星的要求。我們這里面主要的安全零部件就拆開了熱成型技術(shù)。我們主要發(fā)動(dòng)機(jī)的鋼管和排氣管道，我們公司還有一個(gè)鋼管廠，它是高強(qiáng)度的鋼管它的抗強(qiáng)度能夠到1600兆發(fā)左右。

這是我們公司以后要?jiǎng)?chuàng)新發(fā)展的未來，現(xiàn)在主要有三個(gè)：去年我們?cè)趪鴥?nèi)搞技術(shù)展覽的時(shí)候，我們已經(jīng)提到這三個(gè)模塊：這三個(gè)模塊一個(gè)是有效合理的利用資源。有效合理的利用資源主要是考慮加工，我們通過不同的創(chuàng)新、改革使我們的先進(jìn)工藝技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中去，使能源消耗降低。這樣我們有效的使用資源。另外，我們考慮到安全性。因?yàn)槠嚨陌踩允且粋€(gè)主要的課題，我們生產(chǎn)出來的車必須要安全。另外，就是環(huán)境保護(hù)，我們主要是考慮到怎樣使汽車輕量化以達(dá)到減排的效果。所以我們不但在汽車零部件里面使用熱成型技術(shù)，還有碳纖維材料，我們也可以提供這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

接下來簡單介紹我們公司的情況，我們公司在中國的業(yè)務(wù)也開展得很好，目前中國有四家工廠，兩家在上海，一家在長春，另外一家在福州，而且我們公司是第一家把熱成型技術(shù)引入中國的公司。前面介紹了我們公司。

下面講一下我們下一個(gè)課題，這個(gè)課題主要是二氧化碳的規(guī)則。這個(gè)規(guī)則主要是歐共體定的規(guī)則。02年65%的車二氧化碳的排放量必須不能超過130克，05年，55%的車必須達(dá)到這個(gè)要求，如果不能達(dá)到這個(gè)要求，有一個(gè)懲罰，就是懲罰我們汽車廠，如果汽車廠超過一克，罰款五歐元，如果超過四克，每一克要付費(fèi)95歐元。從2019年以后，所有的車生產(chǎn)，如果超出了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，每一克都要罰款95歐元。這對(duì)汽車輕量化起到了很大的作用。這里面我們做了一個(gè)市場(chǎng)調(diào)查，如果車身或者整車的總量減輕一公斤，它的油耗可以節(jié)省多少升每公里，但是二氧化碳的排放量減少0.06克。這個(gè)0.06克是一個(gè)很小的數(shù)字，我們可以忽略不計(jì)，但是如果你從北京開到上海，來回跑一趟，二氧化碳的排放量就是很大的數(shù)字。而且如果你超過一克，從2012年開始，如果減輕重量一公斤，我就可以節(jié)省成本5.7歐元。這5.7歐元人民幣就是57塊錢。我們通過這個(gè)可以看出來，汽車的輕量化是非常關(guān)鍵的。在滿足節(jié)能減排的大趨勢(shì)下，作為一個(gè)汽車工程技術(shù)人員，必須要考慮到汽車的輕量化。我們做過一個(gè)調(diào)查，車身重量占整個(gè)車的40%，如果我們把車身減輕，整個(gè)車的重量就能夠減輕。現(xiàn)在一般的設(shè)計(jì)都是單一的車型，我可以用全鋼板車身結(jié)構(gòu)，豪華車或者是奧迪車，全部是鋁合金材料。在將來我們要考慮的肯定是車身的多樣化，或者是材料的多樣化。你要用不同的材料到不同的零部件上面去。以滿足他的技術(shù)要求。這些材料比如說我們這里面說的有超高強(qiáng)度鋼，一般抗拉強(qiáng)度在800以上的我們叫它是超高強(qiáng)度鋼。比如說熱成型技術(shù)，它的抗拉程度可以到1500、1600。鋁合金、碳纖維復(fù)合材料，鎂合金，這些技術(shù)在我們公司里面都可以進(jìn)行設(shè)計(jì)以及進(jìn)行生產(chǎn)。而且我們有一些產(chǎn)品已經(jīng)在用這些方面的技術(shù)。

這是在德國汽車學(xué)會(huì)，由大眾汽車公司牽頭進(jìn)行的研究。它是超級(jí)輕量化的車。這個(gè)車身的設(shè)計(jì)是有180公斤。這個(gè)車型是一個(gè)高爾夫(圖庫 論壇)的車型，這個(gè)高爾夫車型現(xiàn)在是180公斤，跟高爾夫

3、高爾夫4對(duì)比，它的材料減輕30%多。鋁合金占了53%，有96公斤左右。鋼板、鋼材66公斤，鎂合金11公斤，還有一些塑料件，這里面可能還有碳纖維復(fù)合材料。大家如果看一看的話，這里面的技術(shù)用了很多，比如說灰色的是熱成型零部件，這里面表示，前面中央通道及以及底盤，底部通道，都是用高強(qiáng)度鋼。為了滿足側(cè)面碰撞，A如和門底下的踏板，都是用熱成型技術(shù)。再看這個(gè)車，這個(gè)車在歐洲碰撞已經(jīng)拿到五個(gè)星，如果我們對(duì)它進(jìn)行分析，看看哪些零部件我們可以改?？纯丛诖蟮牧悴考懿荒軠p輕它的重量。通過我們對(duì)前后保熱成型材料，對(duì)頂部、底部，我們整個(gè)可以做一下估算。在滿足這個(gè)技術(shù)要求情況下，碰撞要求、鋼度要求等等要求情況下，我們可以減輕重量66公斤，這個(gè)66公斤是什么概念？成本我們現(xiàn)在不要考慮。因?yàn)殇X合金和鎂合金的材料成本肯定是很高的。我們現(xiàn)在根據(jù)技術(shù)進(jìn)一步的創(chuàng)新，我估計(jì)成本肯定會(huì)降下來。我們考慮到二氧化碳的排放。這個(gè)排放我們可以考慮它在生產(chǎn)中，比如說復(fù)合材料或者是鋁合金，它在生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳提高了。但是，如果在使用期間它就降低了。而且在回收方面，因?yàn)閺?fù)合材料等等的回收產(chǎn)生的二氧化碳也提高了。所以我們把整個(gè)考慮一下，如果一個(gè)車的使用壽命是20萬公里，我們可以計(jì)算一下，它的二氧化碳的排放量可以減排670公斤。這670公斤我們除20萬公里，等于是我們每公里減排4克二氧化碳。你一公斤，或者是一克，如果沒有達(dá)標(biāo)，你必須罰款95歐元，4克相當(dāng)于400歐元左右，通過我們的分析，我們認(rèn)為有可能根據(jù)我們的技術(shù)，尤其是熱成型技術(shù)，我們能滿足節(jié)能減排的要求。前面談到了很多的熱成型技術(shù)，熱成型到底是什么樣的技術(shù)？熱成型其實(shí)是很簡單的一個(gè)技術(shù)。大家可以看出來，這個(gè)工藝過程很簡單，首先是開點(diǎn)、下料，進(jìn)行爐子的加溫，這個(gè)溫度一般是在950度左右加溫。加溫以后，一次沖壓成形，然后再進(jìn)行冷卻。這個(gè)技術(shù)和一般的沖壓技術(shù)的區(qū)別多了一個(gè)模子。模具里面有一套冷卻系統(tǒng)。它減輕重量，因?yàn)樗鼜?qiáng)度提高了，所以重量可以減輕。而且可以減少它里面加強(qiáng)板的數(shù)量，比如說我們可以看出來，這里面的中央通道是大眾車的一個(gè)通道，我們可以通過熱成型技術(shù)可以用到中央通道里面去，加強(qiáng)板等一些零部件就可以省掉了。因?yàn)槲覀兪且淮纬尚?，所以我們就需要一套模具。同時(shí)，它的成型的精度非常高。另外，它的碰撞的能力非常優(yōu)秀。

這是我們一般用在汽車材料上面的圖，我們也稱它為香蕉圖，因?yàn)樗男螤钕裣憬?。一般我們國?nèi)在車身的材料是在這個(gè)范圍之內(nèi)，它的強(qiáng)度是200兆帕，它的強(qiáng)度是40%，因?yàn)樗容^軟，比較容易成型。它的原始材料沒有加溫之前強(qiáng)度已經(jīng)很高了，延伸率15%。通過加熱，它的材料里面，晶體發(fā)生變化，然后變到這個(gè)程度情況下，我們進(jìn)行沖壓成形，這個(gè)材料一加熱950度以后，鋼板肯定還是軟的，在這個(gè)情況下加熱成型。成型的同時(shí)進(jìn)行冷卻。冷卻是軋果處理了，它的強(qiáng)度就提高了。熱成型技術(shù)和我們老祖宗以前造劍的技術(shù)是一樣的。王麻子菜刀很快，它的刀的成型也是經(jīng)過爐子里面燒，進(jìn)行錘打，到爐子里面冷卻。這個(gè)工藝的好處是它的成型在25秒到30秒這么很短的時(shí)間內(nèi)來完成。這個(gè)技術(shù)是很關(guān)鍵的。這個(gè)材料是1600兆帕，跟200兆帕相比，我們強(qiáng)了8倍。國內(nèi)的這些廠家經(jīng)常提這個(gè)問題，你這個(gè)材料技術(shù)好，哪個(gè)零部件我是第一優(yōu)選，比如說要熱成型技術(shù)。這里面是我們?cè)谑袌?chǎng)調(diào)查，上面這些圖形，所有這些零部件標(biāo)志，在06年以前都可以采用熱車型技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的?，F(xiàn)在我們已經(jīng)拓寬了，比如說這個(gè)中央通道，在06年如果這個(gè)曲線進(jìn)行對(duì)比，本特勒每年可以生產(chǎn)八百萬件，而且BERU是在汽車零部件里面首選的零部件。

熱成型我們公司是全球領(lǐng)先的，我們不光停留在以前的熱成型技術(shù)上面，我們這幾年在熱成型技術(shù)開發(fā)獲得了很大的成功。比如說我們最里面一個(gè)技術(shù)，這個(gè)技術(shù)我們通過分析計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)這些零部件BERU的厚度，到底不部不要那么厚，中間厚一點(diǎn)，根據(jù)不同的厚度，我們可以在材料開展的過程中進(jìn)行汞壓，使得板的厚度根據(jù)我們的要求來調(diào)整軋汞的參數(shù)來滿足他不同的厚度。沖壓以后下料，下料以后進(jìn)行熱成型，最后沖壓成形。這里面的好處，我哪個(gè)地方厚就可以進(jìn)行熱成型加工，一套模具就可以滿足他的要求。這個(gè)技術(shù)我們已經(jīng)成功的用到了寶馬X5(圖庫 論壇)上面去。

另外一個(gè)，打補(bǔ)丁技術(shù)，在碰撞的時(shí)候，有機(jī)的部位會(huì)加強(qiáng)，加強(qiáng)需要加強(qiáng)板和加強(qiáng)金。我們?cè)贐ERU的技術(shù)里面，兩個(gè)料同時(shí)進(jìn)行下，下完了以后點(diǎn)焊連接起來，一起送到爐子里面加溫，一次成形，這個(gè)技術(shù)解決了：第一，省一套工序費(fèi)用。第二，如果你單獨(dú)進(jìn)行加工，最后技術(shù)組裝焊接的話，它的強(qiáng)度很高，焊接不在一起。這種技術(shù)它解決了撞碰帶來的困難。這里面大家要問了，你在加溫之前焊在一起了，再加熱以后再成型，這兩個(gè)點(diǎn)會(huì)不會(huì)脫落？我們可以解決這個(gè)問題。另外，局部進(jìn)行加熱，尤其在側(cè)面碰撞，它里面的要求特別高，最高的要求你頂部材料強(qiáng)一點(diǎn)，底部弱一點(diǎn)，所以碰撞的時(shí)候，底部吸收能量多一點(diǎn)。我們這個(gè)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成功的運(yùn)用到了奧迪Q5(圖庫 論壇)的技術(shù)上面去了，奧迪Q5去年在歐洲獲得車身展的最優(yōu)秀獎(jiǎng)。一般碰撞的時(shí)候頂部變形小一點(diǎn)，底部變形大一點(diǎn)。如果我們以熱成型，不同材料局部加熱，底部變形很小，頂部變形很大，可以滿足碰撞的要求，使得底部能量吸收多一點(diǎn)，因?yàn)榈撞康目臻g比較大。在優(yōu)化的過程中我們發(fā)現(xiàn)，這里面有一個(gè)輕量化的對(duì)比。如果用冷成型，它的重量是8.7公斤，如果我們用這個(gè)技術(shù)，4.5公斤。整車的重量減輕4.3公斤。我們不斷的提高，還可以把重量減輕。

下面講三個(gè)例子。我們經(jīng)過分析、計(jì)算，完全可以做到把外面這個(gè)板熱成型，如果我們采用熱成型技術(shù)，連成的三件我們可以連件進(jìn)行組成，重量可以減輕八公斤，性能可以提高，成本上面少了一個(gè)零件，總量減輕了，裝配成本減少了。所以我們這個(gè)零件在葡萄牙進(jìn)行量產(chǎn)。另外，我們這里面做了一個(gè)例子，這個(gè)車已經(jīng)碰撞無形，但是由于車底很重，我們通過進(jìn)行比較可以看出來，這里面有五層板連接起來的，大家看這個(gè)照片，這個(gè)照片是這個(gè)車子的切割照片，這個(gè)車子是帕薩車車子的切面，這里面就是用熱成型技術(shù)，我們可以在保證它的性能的情況下，減輕車底的重量7%，這個(gè)7%的數(shù)字很小，但是這個(gè)車420公斤，7%的概念相當(dāng)于是30公斤左右。最后一個(gè)例子，我們把20年以前的車進(jìn)行分析，看這個(gè)車能不能滿足現(xiàn)在的歐洲碰撞要求。大家可以看出來，如果20年前的車與我們?cè)谧雠鲎玻娴呐龊蛡?cè)面的碰，整個(gè)車壓縮得很大，我們對(duì)它進(jìn)行分析，以前用的車身材料沒有用高強(qiáng)度鋼，用600兆帕的鋼也是占8%左右。我們進(jìn)行優(yōu)化、分析，采用高強(qiáng)度鋼，我們可以發(fā)現(xiàn)，最里面優(yōu)化前和優(yōu)化后，我們可以減少它的變形將近800毫米，800毫米可以把里面的駕駛員的生命進(jìn)行保護(hù)，碰撞以后他沒有進(jìn)行壓縮。車內(nèi)碰撞可以減少500毫米。

這就是我今天要做的報(bào)告，謝謝大家！