3.2材料受迫成形工艺技术

第三章先进制造工艺技术第二节材料受迫成形工艺技术制造加工工艺实质上就是一种材料成形工艺。依据材料成形学观点，从物质组成方式上可把机械零件成形方法分为如下三种类型：①受迫成形②去除成形③堆积成形轻量化、精确化、高效化是未来材料成形加工技术的重要发展方向。1．精确铸造成形技术(1)自硬砂精确砂型铸造自硬树脂砂具有高强度、高精度、高溃散性和低的造型造芯劳动强度，是一种适合各种复杂中、小型铸件型芯制作的高效工艺。近年来采用冷芯露盒树脂砂芯发展起来的“精确砂芯造型”技术，可以生产壁厚仅有2.5mm的缸体、缸盖、排气歧管等复杂铸件。(2)高紧实砂型铸造铸型的高紧实率是当代造型机的发展方向，高紧实率及其均匀性可提高铸型强度、刚度、硬度和精度，可减少金属液浇注和凝固时型壁的移动，提高工艺的出品率，降低金属消耗，减少缺陷和废品。高紧实率铸型的获得，可通过真空吸砂、气流吹砂、气动压实、液动挤压和气冲等工艺手段。由于紧实度提高，铸件的精度、表面粗糙度可提高2—3级、适用于大批量铸件的生产。一、精密洁净铸造成形(3)消失模铸造消失模铸造工艺是利用泡沫塑料作为铸造模样，直接在模样四周填充型砂，不分上下模。由于泡沫塑料模样在浇注过程中被熔融的浇注液气化，因而可避免在做砂型时由于起模以及刷涂料时所引起的砂型馈散所造成铸件精度及表面质量的下降，使其完全等同于模样的水平。模造型可消除起模斜度，可减少铸件壁厚，能够获得表面光洁、尺寸精确、无飞边的少无余量的精密铸件。这种铸造工艺已在国内外得到广泛应用，并被称为“明天的铸造新技术”。(4)特种铸造技术包括压力铸造、低压铸造、熔模铸造、真空铸造、挤压铸造等。以金属模取代砂型模，以非重力浇注取代重力挠注，可使铸件尺寸精确，表面光洁，内部致密，铸件可实现少切削或无切削加工。但每一种特种铸造方法都有其自身的特点，应用场合都有一定的局限性。2．清洁(绿色)铸造技术日趋严格的环境与资源的约束，清洁铸造已成为21世纪铸造生产的重要特征。清洁铸造技术的主要内容有：1）采用洁净的能源2）采用无砂和少砂的特种铸造工艺3）研究并推广使用清洁无毒的工艺材料4）采用高溃散性型砂工艺5）研究开发多种废弃物的再生和综合利用技术6）研制开发铸造机器人或机械手，以代替工人在恶劣条件下工作。3．铸造过程计算机模拟铸造过程计算机仿真可在计算机上实现试浇，预测显示充型及凝固过程随时间流动及温度的变化，预测显示因工艺不合理而产生的铸造缺陷，可对各种不同铸造工艺方案做出最优的选择。1．精密模锻工艺精密模锻是在模锻设备上锻造出锻件形状复杂、精度高的模锻工艺。为了最大限度地减少氧化，提高精锻件的质量，精锻时采用较低的加热温度。对于碳素钢，精锻一般在900-450℃之间，又称低温模锻。精密模锻的锻件精度在很大程度上取决于锻模的加工精度，锻模精度要求比锻件精度高1—2级。模具型腔需开排气孔，以减小金属流动阻力。目前，较为流行一种冷温模锻成形技术。所谓冷温模锻，是指金属材料在室损或再结晶温度以下的塑性成形工艺，又称冷挤压成形。二、精确高效金属塑性成形工艺2．超塑性成形超塑性是指材料在一定的内部组织条件(如晶粒形状及尺寸、相变等)和外部环境条件(如温度、应变速率等)下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的伸长率现象。有人将伸长率超过100％的材料称之为超塑性材料。金属的超塑性主要有两种类型：①细晶超塑性；②相变超塑性；目前研究和应用较多的是细晶超塑性。超塑性成形工艺包括超塑性等温模锻、挤压、气压成形、真空成形、模压成形等；对于薄板的超塑性成形加工，气压成形应用最多。超塑性成形需要较高恒定的温度条件，较低的成形政变速率，生产率较低．模具需耐高温，这些不足因素致使该工艺没有得到较大推广的原因。3．精密冲裁工艺精密冲裁是使冲裁件呈纯剪切分离的冲裁工艺，它是在普通冲裁工艺基础上通过模具改进来提高制件精度，使冲裁件尺寸精度可达IT6-IT9级，断面粗糙度Ra值为1.6-0.4μm。(1)光洁冲裁光洁冲裁又称小间隙小圆角冲裁。与普通冲裁相比，其特点是采用了小圆角刃口和很小的冲模间隙。(2)负间隙冲裁负间隙冲裁的特点是凸模尺寸大于凹模型腔尺寸，产生负的冲裁间隙负间隙冲裁实质上为冲裁与整修两者的复合工序。(3)带齿圈压板精冲带齿圈压板的冲裁工艺可由原材料直接获得精度高、剪切面光洁的高质量冲压件，并可与其他冲压工序复合进行如沉孔、半冲孔、压印、弯曲、内孔翻边等精密冲压成形。4．辊轧工艺辊轧工艺是用轧辊对坯料进行连续变形的压力加工方法，具有生产率高、质量好、低和材料消耗少的优点。（1）辊锻轧制辊锻是将轧制工艺应用于锻造生产的一种新工艺。辊锻既可作为模锻的制坯工序，也可直接生产锻件，主要用于：①扁断面的长杆件，如扳手、链环等；②带有不变形头部而沿长度方向横截面面积递减的锻件。（2）辗环轧制辗环轧制是用来扩大环形坯料的外径和内径，从而获得各种零件的轧制方法。1．粉末锻造成形工艺特点粉末锻造成形是将传统的粉末冶金和精密锻造结合起来的一种新工艺。粉末锻造成形兼有粉末冶金和精密锻造两者的优点。与普通银造相比较，其优越性表现为；①能源消耗低，材料利用率高，如粉末锻造连杆是普通锻造能耗的49％，材料利用率达90％以上，而普通锻造只有40％—60％；②锻件精度高，力学性能好，内部组织无偏析，无各向异性；③疲劳寿命高，例如粉末锻造连杆的疲劳寿命比普通锻造提高了20％，高速钢工具寿命可提高两倍以上。三、粉末锻造成形工艺2．粉末锻造成形工艺过程粉末锻造成形的工艺过程可归纳为：粉末制取-模压成形-型坯烧结-锻前加热-锻造-后续处理。3．粉末锻造模具粉末锻造一般都是在闭式模腔内进行，因此对模具精度要求较高。四、高分子材料注射成形高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是指相对分子质量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上。高分子化合物包括有机高分子化合物和无机高分子化合物两类。有机高分子化合物又分为天然的和合成的。机械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有机高分子聚合物（简称高聚物），例如塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料和胶接剂等。在21世纪的今天，高分子材料已与钢材、水泥、木材并列为四大基本工程材料，已经成为支持人类文明、社会发展和科学进步的重要物质基础。高分子材料成形加工技术主要有注射成形、挤出成形、吹塑成形、压延成形、压制成形等。注射原理注射成型产品注射成型压机熔融成型压注原理压注成型压机压注成型产品挤出机头挤出成型过程吹塑成型压机吹塑成型产品吹塑原理1.气体辅助成形气体辅助成形是在熔融塑料充填(不完全充填)完成后，利用型腔内熔融体冷却前的时间差，将具有一定压力的惰性气体迅速地注入成形体内部，此时气体可在成品壁较厚的部分形成空腔，这样即能使成品壁厚变得均匀，防止产生表面缩痕或收缩翘曲，使制品表面平整光滑，提高表面质量。气辅成型塑件气辅模具模具配置气针装置，由气体产生器（惰性气体）向气针装置供气，以实现气辅。2.注射压缩成形法注射压缩成形法有整体压缩法和部分压缩法之分。注射压缩成形法的优点是可以采用较低的注射压力成形簿壁制品或需较大成形压力的制品，一般适用于流动性较差且薄壁的制品，如高分子PC或纤维填充工程塑料等。3.模具滑合成形法由日本制钢所开发，可用于中空制品和不同树脂的复合体制造。与吹塑模相比，该法制品具有表面精度好、尺寸精度高、壁厚均匀日设计自由度高的优点。4．剪切场控制取向成形法该法通常用于玻纤或碳纤维增强塑料制品的成形。该技术不仅可提高熔接痕强度，也可消除制品内部的缩孔或表面的缩痕。5．直接注射成形法主要用于高浓度玻璃纤维、碳纤维或有机、无机粉体等复合材料制品的注射成形。直接注射成形法不需经挤出机混炼造粒过程，可以将掺棍物直接注射成制品，简化了工艺过程，有较大的经济性。保险杠注射模轮毂压铸模轮胎橡胶模密封圈挤出模大型覆盖件模反光镜玻璃模绝缘陶瓷模本节结束