1、工业设计工程基础第四章 产品造型材料成型及加工工艺引 言n INTRODUCTION 材料的成型工艺指的是将原材料或半成品加工成产品的方法、技术等。在选择合理的材料之后，成型加工过程是影响产品批量化生产成本的重要因素。本章主要按照材料分类介绍相应的成型及加工工艺、表面处理与热处理技术以及材料成型新技术与新工艺。目 录 4.1 金属材料成型4.2 有机高分子材料成型4.3 无机非金属材料成型 4.4 复合材料成型4.5 表面处理与热处理技术4.6 材料成型新技术与新工艺4.1 金属材料成型 金属材料成型加工行业是制造业的重要组成部分，金属材料成型加工技术是汽车、电力、石化、造船及机械等支柱产业的
2、基础制造技术。金属液态成型、塑性成型、连接成型以及切削加工等材料加工技术是国民经济可持续发展的主体技术。据统计，全世界75%的钢材经塑性加工成型，45%的金属结构用连接得以成型。例如汽车中65%以上结构仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过以上几种加工方法成型的。4.1 金属材料成型4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺4.1.24.1.2 金属塑性成型工艺4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺4.1.44.1.4 金属切削加工工艺4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例4.1 金属材料成型 金属液态成型是将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的
3、方法。金属液态成型又称为铸造，该工艺是获得所需要的金属工件或产品的有效方法。4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺常用铸造金属材料：铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等。铸造成型工艺的特点：优点：灵活性大，适应性强。不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制，在大件的生产中，铸造的优越性尤为显著。成本低廉。铸造使用的原材材料成本低，单件小批量成产时，设备投资少。缺点：容易出现铸造缺陷（缩孔、疏松、气孔、砂眼等），工序繁多，废品率较高。4.1 金属材料成型（1）砂型铸造 在铸造生产中，将液体金属浇入砂质铸型中，待凝固冷却后将铸型破坏，取出铸件的方法称为砂型铸造。4.1.1 4.1.1 金属液态
4、成型工艺金属液态成型工艺4.1 金属材料成型（2）特种铸造 砂型铸造适应性广，应用最为普遍，但随着科学技术的发展，对铸造提出了更高的要求，要求生产出更加精确、性能更好、成本更低的铸件。为适应这些要求，出现了许多新的铸造方法，这些方法统称为特种铸造方法，即特种铸造。4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺特种铸造特种铸造金属型铸造金属型铸造离心铸造离心铸造压力铸造压力铸造熔模铸造熔模铸造低压铸造低压铸造挤压铸造挤压铸造陶瓷型铸造陶瓷型铸造4.1 金属材料成型（2）特种铸造熔模铸造 熔模铸造又称“失蜡铸造”，通常是指用易熔材料(通常用蜡料)制成校样，在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其
5、硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，从而获得铸件的一种方法。4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺a）蜡模 b）蜡模组 c）壳型 d）铸件 4.1 金属材料成型（2）特种铸造金属型铸造 金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺4.1 金属材料成型（2）特种铸造压力铸造 压力铸造（简称压铸）的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺a）合
6、型 b）压铸 c）开型 4.1 金属材料成型（2）特种铸造消失模铸造 用聚苯乙烯发泡的塑料模代替木模，用干砂(或树脂砂、水玻璃砂等)代替普通型砂进行造型，并直接将高温液态金属浇到铸型中的塑料模上，使塑料模燃烧、气化、消失而形成铸件的方法称为消失模铸造。4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺1-件1 2-件2 3-注道 4-压板 5-压块 4.1 金属材料成型（2）特种铸造其他特种铸造方法 除以上四种常用的特种铸造方法外，实际生产中还经常用到离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、挤压铸造和连续铸造等多种铸造工艺方法。4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺4.1 金属
7、材料成型4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺4.1.24.1.2 金属塑性成型工艺4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺4.1.44.1.4 金属切削加工工艺4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例4.1 金属材料成型 金属塑性成型是在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。金属材料经塑性成型后，其组织、性能获得改善和提高。塑性成型是无切屑成型方法，因而能使工件获得良好的流线形状及合理的材料利用率。塑性成型方法可使工件尺寸达到较高精度，具有很高的生产效率。金属塑性成型可分为：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、拉拔、轧制等。4.1.2 4.1.2 金属塑
8、性成型工艺金属塑性成型工艺4.1 金属材料成型4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺a）自由锻 b）模锻 c）板料冲压 d）挤压 e）轧制 f）拉拔 4.1 金属材料成型（1）自由锻 自由锻是将加热好的金属坯料放在锻造设备的上下砥铁之间，施加冲击力或压力，直接使坯料产生塑性变形，从而获得所需锻件的一种加工方法。自由锻分为手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低；机器锻造能生产大型锻件，生产效率高，是自由锻的主要方法。自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺4.1 金属材
9、料成型（2）模锻 使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，获得所需形状、尺寸以及内部质量的锻件的加工方法称为模锻。模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所需形状。模锻生产效率较高。模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。模锻件减少了切削加工工作量，在批量足够的条件下，能降低零件成本。模锻操作简单，劳动强度低。4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺4.1 金属材料成型（3）板料冲压 板料冲压简称冲压，是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受力而变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料、模具和设备是冲压加工的三要素。板料冲压的坯料厚度一
10、般小于4mm，通常在常温下进行冲压，故又称为冷冲压。4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺4.1 金属材料成型（3）板料冲压分离工序 分离工序统称为冲裁，它是使板料的一部分与另一部分分离的加工工序。4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺4.1 金属材料成型（3）板料冲压弯曲工序 将金属材料弯曲成一定角度和形状的工艺方法称为弯曲。4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺a）弯曲过程一 b）弯曲过程二 c）弯曲过程三 d）弯曲过程四 4.1 金属材料成型（3）板料冲压拉深工序 将拉深工艺是用平面板坯制作杯形件的冲压成型工艺，又称拉延。4.1.2
11、4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺1-凸模 2-毛坯 3-凹模 4-工件 4.1 金属材料成型4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺4.1.24.1.2 金属塑性成型工艺4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺4.1.44.1.4 金属切削加工工艺4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例4.1 金属材料成型（1）焊接 焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或同时加热又加压。焊条：气焊或电焊时熔化填充在焊接工件的接合处的金属条。由药皮和焊芯两部分组成。焊芯一般是一根具有一定长度及直径的
12、钢丝。焊接时，焊芯有两个作用：一是传导焊接电流，产生电弧把电能转换成热能，二是焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。药皮是决定焊缝质量的重要因素，有以下几方面的作用：一、提高电弧燃烧的稳定性。二、保护焊接熔池。三、保证焊缝脱氧、去硫磷杂质。四、为焊缝补充合金元素。五、提高焊接生产率，减少飞溅。4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺4.1 金属材料成型（1）焊接4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同，常用的焊接方法可以分为三大类。4.1 金属材料成型（1）焊接熔焊 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，
13、不加压力完成焊接的方法。4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺1-焊接小车 2-控制盘 3-焊丝盘 4-焊剂漏斗 5-焊接机头 6-焊剂7-渣壳 8-焊缝 9-焊接电缆 10-焊接电源 11-控制箱 4.1 金属材料成型（1）焊接压焊 压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合从而成型的工艺，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，两工件在轴向压力作用下连接成为一体。4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺4.1 金属材料成型（1）焊接压焊 4.1.3 4.1.3 金属连接成型工
14、艺金属连接成型工艺a）点焊 b）缝焊 c）电阻对焊 d）闪光对焊1-电极 2-焊件 3-变压器 4.1 金属材料成型（1）焊接钎焊 钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺4.1 金属材料成型（2）胶接 胶接，也称粘接，是利用在连接面上产生的机械结合力、物理吸附力和化学键合力而使两个物体胶接件起来的工艺方法。胶接主要用到的材料是胶粘剂，胶粘剂性能的好坏直接影响胶接的质量。胶接能连接材质、形状、厚度、大小等
15、相同或不同的材料，特别适用于连接异型、异质、薄壁、复杂、微小、硬脆或热敏制件。胶接的一般工艺过程有：确定部位、表面处理、配胶、涂胶、固化、检验等。4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺4.1 金属材料成型（3）机械连接 在采用焊接和胶接来连接制品都不可行的情况下，可采用机械连接的方法。金属材料最常用的机械连接方法是紧固法，紧固法的关键部件是紧固件。紧固件是将两个或两个以上零件（或构件）紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称。紧固件包括：螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈、销等。最常用的机械连接方式主要有螺栓连接和铆钉连接。4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成
16、型工艺4.1 金属材料成型（3）机械连接4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺a）螺栓连接 b）铆钉连接 4.1 金属材料成型4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺4.1.24.1.2 金属塑性成型工艺4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺4.1.44.1.4 金属切削加工工艺4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例4.1 金属材料成型 金属切削加工时使切削工具和工件间有一定的相对运动，切除多余材料，使加工对象成为具有一定形状、尺寸精度和表面质量要求的零件的机械加工方法就称为切削加工。切削工具与工件间的相对运动称为切削运动，各种切削加工机床为了实现某些表面的加工，都有特定
17、的切削运动。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺a）车削 b）钻削 c）铣削 d）刨削 e）滚齿 4.1 金属材料成型（1）外圆表面加工 对于一般金属零件，外圆表面加工的主要方法是车削和磨削。车削外圆 车削加工是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的，工件旋转为主运动，而刀具作直线的进给运动。磨削外圆 外圆磨削是外圆精加工的主要方法之一，通常半精车后在外圆磨床、万能外圆磨床或无心磨床上进行，用砂轮作刀具以较高的线速度对工件表面进行加工。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺4.1 金属材料成型（2）内圆表面加工 内圆表面（孔）也是组成零件的基本
18、表面之一。零件上有多种多样的孔，常见的有：紧固孔，如螺钉、螺栓孔等；回转体零件上的孔，如套筒、法兰盘及齿轮上的孔等。内圆表面主要的加工方法有钻削加工、镗削加工和拉削加工。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺4.1 金属材料成型（2）内圆表面加工钻削加工 钻削通常是在实体材料上加工孔的方法，主要在钻床上进行。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺a）钻孔 b）扩孔 c）铰孔 4.1 金属材料成型（2）内圆表面加工镗削加工 镗孔是镗刀在已加工孔的工件上使孔径扩大并达到精度、表面粗糙度要求的加工方法。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺a）镗
19、孔 b）镗大孔 c）镗组合孔 4.1 金属材料成型（2）内圆表面加工拉削加工 在拉床上用拉刀加工工件的工艺过程，叫做拉削加工。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺4.1 金属材料成型（3）平面加工 平面是盘、板和箱体类零件的主要表面。大致可分为以下几种：非结合面；结合面和重要结合面；导向平面；精密测量工具的工作面等。平面的作用不同，其技术要求也不同，所以采用的加工方案也不一样。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺a）圆柱铣刀铣平面 b）面铣刀铣平面 c）角度铣刀铣角度槽 d）立铣刀加工垂直面 e）立铣刀加工沟槽或平面（3）平面加工铣削加工 铣削是平面加工
20、的主要方法之一，它可以加工水平面、垂直面、斜面、沟漕、成型表面、螺纹和齿形等，也可以用来切断材料，加工的范围相当广。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺4.1 金属材料成型4.1 金属材料成型（3）平面加工刨削加工 刨削可以在牛头刨床或龙门刨床上进行。中小零件加工，一般多在牛头刨床上进行。磨削平面 高精度平面及淬火零件的平面加工，大多数采用平面磨削方法，主要在平面磨床上进行。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺4.1 金属材料成型（4）成型面加工用成型刀具加工 用成型刀具加工成型面是指用切削刃形状与零件表面轮廓形相符合的刀具，直接加工出成型面。4.1.4
21、 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺4.1 金属材料成型（4）成型面加工利用刀具和工件作特定的相对运动加工 利用刀具和工件作特定的相对运动来加工成型面，刀具比较简单，并且加工成型面的尺寸范围较大。4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺4.1 金属材料成型4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺4.1.24.1.2 金属塑性成型工艺4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺4.1.44.1.4 金属切削加工工艺4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例4.1 金属材料成型（1）单人浴室混合器 单人浴室混合器即浴室用可调水温的水龙头由意大利Rubinetterie公司生产。
22、整个水龙头就像摇杆一样：上下摇动可以开关水流，而左右摇摆则可以改变水温。产品材料主要有黄铜和聚碳酸酯，黄铜主要运用了铸造工艺。4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例金属材料成型案例4.1 金属材料成型（2）骨骼座椅 骨骼座椅由Joris Laarman设计，Laarman的骨骼家具模仿的就是骨骼生长的模式，这种模式可以实现良好的承重结构。这个座椅是用新注册的铸造软件制造的，模具是通过样品快速成型工艺在中空的陶瓷部件中像拼图一样制作安装起来的。4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例金属材料成型案例4.1 金属材料成型（3）叶灯 叶灯由Yves Bhar设计，Herman Miller公司生产
23、。产品生产过程中用整齐的模切方式来切割整体的形状，确保连续形态的一致性，同时冲压模切不需要特别精确的内部元件。4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例金属材料成型案例4.1 金属材料成型（4）希格水壶 瑞士SIGG AG公司生产的SIGG水壶在同类产品中工艺精湛，品质上乘。SIGG水壶在底部有一个特殊的圆型加强肋，可以防止水壶在摔落时严重变形。SIGG水壶实现了非等壁厚加工工艺，即壶身壁最薄并渐渐向壶口与壶底增加厚度，这样不仅可以减少壶的自身重量，而且刚性更强。4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例金属材料成型案例4.1 金属材料成型（5）莲花Evroa跑车 Evroa跑车由莲花汽车公司生产
24、。莲花汽车公司开发了一种黏合剂，这种黏合剂完全可以替代传统车身结构中使用的连接方式，如螺钉螺母以及焊接工艺等。单纯使用部分热处理的环氧黏合剂大大降低了螺母螺钉的使用数量，从而使整个车身结构的重量也大大减轻。4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例金属材料成型案例4.1 金属材料成型（6）保镖椅 保 镖 椅 由 R o n A r a d Associates公司生产。椅子经过切割和焊接，最后通过手工打磨达到像光滑镜面一样的表面处理效果，具有人工加工的特质。为了加工出产品独特的体积和形状，人们开发了三次吹制的工艺。4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例金属材料成型案例返回4.2 有机高分子材料
25、成型 目前的有机高分子材料从原料树脂制成种类繁多、用途各异的最终产品，已形成规模庞大的加工体系，而且塑料、橡胶、纤维、木材等材料各具特点，又形成各自的加工体系。塑料、橡胶、木材等工业生产中常用的材料通过成型工艺可以直接生产出零件或产品，而纤维的成型往往不能直接生产出产品，因此下面主要介绍塑料、橡胶和木材的成型工艺。4.2 有机高分子材料成型4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺4.2.24.2.2 橡胶成型工艺4.2.3 4.2.3 木材成型工艺4.2.44.2.4 有机高分子材料成型案例4.2 有机高分子材料成型 塑料的特点：塑料品种多、发展快、产量大、应用广；塑料制品在很多方面逐步取代多种金
26、属材料制品；在造型设计中可收到良好的艺术效果和经济效果；工艺简单、一道工序可实现复杂构型，很少需要进一 步加工和表面处理；利用塑料制品本身的色彩效果和肌理效果，可提高塑料产品的外观造型的整体感和艺术质量。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型 塑料的应用范围：塑料品种多、发展快、产量大、应用广；塑料制品在很多方面逐步取代多种金属材料制品；在造型设计中可收到良好的艺术效果和经济效果；工艺简单、一道工序可实现复杂构型，很少需要进一 步加工和表面处理；利用塑料制品本身的色彩效果和肌理效果，可提高塑料产品的外观造型的整体感和艺术质量。4.2.1 4.2.1 塑料成型
27、工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型塑料的应用范围：农业、渔业 包装交通运输电气工业化学工业仪器仪表建筑工业航空工业国防和尖端工业家具体育用具日用品1.医疗4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型 塑料原料的生产和塑料制品的生产塑料原料的生产和塑料制品的生产4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型 主要原料主要原料 合成树脂，一般占30100%，对塑料的基本性能有决定性影响。主要对塑料中的各种添加剂起粘结作用粘结作用。常用的有聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙
28、烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、酚醛树脂和氨基塑料等。通常制成粒状粒状、粉粉状状、液状液状（单体、初聚物、乳液）、糊状糊状（塑料溶胶、有机溶胶）等半成品。辅助材料辅助材料 各种助剂 4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型 塑料成型是将各种形态（粉料、粒料、溶液和分散体）的塑料原料制成所需形状的制品或坯件的过程。成型的方法多达三十几种。它的选择主要取决于塑料的类型（热塑性还是热固性）、起始形态以及制品的外形和尺寸。加工热塑性塑料常用的方法有挤出、注塑、压延、吹塑和热成型等成型方法；加工热固性塑料一般采用模压、传递模塑，也用注塑成型等成型方法。4.2.1 4.2.
29、1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型（1）注塑成型 注塑的主要设备是注塑机。注塑成型是将粉粒状的塑料原料先在加热料筒中均匀塑化（塑化指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程），然后由柱塞或移动螺杆将粘流态塑料用较高的压力和速度注入到预先合模的模具中，经冷却固化后，得到制品的一种加工方法。该方法适用于形状复杂部件的批量生产，是重要的加工方法之一。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺a）预塑 b）注塑 c）冷却定型1-模具 2-喷嘴 3-加热器 4-注射料筒 5-螺杆 6-加料
30、斗 7-注射液压缸 8-电机及传动系统 9-工件 （1）注塑成型 注塑成型是一个循环过程，注塑过程一般有预塑、注塑、冷却定型三个阶段。4.2 有机高分子材料成型（1）注塑成型 适用范围适用范围：除极少数几种热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可用此法成型。注射成型也能加工某些热固性塑料，如酚醛塑料等。优点优点：能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；注射成型的成型周期短(几秒到几分钟)，成型制品质量可由几克到几十千克，生产效率高；利用一套模具，可以成批制造尺寸、形状、性能完全相同的产品，所得制件无需进一步修饰或加工。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2
31、有机高分子材料成型（2）挤塑成型 挤塑成型主要设备是挤塑机。挤塑成型物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺1-挤出料筒 2-机头 3-定径装置 4-冷却装置 5-牵引装置 6-塑料管 7-切割装置 4.2 有机高分子材料成型（2）挤塑成型 4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型（2）挤塑成型 适用范围适用范围：绝大部分热塑性塑料以及部分热固性塑料。挤出的制品都是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层管、棒、丝、板、薄膜、
32、电线电缆包覆层等。此外，还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺合等。挤塑成型主要设备是挤塑机。挤塑成型物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。优点优点：设备成本低、制造容易、劳动条件好、生产环境清洁；生产效率高；操作简单，工艺过程容易控制，可实现连续自动化；产品质量均匀、致密；可以一机多用，进行综合性生产。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型（3）压塑成型 压塑成型是热固性塑料成型法的一种。模压成型 模压成型是先将粉状、粒状或纤维状的塑料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭和模具加
33、压而使其成型并固化的塑料加工方法。压缩模塑适用于热固性塑料，如酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯塑料等。压缩模塑由预压、预热和模压三个过程组成压缩模塑由预压、预热和模压三个过程组成：预压预压 为改善制品质量和提高模塑效率等，将粉料或纤维状模塑料预先压成一定形状的操作。预热预热 为改善模塑料的加工性能和缩短成型周期等，把模塑料在成型前先行加热的操作。模压模压 在模具内加入所需量的塑料，闭模、排气，在模塑温度和压力下保持一段时间，然后进行脱模清模的操作。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型（3）压塑成型 层压成型 层压成型是将层状填料如棉布、玻璃布、纸张、石棉布棉
34、布、玻璃布、纸张、石棉布、木片、木片等增强材料，在浸渍机内浸渍或涂胶机中涂覆热固性树脂溶液，经干燥后重叠在一起或卷成棒材和管材，在层压机上加热加压，固化后成型。常用的树脂有酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯以及某些热塑性树脂。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型（3）压塑成型4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺1-工作液压缸 2-上横梁 3-活动横梁 4-立柱 5、7-机座 6-推出缸 8-工件 4.2 有机高分子材料成型（4）传递成型 传递成型又称压注成型，是热固性塑料的主要成型方法之一。传递成型是将塑料粒料装入模具
35、的加料室内，在加热、受压下熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统充满型腔，然后固化成型的方法。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺1-柱塞 2-加料室 3-上模座 4-凹模 5-凸模 6-凸模固定板 7-下模座 8-浇注系统 9-制品 4.2 有机高分子材料成型（5）吹塑成型 吹塑又称中空成型，是将挤塑机挤出的熔融热塑性树脂坯料夹入模具，然后向坯料内吹入空气，在空气压力的作用下，熔融的坯料膨胀与模具结合，冷却后开模取出，形成定型产品的方法，是发展较快的一种塑料成型方法。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺中空吹塑产品中空吹塑产品4.2 有机高分子材料成型（6）热成型 热
36、成型常称为吸塑，是将热塑性塑料薄片或薄板（一般厚度小于6mm）重新加热软化，置于带有许多小孔的模具上，采取抽真空的方法使片材紧吸在模具上成型，冷却后得到所需的塑料制品的成型方法。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型（7）塑料的连接 在塑料制品的装配中经常采用将两种塑料部件或塑料零件与金属零件连接的方式。热熔成型 将塑料制品需粘接处进行加热使其熔化后加以叠合，在足够的压力下，制品冷却凝固后就连成了一个整体。溶剂连接 将两个被粘接塑料零件表面涂以适当的溶剂，使其表面熔胀、软化，然后加上适当的压力使粘接面紧贴，等到溶剂挥发后，两个塑料零件就粘接成一体了。胶粘剂连
37、接 在两个被粘接的塑料件表面涂以适当的胶粘剂，形成一层胶层，在胶层的粘接作用下，两个塑料零件就粘接在一起。4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型（7）塑料的连接4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型（7）塑料的连接4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺塑料成型工艺4.2 有机高分子材料成型4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺4.2.24.2.2 橡胶成型工艺4.2.3 4.2.3 木材成型工艺4.2.44.2.4 有机高分子材料成型案例4.2 有机高分子材料成型 橡胶的特点：高弹性：在外力作用下具有较大的弹性形变，最高可达1
38、000%，除去外力后变形很快恢复；柔软性好、硬度低；具有高分子材料的共性：粘弹性、绝缘性、环境老化性、密度小。橡胶的加工与塑料有些不同，但是都属于高分子的加工，所以也有很多一致的地方。4.2.2 4.2.2 橡胶成型工艺橡胶成型工艺4.2 有机高分子材料成型 橡胶的成型加工是用生胶和各种配合剂生胶和各种配合剂，通过炼胶机混炼混炼而成混炼胶（又称胶料），再根据需要加入加入能保持制品形状和提高其强度的各种骨架骨架材料材料，混合均匀后置于一定形状的模具中，经加热、加压加热、加压（即硫化处理）获得所需形状和性能的橡胶制品。生胶，即橡胶成型加工的原料，是天然的或合成的高分子化合物经化学处理或加工制成的浓
39、缩胶乳浓缩胶乳（胶体水分散体系）和干胶干胶。配合剂，类似于塑料的助剂，与生胶配合提高橡胶制品的加工和使用性能，降低成本。由于橡胶分子间的作用力很小，在温度稍高时会变软发粘，并在不太大的作用力下产生塑性流动，难以保持一定的形状，遇溶剂很容易发生溶胀和溶解，力学性能很低，所以未经配合加工的生胶没有什么实际的用途；此外使用过程中由于结构的原因容易老化；因此生胶的加工必须要加入配合剂。4.2.2 4.2.2 橡胶成型工艺橡胶成型工艺4.2 有机高分子材料成型 橡胶的硫化指的是线性线性高分子通过交联作用而形成的网状网状高分子的工艺过程，是塑性橡胶塑性橡胶转化为弹性橡胶或硬质橡胶弹性橡胶或硬质橡胶的过程。
40、硫化前的橡胶大分子呈卷曲状，大分子链处于自由运动状态，大分子间以范德华力相互作用而聚集，在外力的作用下，大分子重心很容易发生位移，表现出较大的伸长变形和永久变形，即存在着塑性流动。硫化后，大分子链间形成交联网，互相牵制，外力作用下大分子链重心不发生位移，这样外力撤去，形变可以回复。经过硫化后的橡胶性能有了很大的改变，如强度、硬度、伸长率、弹性等等，这些性能不仅取决于生胶的性能和配方，同时也取决于硫化体系和硫化条件决定的空间结构（如交联及交联度的不同）。4.2.2 4.2.2 橡胶成型工艺橡胶成型工艺4.2 有机高分子材料成型（1）注射成型 注射成型又称注压成型，是利用注射机的压力，将预加热成塑
41、性状态的胶料通过注压模的浇注系统注入模具型腔中硫化定型的方法。主要用来生产厚壁、薄壁及具有复杂几何形状的大型产品。4.2.2 4.2.2 橡胶成型工艺橡胶成型工艺1-喷嘴 2-料筒 3-螺杆 4-加热圈 5-热电偶 6-料斗 7-螺杆转动传动装置 8-预塑电机 9-注射油缸 10-压力表 11-背压阀 12-注射机座 4.2 有机高分子材料成型（2）压制成型 压制成型是将经过塑炼和混炼后预先压延好的橡胶坯料，按一定规格和形状下料后，加入到压制模中，合模后在液压机上按规定的工艺条件进行压制，使胶料在受热受压下以塑性流动并充满型腔，经过一定时间完成硫化，再进行脱模、清理毛边，最后检验得到所需制品的
42、成型方法。类似于塑料的压塑成型，机器和磨具也基本相同。生产橡胶板材。4.2.2 4.2.2 橡胶成型工艺橡胶成型工艺4.2 有机高分子材料成型（3）挤出成型 挤出成型又称压出成型，是橡胶制品生产中的一种基本成型方法，是将在挤出机中预热与塑化后的胶料，通过螺杆的旋转，使胶料不断推进，在螺杆尖和机筒筒壁的强大的挤压力下，挤压出各种断面形状的橡胶型材半成品的加工方法。只能生产形状简单的直条型材或半成品。4.2.2 4.2.2 橡胶成型工艺橡胶成型工艺1-螺杆 2-支架 3-蒸汽加热腔 4-调节口型螺钉 5-口型模 6-外套螺母 7-型芯 8-滑石粉入口腔 4.2 有机高分子材料成型（4）压铸成型 压
43、铸成型又称传递法成型或挤胶法成型，是将混炼过的、形状简单的、限量的胶条或胶块半成品放入压铸模的型腔中，通过压铸塞的压力挤压胶料，使胶料通过浇注系统进入模具型腔中硫化定型的方法。4.2.2 4.2.2 橡胶成型工艺橡胶成型工艺1-工作台 2-下热板 3-上热板 4-压铸塞 5-料腔 6-料道 7-制品 8-压机活塞 4.2 有机高分子材料成型4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺4.2.24.2.2 橡胶成型工艺4.2.3 4.2.3 木材成型工艺4.2.44.2.4 有机高分子材料成型案例 木材具有多孔性、各向异性、湿胀干缩性、燃烧性和生物降解性等独特性质，在具体加工和使用中必须更好地利用这些特
44、性，并且最大限度地限制其副作用。将木材原材料通过木工手工工具或木工机械设备加工成构件，并将其组装成制品，再经过表面处理、涂饰，最后形成一件完整木制品的技术过程，称为木材的成型加工工艺。4.2.3 4.2.3 木材成型工艺木材成型工艺4.2 有机高分子材料成型木制品 4.2 有机高分子材料成型（1）木材加工方法 木材的锯割 木材锯割是木材成型加工中最常用的一种操作。按设计要求将尺寸较大的原木、板材或方材等，沿纵向、横向或任一曲线进行开板、分解、开榫、锯屑、截断、下料时，都要运用锯割加工。4.2.3 4.2.3 木材成型工艺木材成型工艺4.2 有机高分子材料成型（1）木材加工方法木材的刨削 刨削也
45、是木材加工的主要工艺方法之一。利用与木材表面成一定倾角的刨刀的锋利刃口与木材表面的相对运动，使木材表面一薄层剥离，完成木材的刨削加工。木材的凿削 木材凿削加工时的主要工具是各种凿子，利用凿子的冲击运动，使锋利的刃口垂直切断木材纤维而进入其内，并不断排出木屑，逐渐加工出所需的方形、矩形或圆形的榫孔。木材的铣削 木材成型加工中，凹凸平台和弧面、球面等形状的加工是比较普遍的，其制作工艺比较复杂，一般是在木工铣削机床上来进行的。4.2.3 4.2.3 木材成型工艺木材成型工艺a）指楔榫 b）斜角榫结合 4.2 有机高分子材料成型（2）木制品的连接榫连接 榫连接是由榫头插入榫孔构成的连接形式。根据结合部
46、位的尺寸、位置、构件在结构中的作用的不同，榫头有各种形式。4.2.3 4.2.3 木材成型工艺木材成型工艺4.2 有机高分子材料成型（2）木制品的连接胶连接 由于木材具有良好的胶合性能，当胶液涂于刨削光洁的木材表面并将木材紧密压在一起时，除结合面会形成胶膜外，胶液还沿结合面渗入木材的孔隙中，并在那里凝固，如同形成无数颗细小的胶钉钉入木材中，使胶接面具有一定的胶合强度，因而使两个待结合表面的木材纤维牢固结合成一个整体。木材胶合时使用的胶粘剂种类很多，近年来使用最多的是合成树脂胶粘剂，如聚醋酸乙烯酯乳胶液和热熔胶等。4.2.3 4.2.3 木材成型工艺木材成型工艺4.2 有机高分子材料成型（2）木
47、制品的连接螺钉连接 螺钉连接是通过各种型号的螺钉将木材连接起来的一种常见连接方式。拼板连接 采用实木板拼接时，为减小拼接后的翘曲变形，应尽可能选用材质相近的实木板料，用胶粘剂或既用胶粘剂又用榫、槽、销、钉等结构，拼接成具有一定强度的较宽幅面板材。4.2.3 4.2.3 木材成型工艺木材成型工艺4.2 有机高分子材料成型4.2.1 4.2.1 塑料成型工艺4.2.24.2.2 橡胶成型工艺4.2.3 4.2.3 木材成型工艺4.2.44.2.4 有机高分子材料成型案例4.2 有机高分子材料成型（1）首席椅 首 席 椅 由 S t e f a n o Giovannoni设计，马吉斯有限公司生产，
48、是使用气体注塑工艺制作的塑料椅。首席椅成型过程中注入一种气体（氮气）保持塑料的稳定壁厚，同时在椅子内部创造一个空腔。首席椅是使用聚丙烯气体注塑的椅子，在模具内统一添加玻璃纤维材质来增加椅子的稳固性。4.2.4 4.2.4 有机高分子材料成型案例有机高分子材料成型案例4.2 有机高分子材料成型（2）Myto椅 椅子使用的是BASF公司的高流动性工程塑料，这种塑料属于聚对苯二甲酸丁二酯家族，具有优异的工艺特性，高流动性及高强度，可以制造优美的粗到细转变的形状。Myto椅拥有良好的弹性和悬臂强度，以及合理的注塑模具（只需要3个浇注口）。4.2.4 4.2.4 有机高分子材料成型案例有机高分子材料成型
49、案例4.2 有机高分子材料成型（3）游泳蹼 带须的游泳蹼由Bob Evans设计。设计师研究了快速游动的鱼的鳍，用多种游泳蹼进行配置试验，然后用铁丝织网覆盖报纸和树脂做成原型。蹼在制造过程中先根据模型加工模具，然后用聚亚胺酯加工而成毛坯，手工裁切掉注口，磨去注口的痕迹、镶边、打磨、钻孔、最后打磨修饰并装上不锈钢螺钉。4.2.4 4.2.4 有机高分子材料成型案例有机高分子材料成型案例4.2 有机高分子材料成型（4）登山头盔 登山头盔是由Kevin Hayes设计，Huaser公司制造的一个高性能的能在室外运动中使用的头盔。登山头盔的设计（供登山者用的）适于从攀岩到攀冰的一系列活动。整件产品主要
50、用注塑工艺加工制造。4.2.4 4.2.4 有机高分子材料成型案例有机高分子材料成型案例4.2 有机高分子材料成型（5）Lookin自行车座 SeIIe Royal公司的Lookin自行车车座是一种健康、舒适的产品。它之所以能够有这些特质，是缘于该公司采用了一种称作Royalgel的先进的胶。这种胶具有良好的人体工程学特性。这一系列的自行车坐垫主要采用压制成型的工艺加工而成。4.2.4 4.2.4 有机高分子材料成型案例有机高分子材料成型案例4.2 有机高分子材料成型（6）Gubi椅子 Gubi椅子由Komplot设计。Gubi椅子运用了复杂的木材成型新技术，椅子曲面的大弯曲已经接近90度，它
