NO5非金属材料的成形电子教案 机械制造基础.doc

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1、NO5非金属材料的成形电子教案 机械制造基础教学目标知识目标：熟悉常见的塑料成形方法；掌握塑料的注射成形和挤出成形工艺过程；了解橡胶和陶瓷材料的成形方法。能力目标：能够根据塑料制品的特点，确定其成形方法；能够根据注塑件的要求，判断其结构设计是否合理。素质目标： 教学重点注射成形和挤出成形工艺过程教学难点成形方法的确定教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时6教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释模块五 非金属材料的成形任务描述塑料容器在日常生活中是经常见到的，有没有注意到容器底部支承面的形式是图5-1（a）还是图5-1（b）？为什么？图5-1 塑料容器底部支承图任务分析塑料件的

2、支承面应保证其稳定性，不宜以塑料件的整个底面作为支承面，因为塑件稍许翘曲或变形将会使底面不平。通常采用的是几个凸起的脚底或凸边支承，显然图5-1（a）以整个底面作支承面是不合理的，图5-1（b）以边框凸起作为支承面，设计较合理。相关知识学习情境一 工程塑料的成形一、注射成形1.注射成形的特点和应用注射成形具有成形周期短、能一次成形外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件，对各种塑料的适应性强，生产效率高，易于实现全自动化生产等一系列优点。因此，注射成形广泛地用于塑件的生产中，其产品占目前塑料制品总产量的30%左右。2.注射成形设备及其工作原理注射成形的主要设备是塑料注射成形机（简称为

3、注塑机）和塑料注射成形模具。注塑机工作的过程是将颗粒状或粉状塑料原料倒入料斗内，在重力和螺旋推送作用下，原料进入料筒，在料筒中被加热至流动状态，然后使熔融物料经喷嘴在高压作用下高速注射到设计好的闭合模具内，经一定时间完成冷却、定形、固化成形，然后开启模具、取出制品。图5-2为注塑生产示意图。图5-2 注塑生产示意图3.注射成形的工艺过程1）成形前的准备成形前的准备包括原料检验、原料的染色和造粒、原料的预热及干燥、嵌件的预热和安放、试模、清洗料筒和试车等。2）注射过程注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模等。3）制品的后处理制品的后处理主要指退火处理和调湿处理。二、挤出成形挤出成形包括以

4、下几个过程。（1）固态塑料的塑化。固态塑料的塑化是通过挤出机加热器的加热，料筒对塑料的混合以及螺杆对塑料剪切作用产生的摩擦热使塑料由固态变成黏流状态的过程。（2）成形。成形是黏流状态塑料在螺杆的推动下，以一定的压力和速度连续地通过成形机头，从而获得一定截面形状的连续形体的过程。（3）定形。定形是通过冷却使已经成形的形状固定下来，成为所需要的塑料制品的过程。如图5-3所示。图5-3 挤出成形原理示意图三、吹塑成形吹塑成形又称为吹塑模塑成形，是一种借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯吹胀形成中空制品的方法，是发展较快的一种塑料成形方法。吹塑成形是最常用的塑料加工方法之一，其工作原理是将挤出机挤出

5、或注射成形的处于高弹态的空心塑料型坯置于闭合的模腔内，然后向型坯内部通入压缩空气，使其胀大并贴紧型腔表壁，经冷却定型后成为具有一定形状和尺寸精度的中空塑料容器。四、浇注成形浇注成形的工艺过程是在液体状态的树脂中加入适量的固化剂和其他添加剂，将物料混合均匀后，在液体状态下浇入模具中，使物料在常压或低压以及常温或一定温度下通过化学反应逐渐固化成形，从而获得具有一定力学性能的制品。这种成形方法设备简单、成本低、工艺简单，可用于生产体积较大的构件，但生产效率低，产品形状受到限制。五、压制成形1.压制成形的分类（1）模压法。模压法是将粉末状或片状压缩料（树脂和添加剂混合物）置于金属模具中加热、加压，物料

6、在加热条件下软化成可塑状态，在压力作用下填充金属型腔各处；在继续加热的过程中，树脂与固化剂产生交联反应而固化，经一段时间，固化成具有一定形状的制品。物料完全固化后，开启模具将其取出，经修边、抛光等加工制成符合要求的制品。（2）层压法。层压法是将纸张、棉布、玻璃布等片状材料在树脂中浸渍，然后一张一张叠放成所需的厚度，放在层压机上加热，经过一段时间后树脂固化相互粘接成形的方法。2.压制成形的特点压制成形设备简单（主要设备是液压机），工艺成熟，是最早出现的塑料成形方法。六、塑料制品的二次加工1.机械加工如果塑料制品要求有较高的尺寸精度、表面粗糙度，或零件上某些结构要带小孔、深孔、螺纹时，就要采用普通

7、模具成形后再由机械加工来达到要求。2.接合（1）机械连接。塑料件的机械连接和金属一样，可以采用铆接和螺栓联接。（2）热熔黏接。热熔黏接和金属的焊接一样，将塑料对接面加热使之熔化，然后将两部分熔接，待冷却凝固后即连为一体。（3）溶剂黏接。溶剂黏接是将塑料对接面涂以适当溶剂，使其溶胀、软化，再施加适当的压力使两部分粘贴，待溶剂挥发后即连为一体。（4）黏合剂黏接。黏合剂黏接是将塑料对接面涂上胶黏剂，通过胶层使两部分连为一体。大部分塑料都可以采用这种黏接，它是热固性塑料唯一的黏接方法。3.表面处理塑料件的表面处理主要是涂漆和镀金属。涂漆可以抗老化，提高耐蚀性，改变颜色。镀金属能够提高塑料件的表面硬度和

8、耐磨性，提高耐蚀性和抗老化性，并使塑料件具有导电性、金属光泽和优美的外观等。学习情境二 橡胶材料的成形一、橡胶的压制成形1.橡胶压制成形的工艺流程橡胶压制成形的工艺流程如图5-4所示。图 5-4 橡胶压制成形的工艺流程1）塑炼橡胶具有的高弹性使其不容易与各种配合剂混合，难以加工成形。为了适应加工工艺的需要，改变其高弹性，使橡胶具有一定的可塑性，通常在一定的温度下利用机械挤压、辊压等方法，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，这种使弹性生胶变为可塑状态的加工工艺过程称为塑炼。2）混炼为提高橡胶制品的使用性能，改进橡胶的工艺性能和降低成本，必须在生胶中加入各种配合剂。

9、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）制坯制坯是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，也可以是管材或型材。4）裁切在裁切坯料时，坯料质量应有超过成品质量5%10%的余量，结构精确的封闭式压制模成形时余量可减小到1%2%。一定的余量不仅可以保证胶料充满型腔，还可以在成形时排除型腔内的气体，并保持足够的压力。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形的主要工序，包括加料、闭模、硫化、起模和模具清理等步骤，胶料经闭模加热、加压后成形，经过硫化使胶料分子交联成为具有高弹性的橡胶制品。起模后的橡胶制品经修边和检验合格后即为成品。2.橡胶

10、压制成形的压制工艺橡胶压制成形工艺的关键是控制模压硫化过程。硫化是指橡胶在一定的压力和温度下，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，橡胶变硬强化的过程。控制硫化过程的主要参数是硫化温度、硫化时间和硫化压力等。硫化所用设备多为单层或多层平板硫化机。二、橡胶的注射成形1.橡胶注射成形的设备橡胶注射成形是在专门的橡胶注射机上进行的。按注射装置与合模装置相对位置不同，橡胶注射机可分为立式注射机和卧式注射机。按结构类型不同，橡胶注射机可分为螺杆式注射机、柱塞式注射机、往复螺杆注射机和螺杆预塑柱塞式注射机。2.橡胶注射成形的工艺过程橡胶注射成形的工艺过程主要包括胶料的预热塑化、注射、保压、

11、硫化、脱模和修边等工序。3.橡胶注射成形的工艺条件1）料筒温度一般柱塞式注射机料筒温度控制在70 80 ；螺杆式注射机因胶料温度较均匀，料筒温度控制在80 100 ，有的可达115 。2）注射温度胶料在料筒中除受到料筒的加热作用外，在注射过程中还受到摩擦热，故胶料的注射温度均高于料筒温度。不同橡胶品种或同种生胶，由于胶料的配方不同，通过喷嘴后的温升也不同。注射温度高，硫化时间短，但是容易焦烧，注射温度一般应控制在不产生焦烧的温度下，并尽可能接近模具温度。3）注射压力注射压力指注射时螺杆或柱塞施加在胶料单位面积上的力。注射压力大不仅有利于胶料充模，还可使胶料通过喷嘴时的速度提高，剪切摩擦产生的热

12、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80110 MPa。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一般高30 50 。注射天然橡胶时，模具温度为170 190 。5）成形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。由于硫化时间在成形时间中所占比例最大，故缩短硫化时间是提高注射成形效率的重要环节。学习情境三 陶瓷材料的成形一、陶瓷材料的成形方法1.注浆成形法注浆成形是指将具有流动性的液态泥浆注入多孔质模型（石膏模、多孔树脂模等）内，借助模型的毛细吸水能力，使泥浆

13、脱水、硬化，经脱模获得一定形状的坯体的过程。2.可塑成形法可塑成形法是对具有一定塑性变形能力的泥料进行加工成形的方法。可塑成形方法有旋压成形、滚压成形、塑压成形、注塑成形和轧膜成形等几种类型。3.压制成形法压制成形法是将含有一定水分的粒状粉料填充到模具中，加压而成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体的成形方法。二、陶瓷制品的生产过程1.坯体成形前的坯料准备坯体成形前的坯料准备随原料的种类以及成形工艺对坯料性能要求的不同而不同。坯料制备的优劣将直接影响成形加工工艺性能和陶瓷制品的使用性能。因此，各种坯料制备工艺都以提高成形加工工艺性能和制品的使用性能为中心。首先利用物理方法、化学方法或物理化学方法对原

14、料进行精选；其次根据需要对原料进行预烧以改变原料的结晶状态及物理性能，利于原料破碎、造粒；最后将破碎、造粒的原料根据不同成形工艺对胚料性能的要求，将原料配制成供成形用的坯料（如浆料、可塑泥团、压制粉料）。2.坯体成形陶瓷制品种类繁多，形状、规格、大小不一，应该正确选择合理的胚体成形方法以满足不同制品的要求。选择胚体成形方法时可以从以下几方面进行考虑。（1）坯料的性能。可塑性较好的坯料可采用可塑成形法，可塑性较差的坯料可采用注浆成形法或压制成形法。（2）制品的形状、大小和壁厚。一般形状复杂、尺寸精度要求不高的制品或一些薄壁、厚壁制品可采用注浆成形法，简单的回转体常用可塑法加压成形或滚压成形。（3

15、）制品的产量和质量要求。生产批量小的制品采用注浆法成形，生产批量大的制品采用可塑成形法，生产批量小且质量要求不高的制品可采用手工可塑成形法。（4）其他因素。选择陶瓷制品的成形方法还应考虑生产的技术经济指标、工人的操作技能和工厂的设备条件等因素。3.坯体的后处理成形后的坯体经适当的干燥后，先对其施釉（施釉有浸釉、淋釉、喷釉等方法），再经烧制得到陶瓷制品。拓展训练现有两个注塑件的结构分别如图5-5和图5-6所示，分析其结构是否合理，若不合理应如何改进，使其适于注塑生产。图5-5 注塑件1图5-6 注塑件2明确任务，在任务的驱动下学习。讲解注射成形工作原理。掌握注射成形的工艺过程。掌握挤出成形原理。学生分组讨论何时可以利用机械加工。掌握橡胶压制成形的工艺流程。掌握硫化温度、硫化时间和硫化压力三个参数的内涵。掌握橡胶注射成形的工艺条件。6第 页