綜合實驗4：成型工藝

1、材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生綜合實驗之四材料的工藝成型技術(shù)綜合實驗指 導(dǎo) 書北京航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院2003年6月22日材料的工藝成型技術(shù)綜合實驗大綱(四年一期)指導(dǎo)思想以材料一級學(xué)科的課程為實驗理論基礎(chǔ)，深刻把握課程教學(xué)目標、課程教學(xué)內(nèi)容、相關(guān)課程的特色與交叉結(jié)構(gòu)、以及高速發(fā)展的先進材料與工程技術(shù)的發(fā)展趨向，綜合基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的共性與基本問題，開展材料工藝與成型技術(shù)綜合實驗，全面推進素質(zhì)教育，促進教學(xué)和管理等方面的進步，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思想，提高學(xué)生的材料工程實驗?zāi)芰εc材料研究的整體素質(zhì)。設(shè)計思路1、在整體上，將高分子材料、聚合物基復(fù)合材料、金屬材料等有機的結(jié)合起來，同期進行材料工

2、藝與成型技術(shù)綜合實驗，使學(xué)生能在同期內(nèi)進行實驗方法的比較；2、充分考慮不同材料的工藝與成型技術(shù)綜合實驗特點，要求同學(xué)設(shè)計出一條完整的實驗方案：選材、基本物性的了解、成型方法與相關(guān)工藝參數(shù)的確定、成型過程的分析、成型試樣的性能表征手段與數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析等。3、在實驗項目上，學(xué)生可以開展其中2/3個實驗項目進行實驗，但采取行政上的學(xué)分引導(dǎo)和學(xué)生自主選擇相結(jié)合的方法，充分體現(xiàn)學(xué)生自主選擇權(quán)。4、要求實驗者與時俱進、開拓創(chuàng)新、端正態(tài)度，密切處理好五個關(guān)系：理論與實踐、繼承與發(fā)展、課程實驗與科研實驗、共性與個性、總結(jié)與提高等。為此，（1）對于實驗思考題，希望命題者堅持 “出活題、考能力”的指導(dǎo)思想；（

3、2）學(xué)生應(yīng)該認真書寫實驗報告，教師應(yīng)該認真批改。實驗程序第一步、集中上實驗課公開實驗項目接待學(xué)生參觀、了解實驗情況學(xué)生自主填報志愿實驗老師公告實驗者名單、實驗時間、接待人數(shù)等；第二步、接待實驗者指導(dǎo)和自主實驗實驗結(jié)果分析與討論實驗報告；第三步、批改、總結(jié)、匯報，為下一年度的綜合實驗提出改進方法。實驗要達到的目的 1、使同學(xué)初步掌握實驗設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)與使用方法；2、使同學(xué)初步掌握不同材料成型所需設(shè)備、工藝參數(shù)的確定方法及工藝過程；3、使同學(xué)了解成型工藝影響材料流動性和成型試樣質(zhì)量的規(guī)律；4、使同學(xué)初步掌握材料變形與結(jié)構(gòu)變化規(guī)律；5、對相關(guān)課程的理論進行驗證； 6、使同學(xué)初步掌握分析問題和解決問題

4、的基本方法，鍛煉學(xué)生書寫科學(xué)實驗報告的能力。實驗的主要內(nèi)容與指導(dǎo)教師 序號負責人學(xué)時實驗名稱實驗?zāi)康暮椭饕獌?nèi)容實驗類型12344.1王 瑛6高分子材料擠出成型系統(tǒng)與自動控制綜合實驗?zāi)康模菏箤W(xué)生掌握高分子材料擠出成型工藝和自動控制等基本技能，使相關(guān)課程理論得以驗證。內(nèi)容：測定高分子材料熔體的流動性和流變性能，確定擠出成型工藝，進行實際擠出成型操作。p4.2王 瑛4高分子材料注射成型工藝與力學(xué)性能試樣制備綜合實驗?zāi)康模菏箤W(xué)生在掌握高分子材料注射成型工藝原理，為力學(xué)性能實驗和材料物理實驗制備試樣。內(nèi)容：測定高分子材料熔體的流動性和流變性能，確定注射成型工藝，進行實際注射成型操作。p4.3段躍新4復(fù)合

5、材料增強體滲透率實驗?zāi)康模毫私庠鰪婓w的滲透特性,要求學(xué)生掌握纖維增強體的滲透特性與壓力的關(guān)系。內(nèi)容：設(shè)計影響滲透特性的因素，進行滲透工藝與原理實驗。p4.4段躍新4lcm工藝流動充模過程實驗?zāi)康模阂髮W(xué)生掌握先進樹脂基復(fù)合材料長程流動的lcm成型。內(nèi)容：結(jié)合實驗4.3，進行溫度、粘度、壓力、流程對rtm成型性能的影響實驗，分析工藝原理，優(yōu)化工藝參數(shù)。p4.5周鐵濤胡成宇4金屬材料軋制成型過程流變規(guī)律實驗?zāi)康模菏箤W(xué)生掌握金屬材料塑性成型工藝的基本技能，使相關(guān)課程理論得以驗證。內(nèi)容：對幾種金屬材料進行實際軋制成型工藝實驗。p4.6周鐵濤胡成宇4金屬材料塑性變形機制實驗及分析目的：提高學(xué)生運用有關(guān)物

6、理概念和數(shù)學(xué)解析方法分析解決本專業(yè)工程實際問題的能力。內(nèi)容：運用科研開發(fā)的數(shù)值模擬軟件對鑄件充型的流場及凝固的溫度場進行數(shù)值模擬。p4.1 高分子材料擠出成型系統(tǒng)與自動化控制綜合實驗（一）高分子材料熔體流動速率的測定(mfr)一、實驗?zāi)康耐ㄟ^對高分子材料熔體流動速率的測定，使同學(xué)們基本掌握熔融指數(shù)測定儀的結(jié)構(gòu)和使用方法，了解高分子材料種類、分子量及分布影響流動性的規(guī)律，驗證相關(guān)課程的理論。二、實驗內(nèi)容1、不同高分子材料的熔體流動速率。在pe、pp、ps、abs中至少選擇3種，設(shè)定熔體壓力為0.325kg、或1200kg、或2160kg、或5000kg，在同一塑化溫度下測試熔體流動速率，分析不同

7、高分子材料的熔體流動速率間的差異。2、高分子材料熔體流動速率隨塑化溫度的變化規(guī)律。在pe、pp、ps、abs中任選其一；在熔點以上每升高5為一個測試溫度，連續(xù)選擇塑化溫度；熔體壓力從0.325kg、1200kg、2160kg、5000kg的砝碼中任選一個，測定一種高分子材料熔體流動速率隨塑化溫度的變化規(guī)律。3、高分子材料熔體流動速率隨熔體壓力的變化規(guī)律。自行在pe、pp、ps、abs中任選其一，并確定一個塑化溫度；分別測定熔體壓力0.325kg、1200kg、2160kg、5000kg下的熔體流動速率，總結(jié)變化規(guī)律。測試條件可參照表4.1-1自行設(shè)計。三、實驗原理由于高分子材料加熱到熔點以上，

8、將變成粘稠的熔體，在壓力作用下產(chǎn)生流動，其流動速率隨溫度和壓力變化而變化。高分子材料熔體流動速率的測定，就是利用高分子材料的這種特性,將高分子材料加熱到熔融溫度以上，使熔體在不同溫度和壓力下通過規(guī)定的標準口模，測定熔體在不同條件下每10分鐘通過口模的質(zhì)量，單位為g/10min。由于在實驗中料筒內(nèi)各段的溫度稍有變化, 料筒內(nèi)的料量也隨之變化。因此,試樣必須連續(xù)截取(為了減少誤差)5件,要求試樣表面組織光滑細膩,無氣泡。稱量后取其平均值進行計算。計算方法見公式（4.1-1）。 (克/10分鐘) （4.1-1） 式中：mfr熔體流動速率，克/10分鐘； w切取試樣重量平均值，克； t樣條切斷間隔時間

9、，秒；計算結(jié)果取小數(shù)點后兩位有效數(shù)字。對于同一種高分子材料而言,熔體流動速率越大,粘度越小,分子量亦越低,交聯(lián)程度也越小，成型容易；反之,分子量亦越大,交聯(lián)程度就越高，成型困難。四、實驗條件需要 一臺xrz-400型熔體流動速率儀；見圖4.1-1所示。臺式天平（托盤） 一臺電子天平 一臺臺 稱 一臺燒 杯 一只毛 刷 一把鑷 子 兩把紗 布 若干石 蠟 若干線手套 兩副布手套 一副 搪瓷盤 一個秒 表 一塊pp,pe,ps,pa,abs等 若干圖4.1-1 xrz-400型熔體速率儀五、實驗步驟 1、 將高分子材料原料放入搪瓷盤內(nèi)，把搪瓷盤放到烘箱內(nèi)，在70下烘干2小時；2、 往熔融指數(shù)測定儀

10、里裝料筒，將料筒r弧對準爐體口部螺絲釘，垂直輕輕地送入爐內(nèi)，然后用螺絲刀按圖4.1-2所示方向旋緊螺釘；圖4.1-2 料筒裝配圖3、裝口模，按圖4.1-3所示，將爐體底部拉板沿水平方向向里推進，口模要用清洗棒穿上輕輕放入料筒；圖4.1-3 口模裝配4、將活塞套上導(dǎo)向套一起放入料筒然后開始升溫；5、按表4.1-1所示選定測試條件；也可按自選實驗內(nèi)容自由選擇實驗條件；表4.1-1 標準測試條件序號標準口模內(nèi)徑/mm試驗溫度/口模系數(shù)/gmm2負荷/kg11.18019046.62.16022.095190700.32532.0951904642.16042.09519010735.00052.09

11、5190214610.00062.095190463521.60072.09520010735.00082.095200214610.00092.095220214610.000102.095230700.325112.0952302581.200122.0952304642.160132.0952308153.800142.09523010735.000152.095275700.325162.0953002581.200高分子材料測試條件選?。壕垡蚁?（pe） 1, 2, 3, 4, 6,聚丙烯 （pp） 12, 14,聚苯乙烯（ps） 5, 7, 11, 13, 丙稀晴-丁二稀- 苯乙烯

12、共聚物(abs) 7, 9,尼龍(pa) 10, 15 6、接通電源開關(guān)，數(shù)字溫度計的顯示器全亮，并有紅色數(shù)字顯示此時的環(huán)境溫度（室溫）。順時針方向旋轉(zhuǎn)控溫定值旋鈕一圈，電流表指示加熱電流2a，說明已通電加熱，再將此鈕反時針方向旋至“0”點，電流表指示應(yīng)為“0”點；如不為“0”點，再反復(fù)旋轉(zhuǎn)旋鈕。表如仍不為“0”點，應(yīng)馬上關(guān)機檢查其原因；7、任選所提供材料其中一種材料，按表4.1-1設(shè)定測試溫度，具體調(diào)試方法見圖4.1-4所示；圖4.1-4 溫度設(shè)定方法a. 溫度粗調(diào)(見圖4.1-4所示)按每圈50的變化率來設(shè)定溫度，每圈100個小格，每兩個小格為1；粗調(diào)公式： 旋轉(zhuǎn)圈數(shù)=例如：設(shè)定溫度為19

13、0 旋轉(zhuǎn)圈數(shù)=3.8(圈)即將溫度設(shè)定值旋鈕按順時針方向轉(zhuǎn)3圈80個小格即可升溫。b. 溫度細調(diào)當爐溫達到粗調(diào)溫度時，數(shù)字溫度計顯示出該點的溫度值，如所示溫度與所需溫度有差異時，按圖4.1-4所示的方法繼續(xù)轉(zhuǎn)動旋鈕，每2小格為1，直至表溫所示為所需溫度為止進行恒溫。8、恒溫30分鐘后，將內(nèi)標準開關(guān)按進去，看溫度顯示數(shù)是否為0.2。不一致時用小改錐調(diào)一下；9、按表4.1-2所示，稱量烘干后的待測高分子材料,按表4.1-2選取試樣切割條件；表4.1-2 試樣加入量與切樣時間間隔流動速率/g（10min）-1試樣加入量/g切割時間間隔/s0.1-0.53-4120-2400.5-1.03-460-1

14、201.0-3.54-530-603.5-106-810-3010-256-85-1010、恒溫30分鐘后，將預(yù)熱后的活塞取出，把稱好的料用漏斗加入到料筒中，并用活塞隨時將料壓實（減少氣泡）。整個過程必須在1分鐘內(nèi)完成；11、高分子材料裝入料筒后用手或小砝碼加壓，使活塞上的下環(huán)形標記（下刻線）在5分鐘內(nèi)降到離導(dǎo)向套長表面5mm-10mm處，再加選定載荷。當下刻線進入料筒時，開始切取試樣。依次切取3-5個無氣泡且表面組織光滑細膩的試樣（必須連續(xù)切取試樣）；12、計算結(jié)果 試樣切取冷卻后，用電子天平稱量，取其平均值按公式4.1-1進行計算高分子材料熔體流動速率,計算結(jié)果取小數(shù)點后兩位有效數(shù)字； 1

15、3、清洗a. 測試完畢后，擠出余料，取出活塞,表面涂少許石臘用干凈棉紗清洗干凈；b. 往外拉出爐體拉板，用清洗桿將口模輕輕壓下來（一定要接住，千萬不要掉地下！），立即用口模清洗棒將孔內(nèi)余料頂出，并用棉紗將外表清洗干凈；c. 將棉紗纏到清料桿上，插入料筒內(nèi)進行清洗（可放入少量石臘），直至干凈為止；注意：清洗工作都是在加熱狀態(tài)下進行的，一定要戴手套，各個零件都嚴禁磕碰。14、打掃工作場地，將工具清理后放回工具箱。有條件的可將測試結(jié)果用計算機整理,以圖表的方式更直觀表達測試結(jié)果。六、實驗結(jié)果討論1、 繪制熔體流動速率與塑化溫度、或熔體壓力間的變化規(guī)律，試從分子運動的觀點分析變化原因。2、 簡述高分子

16、材料熔體出口時會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？七、思考題1、 測定高分子材料的熔體流動速率主要目的是什么？熔體流動速率的大小能反映高分子材料的哪些性質(zhì)？2、 影響高分子材料流動性的因素有哪些？八、參考書或文獻 1、周維祥主編，塑料測試技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社； 2、美維蘇珊著，徐定宇，王豪忠譯，塑料測試技術(shù)手冊，中國石化出版社。（二）高分子材料擠出共混改性一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗使同學(xué)對高分子材料擠出機基本結(jié)構(gòu)有所了解，并能基本掌握擠出機的使用方法和各部分的作用，初步了解高分子材料共混改性原理、改性效果與改性主要方法，分析影響共混改性的因素，提高同學(xué)們研究新材料的能力和動手能力，使相關(guān)課程的理論得以見證。二、

17、實驗內(nèi)容1、組分材料對改性材料性能的影響。按a/b=80/20wt%的配比關(guān)系，自行從pp、pe、ps、pa、abs等高分子材料中組合（如pp/pe、pp/ps、pp/pa、pp/abs，pe/pp、pe/ps、pe/pa、pe/abs，ps/pp、ps/pe、ps/pa、ps/abs，pa/pp、pa/pe、pa/ps、pa/abs，abs/pp、abs/pe、abs/ps、abs/pa等）24組，進行共混改性。測定不同組分材料對改性材料性能的影響，分析性能變化機理。2、共混材料配比對改性材料拉伸性能的影響。從pp、pe、ps、pa、abs等高分子材料中選擇2種，在90/10、80/20、7

18、0/30、60/40、50/50、40/60、30/70、20/80、10/90配比中確定24組，進行共混改性，測定共混材料配比對改性材料拉伸性能的影響，分析性能變化機理。3、共混工藝條件對改性材料拉伸性能的影響。選擇3種以上混合溫度或3種以上的螺桿轉(zhuǎn)速，自行從pp、pe、ps、pa、abs等高分子材料中任選2種（如pp/pe、pp/ps、pp/pa、pp/abs，pe/pp、pe/ps、pe/pa、pe/abs，ps/pp、ps/pe、ps/pa、ps/abs，pa/pp、pa/pe、pa/ps、pa/abs，abs/pp、abs/pe、abs/ps、abs/pa等），按a/b=80/20w

19、t%的配比關(guān)系，進行共混改性。測定改性材料的性能，測定共混工藝條件對改性材料拉伸性能的影響，分析性能變化機理。三、實驗原理圖4.1-5 料筒與螺桿的基本結(jié)構(gòu)1、機頭口模；2、過濾板；3、料筒；4、螺桿；5、加熱圈； 6、料斗高分子材料在擠出機的料筒內(nèi)受料筒外加熱圈傳導(dǎo)熱的影響和高分子材料在料筒內(nèi)料與料、料與螺桿、料與料筒之間互相擠壓、剪切、摩擦生熱的影響，溫度越來越高,高分子材料逐漸由固態(tài)變成粘流態(tài).見圖4.1-5所示。料筒和螺桿是擠出機的心臟部位,一根等距不等深(螺棱的距離相等而螺糟的深度不等)的大螺桿懸浮在料筒的中心。螺桿的螺棱與料筒內(nèi)徑的間隙約0.15mm左右,螺桿和料筒根據(jù)在擠出中的作

20、用,通?？煞滞馊?，即:加料段(玻璃態(tài)),熔融段(熔點以上)也叫粘流段,均化段(熔點以上),高分子材料在螺槽中隨著螺桿旋轉(zhuǎn)料不斷的向機頭方向推進，在螺桿的最前端與機頭之間有一塊過濾板,熔料通過過濾板將料過濾，使一些沒有塑化好顆粒和雜質(zhì)不能進入機頭,并同時建立機頭壓力，同時也改變了高分子材料的運動方向，熔料由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動.熔料通過調(diào)節(jié)牽引比可達到所需的外型尺寸,連續(xù)擠出條狀物經(jīng)冷卻后切粒。四、實驗條件圖4.1-6 擠出機共混造?；窘Y(jié)構(gòu)1、加料段溫度調(diào)節(jié)表；2、熔融段溫度調(diào)節(jié)表;3、機頭口模段溫度調(diào)節(jié)表 4、調(diào)速手柄；5、電源指示燈；6、主機停止；7、主機啟動;8、料筒；9、口模；10、

21、冷卻水槽； 11、牽引；12、切粒需要18擠出機一臺（45）；高速攪拌機一臺；烘箱兩個； 高分子材料（pp,pe,ps,pa,abs等） 若干(2kg/次) 高分子材料桶 一個 白磁盤 三個 膩子刀 兩把 鑷子 兩把 臺秤 一臺 秒表 一塊 剪刀 一把 卡尺 一只 合尺 一只 高分子材料代 若干 棉紗、石蠟 若干 五、實驗步驟 1、按設(shè)計的配方稱量好高分子材料，將料倒入白磁盤內(nèi)放入烘箱烘干（70-2小時）。將擠出機（見圖4.1-6）電源接通并將冷卻水閥門打開；2、檢查指示燈5是否亮了,如不亮再檢查電源。指示燈亮后開始調(diào)節(jié)溫控表1、2和表3；3、按預(yù)先設(shè)計好的溫度調(diào)節(jié)表1、2和3先將其搬把指向通

22、，然后再旋轉(zhuǎn)表盤，調(diào)節(jié)好預(yù)定溫度并開始升溫，并隨時觀察表溫；4、從烘箱內(nèi)取出烘好的料，然后放入高速攪拌機內(nèi)混合2-3分鐘后取出待用；5、觀察表溫達到預(yù)定溫度后，恒溫15分鐘（機頭有熔融料流出）后，按下主機啟動按鈕7。主機開始運轉(zhuǎn)，此時調(diào)節(jié)手柄4，順時針旋轉(zhuǎn)逐漸加速，達到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，將混合好的料放入料斗內(nèi)；將高分子材料桶放到切粒機下面,準備接料；6、當機頭內(nèi)有熔料連續(xù)擠出時，將前端稍發(fā)黃的料不要，后面的料條用鑷子夾住引入水槽，從擋塊下面通過在冷水中冷卻，使其從水槽中的孔中拉出，送入牽引輥中，并進行切粒。（注意：將料條送入此牽引輥前，應(yīng)把前方較粗的部分剪掉，把粗細均勻的部分送入牽引輥中。）；7、機

23、頭擠出正常后，測其線速度和粒徑大??；8、擠出完畢后，調(diào)節(jié)手輪4，逆時針旋轉(zhuǎn)使其轉(zhuǎn)速為最?。ň徛{(diào)節(jié)），達到零時，關(guān)閉主機按下銨鈕6；9、關(guān)閉總電源后，清理實驗場地。用刷子將切粒機內(nèi)余料掃凈，然后將高分子材料桶內(nèi)的料放入白瓷盤中鋪平，料層25mm，然后送入烘箱，恒溫80烘干4小時后待用；10、將擠出機擦干凈后，再關(guān)水并清理實驗場地。六、實驗結(jié)果與討論1、 試繪制共混配方與拉伸強度和拉伸模量間的關(guān)系圖，并分析共混改性效果與原因。2、 討論共混改性原理。七、思考題1、 論述你選材的主要依據(jù)是什么？任何兩種高分子材料都能通過擠出共混提高力學(xué)性能嗎？試述理由。 2、 試分析影響擠出共混效果的因素。八、參

24、考書或文獻1、成都科技大學(xué)主編，塑料成型工藝學(xué)，中國輕工業(yè)出版社 ；2、北京塑料工業(yè)公司編，塑料成型工藝， 輕工業(yè)出版發(fā)行社出版。九、實驗報告（格式見附件）。4.2 高分子材料注射成型工藝與力學(xué)性能試樣制備綜合實驗 一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗，使同學(xué)初步了解注射成型原理、注射成型機、注射模具的基本結(jié)構(gòu)，并能基本掌握高分子材料注射機的使用方法，分析影響注射成型試樣力學(xué)性能的因素，使相關(guān)課程的理論得以見證；其次，為力學(xué)實驗室提供試樣。二、實驗內(nèi)容 1、注射成型速率的測定。2、測試注射成型壓力與成型試樣表觀形貌和密度。至少選擇3個壓力，注射用高分子材料從pp、pe、ps、pa、abs以及共混改性材料中選擇

25、一種。3、測試注射成型溫度與成型試樣表觀形貌和密度。至少選擇3個溫度，注射用高分子材料從pp、pe、ps、pa、abs以及共混改性材料中選擇一種。4、測試注射成型壓力與力學(xué)性能（沖擊、彎曲、拉伸）。至少選擇3個壓力，注射用高分子材料從pp、pe、ps、pa、abs以及共混改性材料中選擇一種。5、測試注射成型溫度與力學(xué)性能（沖擊、彎曲、拉伸）。至少選擇3個溫度，注射用高分子材料從pp、pe、ps、pa、abs以及共混改性材料中選擇一種。三、實驗原理 高分子材料注射成型機基本上是由一臺小的擠出機,模具的開合,鎖模機構(gòu),液壓傳動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。由于螺桿與料筒的長徑比小,因此它不具備共混改性功能,

26、料筒與螺桿只是將高分子材料加熱熔融。將擠出共混后的粒料，由加料口放入注射機料筒內(nèi)，由螺桿旋轉(zhuǎn)將熔料前推至料筒最前端，高分子材料在前進的過程中,受加熱圈的影響及摩擦生熱的影響,高分子材料顆粒逐漸由固態(tài)變成粘流態(tài),在噴嘴與料筒的前端儲存待用。然后，螺桿軸向移動將熔料經(jīng)噴嘴注入到封閉的模腔內(nèi) (見圖4.2-1所示)，冷卻定型后，打開模具取出制品。四、實驗條件sz-60a高分子材料注射成型機（在實驗室進行現(xiàn)場講解，操重箱見圖4.2-1）試樣模各一套 （拉伸、沖擊、電性能模芯各一套）鑷子 一把試電筆 一支內(nèi)六方形扳手 一套鐵錘 一把銅棒 一根剪子 一把改錐 一把白磁盤 一個脫模劑 若干圖 4.2-1 注

27、射成型原理圖4.2-2 注射機操縱箱五、實驗步驟1、用鑰匙將設(shè)備總電源開關(guān)5打開。溫控表呈綠燈亮開始升溫，并按預(yù)先設(shè)計好的溫度調(diào)節(jié)控溫表的預(yù)定溫度（從右往左為熔融段、加料段）。噴嘴由調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓大小控制溫度。開始可調(diào)節(jié)為150-200v，(在正常成型后,可將噴嘴控制電壓調(diào)節(jié)到100-150v)料筒各段開始升溫，同時要把注射機背面的冷卻水閥打開，用循環(huán)水冷卻加料座下端，使其始終處于比較低的溫度；2、觀察表溫，各塊表都達到預(yù)定溫度后，恒溫30分鐘。此時應(yīng)用油壺將機器各注油孔內(nèi)加油。加油前應(yīng)先將機器擦干凈，除去灰塵；3、料筒各段達到預(yù)定溫度后,注射機噴嘴有熔料流出時,按下操縱臺上綠色按鈕，將主機啟

28、動，空車運轉(zhuǎn)2分鐘，將烘箱內(nèi)的料取出倒入料斗內(nèi)；4、關(guān)閉設(shè)備的安全門，將模具控制按鈕3指向閉模，模具完全閉合后，將扳把開關(guān)4指向轉(zhuǎn)動。螺桿旋轉(zhuǎn)，料會從料斗內(nèi)源源不斷地往噴嘴方向輸送。當螺桿上擋塊撞開行程開關(guān)后，螺桿將停止轉(zhuǎn)動，加料停止；5、將扳把開關(guān)4指向注射，熔融料會從噴嘴內(nèi)快速噴出（對空注射）。清洗料筒內(nèi)殘存的料，然后讓螺桿轉(zhuǎn)動，一再注射，反復(fù)沖洗料筒3-4次；6、料筒沖洗干凈后，將扳把開關(guān)4指向轉(zhuǎn)動，讓螺桿旋轉(zhuǎn)，為下次注射準備。扳動7使注射座前進，噴嘴頭與定模主澆道的半圓形凹坑貼緊后，將扳把開關(guān)4指向注射，注射完畢后保壓5-10秒鐘（注射頭不動），此時安全門可以打開；7、轉(zhuǎn)動扳把開關(guān)4指

29、向旋轉(zhuǎn)，螺桿又開始轉(zhuǎn)動，預(yù)塑。料筒內(nèi)料滿后，螺桿停止轉(zhuǎn)動。扳動開關(guān)7使注射座后退，開始計時進行冷卻。40-50秒后，轉(zhuǎn)動開關(guān)3開模，取出制品；關(guān)安全門合 模射體前進注射保壓螺桿轉(zhuǎn)動取出制品開 模冷 卻射體后退開安全門8、重復(fù)6-7動作5次，完成沖擊試樣的制備；見圖4.2-3所示； 圖 4.2-3 操作程序圖9、更換模芯，將模具重新閉合后再開啟，但不能完全打開（注射機頂桿不能與模具的頂出底板相接觸），將模具的頂出系統(tǒng)后置，不妨礙模芯移動；10、按下按鈕6，將主機停轉(zhuǎn)后，用內(nèi)六方形扳手旋松模塊擋塊，輕輕地移動，將定模芯抽出，并按規(guī)定方向閉合放置一旁，再裝上另一套模芯（拉伸試樣模），將模芯擋塊旋緊后

30、，重新啟動機床（按2）；11、重復(fù)6-7動作5次，獲得拉伸試樣5模；12、重復(fù)9-10動作，換上另一套模芯；13、重復(fù)6-7動作5次，獲得電性能測試試樣5模；14、試樣完成后，要將料筒內(nèi)的料全部注空。模具閉合后，重復(fù)5的動作數(shù)次，直到螺桿不再后退為止。關(guān)閉按鈕6，并關(guān)閉5；15、用棉紗擦拭機床，并清理工具放回原處。打掃地面，整理試樣，將有用的留下，澆注系統(tǒng)廢料放入廢料袋內(nèi)；16、最后關(guān)閉冷卻水閥門。六、實驗結(jié)果討論1、總結(jié)注射成型壓力或注射成型溫度影響成型試樣表觀形貌和密度的規(guī)律。2、總結(jié)注射成型壓力或溫度影響力學(xué)性能（沖擊、彎曲、拉伸）的規(guī)律。3、簡述影響注射成型制品質(zhì)量的因素？4、注射成型

31、中，保壓時間是如何計算的？它的時間長短會影響制品的哪些性能？七、思考題1、 試簡述注射成型原理。2、 什么是注射成型周期？其確定依據(jù)是什么？3、 影響高分子材料成型制品質(zhì)量因素有哪些？八、參考書或文獻1、成都科技大學(xué)主編，塑料成型工藝學(xué)，中國輕工業(yè)出版社；2、北京塑料工業(yè)公司編，塑料成型工藝，輕工業(yè)出版發(fā)行社出版。九、實驗報告（格式見附件）。4.3 復(fù)合材料增強體滲透率實驗一、實驗?zāi)康?、了解復(fù)合材料增強體滲透率的含義及作用；2、掌握復(fù)合材料增強體滲透率的測試方法；3、了解影響復(fù)合材料增強體滲透率的主要因素。二、可供自選的實驗內(nèi)容1、平紋織物（不同纖維體積含量）；2、經(jīng)編織物（不同纖維體積含量

32、）；3、短切氈（不同纖維體積含量）。三、實驗原理樹脂在增強材料預(yù)成型體中的流動浸潤可視為是一種滲流過程，其流動規(guī)律應(yīng)遵從darcy定律。darcy定律是十九世紀物理學(xué)家darcy在研究液體對土壤的滲透過程中發(fā)現(xiàn)的一種流體在多孔介質(zhì)中的滲流規(guī)律，數(shù)學(xué)表達式（4-3.1）為： （4-3.1） 式中q為流過截面a的流量；dp為流體在dl流距長度上的壓力降；h為流體粘度；k是多孔介質(zhì)的一個特性常數(shù)，稱為滲透率，反映流體在多孔介質(zhì)中流動的難易程度?？紤]纖維預(yù)成型體多孔介質(zhì)的各向異性，lcm工藝中樹脂與增強材料預(yù)成型體中的流動浸潤需采用各向異性流動的darcy定律（式4-3.2）和流體連續(xù)性方程（式4-3

33、.3）描述： （4-3.2） (4-3.3）式中是樹脂流動速度矢量；是沿流動方向的壓力降梯度；是滲透率張量；u、v及w分別為在x、y及z方向的速度分量。考慮預(yù)成型體各向異性時有： (4-3.4)式中，kij(i=x,y,z；j= x,y,z)為相應(yīng)方向上的滲透率分量。同時，樹脂流動充模過程是一動邊界過程。因此僅在各向同性滲透率和等溫注射（h=constant）條件下，單向或一維流場(unidirectional or 1d flow)及二維放射流場（planar radial or 2d flow）時，樹脂流動充模過程可以有簡析解。其余情況下的流動充模過程均為非線性行為，很難直接得到簡析解。一

34、維單向流動主要指單管流動或二維線形注射流動，其中二維線形注射在理想情況下流動前峰是平移推動的，在垂直于流動方向上不發(fā)生質(zhì)流交換，從而實際樹脂填充過程也是一維單向流動的效果。假設(shè)流動方向為x方向，時間參量用t表示，壓力用p表示，粘度用表示，滲透率用k表示，則根據(jù)達西定律有： (4-3.5)考慮一維流動特性，則又有： (4-3.6)上式中p為流動方向上流體中某時刻兩點間的壓力差，x為此兩點間的距離，將式(4-3.6)代入到式（4-3.5）中，經(jīng)整理有： (4-3.7)將式3.3兩邊同時積分，有： (4-3.8)最后積分結(jié)果為： (4-3.9)根據(jù)式（9）做t-x2圖，可以得到斜率，在與p已知的情況

35、下，可以求得滲透率k。單位： x-cm,-pas, p-mpa , t-s, k-cm2 , 1cp=1mpas四、實驗條件1）實驗設(shè)備及工具1、注射設(shè)備 1臺2、旋轉(zhuǎn)粘度計 1臺3、滲透率測試模具 4套4、鋼板尺 4把5、計時器 4個6、剪刀 2把2）實驗材料1、平紋布 若干2、短切氈 若干3、實驗測試專用液 若干五、有可能的實驗設(shè)計路線舉例1、剪裁纖維將待測纖維織物（方格布）根據(jù)模具尺寸進行剪裁；2 、安裝模具 將剪裁好的纖維織物鋪放在模具中，平紋布鋪放6、8、10、12層，短切氈鋪放2、3、4、5層；合模，檢查模具密封情況；3、滲透率測試液的粘度測試對滲透率測試液進行粘度測試，并記錄粘度

36、值；4、注射調(diào)節(jié)注射設(shè)備至適當壓力范圍，一般為0.2-0.4mpa，將直尺放置于模具面板，注射，記錄單位距離樹脂流過的時間。5、實驗報告根據(jù)實驗指導(dǎo)書中的方法，作tx2曲線，求出斜率，并計算滲透率值。六、 實驗結(jié)果與討論1、根據(jù)實驗結(jié)果作作tx2曲線，求出斜率，并計算滲透率值；2、分析各種織物不同纖維體積含量對滲透率的影響規(guī)律。七、 思考題影響復(fù)合材料增強體滲透率的主要因素是什么？八、 參考書或文獻1、timothy g. gutowski, advanced composite manufacturing, massachusetts institute of technology, cam

37、bridge, ma, 393-456.2、c d rudd, a c long, k n kendall and c g mangin, liquid molding technologies,woodhead publishing limited, 100-123.九、 實驗報告（格式見附件）1、根據(jù)實驗結(jié)果作作tx2曲線，求出斜率，并計算滲透率值；2、分析各種織物不同纖維體積含量對滲透率的影響規(guī)律；3、完成思考題。4.4 lcm工藝流動充模過程實驗一、實驗?zāi)康?、了解lcm工藝過程2、了解lcm工藝參數(shù)的選擇原則3、了解工藝參數(shù)對lcm工藝的影響二、可供自選的實驗內(nèi)容1、注射方式（中心點

38、注射、邊緣線注射、角點注射）2、復(fù)雜形狀注射三、實驗原理lcm技術(shù)是指以rtm、rfi以及rrim(reinforced reactive injection molding)為代表的復(fù)合材料液體成型類技術(shù)。其主要原理為首先在模腔中鋪放好按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計好的增強材料預(yù)成型體，采用注射設(shè)備將專用注射樹脂體系注入閉合模腔或加熱熔化模腔內(nèi)的樹脂膜，模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統(tǒng)以保證樹脂流動順暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤纖維。并且模具有加熱系統(tǒng)可進行加熱固化而成型復(fù)合材料構(gòu)件。圖4.4-1為rtm工藝示意圖。復(fù)合材料液體成型技術(shù)還包括了vartm/vrtm(vacuum-assi

39、sted rtm)、uvrtm（uv-curing rtm）、ertm(e-beam rtm)、crtm（continuous rtm）、tertm（thermal expansion rtm）、scrimp（seemanns composite resin infusion manufacturing process）、rim（反應(yīng)注射成型）和ri（resin infusion）等復(fù)合材料成型技術(shù)。lcm工藝與其它復(fù)合材料成型工藝的本質(zhì)區(qū)別在于lcm工藝纖維/樹脂的浸潤是由低粘度的樹脂在閉合模腔中流動滲入增強材料預(yù)成型體并排除增強材料織構(gòu)中的氣體而完成纖維/樹脂的浸潤，如圖4.4-2所示。由

40、圖可看出，lcm工藝纖維/樹脂流動浸潤過程與手糊成型、噴射成型、纏繞成型、模壓成型和預(yù)浸料/熱壓罐成型等傳統(tǒng)工藝的纖維/樹脂浸潤過程相比具有很大的不同，其特點可總結(jié)如下：圖4.4-1 rtm工藝示意圖l 纖維/樹脂的浸潤是由樹脂在流動充模過程中同時完成（發(fā)生在閉合模腔內(nèi)），隨后樹脂迅速固化成型，因此lcm是典型的一步浸潤（one step wetting）機理；l 纖維/樹脂流動浸潤過程中包含多種復(fù)雜的流動浸潤過程和機理，如層間和束間的宏觀流動浸潤（macro-flow impregnating）和纖維束內(nèi)的微觀流動浸潤（micro-flow impregnating）；l 樹脂在具有各向異性

41、的多孔介質(zhì)中進行長程流動完成纖維/樹脂的浸潤，同時樹脂自身具有復(fù)雜的化學(xué)流變特性（chemorheology）。圖4.4-2 lcm工藝樹脂/纖維流動浸潤示意圖因此，lcm工藝的工程應(yīng)用需建立及了解與傳統(tǒng)多步浸潤（multiple step wetting）機理不同的復(fù)合材料工藝基礎(chǔ)理論。相比于手糊、真空袋、熱壓罐等傳統(tǒng)復(fù)合材料成型工藝，lcm類成型工藝的優(yōu)缺點見表4.4-1。表4.4-1 lcm類工藝的優(yōu)缺點優(yōu) 點缺 點l 制件尺寸精度高l 表面質(zhì)量好l 可低壓成型（經(jīng)常低于0.7mpa）l 模具費用較低l 可設(shè)計性好l 制品機械性能好（缺陷1%）l 可成型形狀復(fù)雜的大型整體構(gòu)件l 模具及其

42、設(shè)計必須建立在良好的樹脂流動分析基礎(chǔ)之上l 流動模擬軟件發(fā)展不足l 預(yù)成型體及其鋪放比較困難l 批量限制在100-50000件/年l 模具要求尺寸精確，配合嚴密，密封性好四、實驗條件1）實驗設(shè)備和工具1、注射設(shè)備 1臺2、旋轉(zhuǎn)粘度計 1臺3、滲透率測試模具 4套4、鋼板尺 4把5、計時器 4個6、剪刀 2把2）實驗材料1、平紋布 若干2、短切氈 若干3、實驗測試專用液 若干五、有可能的實驗設(shè)計路線舉例1、 裁剪增強材料 根據(jù)模具尺寸將增強材料剪裁成所需尺寸及層數(shù)；2、 合模將裁好的增強材料鋪放在模具中，合模；檢查模具密封性；安裝注射系統(tǒng)3、 注射樹脂測試樹脂粘度，注射樹脂，觀察樹脂在模腔中的流

43、動狀態(tài)，并記錄；4、更換注射方式，重復(fù)上述步驟。六、實驗結(jié)果與討論1、 觀察描述各種注射形式樹脂注射狀態(tài)；2、 比較對于同種形狀零件注射效果。七、思考題1、lcm工藝的主要工藝參數(shù)是什么？2、影響lcm工藝的成功的主要因素有那些？為什么？八、參考書或文獻1、 timothy g. gutowski, advanced composite manufacturing, massachusetts institute of technology, cambridge, ma, 393-456.2、 c d rudd, a c long, k n kendall and c g mangin, li

44、quid molding technologies,woodhead publishing limited, 100-123.九、實驗報告1、觀察描述各種注射形式樹脂注射狀態(tài)；2、比較對于同種形狀零件注射效果；3、完成思考題。45金屬材料軋制成型過程流變規(guī)律實驗一、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使同學(xué)能夠掌握金屬材料塑性變形加工的基本工藝原理。通過對不同類型及狀態(tài)的金屬材料軋制成型，理解金屬塑性是用來衡量壓力加工工藝性能優(yōu)劣的重要指標。金屬塑性好表明其適合于壓力加工。金屬材料的塑性不僅與材料自身性質(zhì)有關(guān)，而且還與變形方式（應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)）、和變形條件（變形溫度、變形速度）有關(guān)。不同材料在相同變形條件下，表現(xiàn)

45、出的塑性不同；同種材料在不同變形條件下表現(xiàn)出的塑性也不相同。常溫下，具有均勻細小等軸晶粒的金屬材料其塑性成型性能優(yōu)于晶粒粗大的材料。通過實驗使同學(xué)進一步理解金屬塑性變形實質(zhì)上是固體金屬在外力作用下胚料發(fā)生的塑性流動。二、實驗內(nèi)容1、材質(zhì)與塑性。選擇三種不同材質(zhì)的材料，根據(jù)所選材料的特性確定其熱處理工藝，并對其進行熱處理。選擇一種合適的軋制變形工藝，分別對不同材質(zhì)的材料進行軋制實驗。軋制過程觀察其宏觀變形規(guī)律，驗證不同材料在相同變形條件下，表現(xiàn)出的塑性差異。2、材質(zhì)狀態(tài)與塑性。選擇同種材質(zhì)的三塊實驗材料，根據(jù)所選材質(zhì)確定三種不同的熱處理狀態(tài)。并對其進行熱處理。確定一種軋制變形工藝，對處于不同狀態(tài)

46、的材料進行軋制實驗。軋制過程觀察其宏觀變形規(guī)律，驗證不同材料在相同變形條件下，表現(xiàn)出的塑性不同。3、材質(zhì)變形工藝與塑性。選擇同種材質(zhì)的三塊實驗用材，確定其熱處理工藝，并對其在同一工藝條件下進行熱處理。設(shè)計確定三種不同的軋制變形工藝，并且對實驗材料進行軋制實驗。驗證金屬材料的塑性不僅與材料自身性質(zhì)有關(guān)，而且還與變形方式（應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)）、和變形條件（變形溫度、變形速度）有關(guān)。本實驗向同學(xué)提供具有不同晶體結(jié)構(gòu)的實驗材料或同種晶體結(jié)構(gòu)具有不同熱處理狀態(tài)的實驗材料。變形方式為軋制。同學(xué)可以根據(jù)以上實驗內(nèi)容要求選擇實驗用材，設(shè)計實驗方案，以便通過該實驗?zāi)軌蛴H自驗證材料塑性變形過程中所遵守的最小阻力定律、體

47、積不變定律和加工硬化規(guī)律。方案經(jīng)指導(dǎo)教師確認后，應(yīng)對實驗用材表面狀態(tài)、幾何特征等進行細致觀察并詳細記錄。并且根據(jù)實驗方案在試樣表面刻畫標記。對實驗材料進行軋制變形，觀察其宏觀變形規(guī)律。三、實驗原理金屬的塑性是指金屬材料在外力作用下，發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。衡量金屬塑性高低的指標，稱為塑性指標。塑性指標以材料開始破壞時的塑性變形量來表示，它可以用各種實驗方法來測定，如拉伸、彎曲和鐓粗試驗等。常用材料的伸長率和斷面收縮率來表示塑性指標。金屬塑性成形實質(zhì)上是固態(tài)金屬在外力的作用下，使坯料塑性流動。材料在什么條件下產(chǎn)生塑性變形，變形規(guī)律是什么，這些都是建立在塑性力學(xué)理論基礎(chǔ)上的。具有一定塑

48、性的金屬坯料，當內(nèi)應(yīng)力達到一定條件時，便發(fā)生塑性變形。要掌握塑性成形技術(shù)，就必須對金屬的塑性和塑性變形有充分的認識。金屬塑性變形時遵循的基本規(guī)律主要有最小阻力定律、加工硬化和體積不變規(guī)律等。(一)最小阻力定律最小阻力定律是指金屬在塑性變形過程中，如果金屬質(zhì)點有向幾個方向移動的可能時，則金屬各質(zhì)點將向阻力最小的方向移動。最小阻力定律符合力學(xué)的一般原則，它是塑性成形加工中最基本的規(guī)律之一。最小阻力定律可以用來分析各種壓力加工工序的金屬流動，并通過調(diào)整某個方向的流動阻力來改變某些方向上金屬的流動量，以便合理成形，消除缺陷。例如，在模鍛中增大金屬流向分型面的阻力，或減小流向型腔某一部分的阻力，可以保證

49、鍛件充滿型腔。在模鍛制坯時，可以采用閉式滾擠和閉式拔長模膛來提高滾擠和拔長的效率。(二)加工硬化及卸載彈性恢復(fù)規(guī)律圖4-5.1金屬在常溫下隨著變形量的增加，變形抗力增大，塑性和韌度下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。材料的加工硬化不僅使變形抗力增加，而且使繼續(xù)變形受到影響。表示變形抗力隨變形程度增大的曲線稱為硬化曲線，如圖4-5.1所示。由圖4-5.1可知，在彈性變形范圍內(nèi)卸載，沒有殘留的永久變形，應(yīng)力、應(yīng)變按照同一直線回到原點，如圖所示oa段。當變形超過屈服點a進入塑形變形范圍，達到b點時的應(yīng)力與應(yīng)變分別為b、s，再減小載荷，應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系將按另一直線bc回到c點，不再重復(fù)加載曲線經(jīng)過的路線。加載時總變形量b可以分為兩部分，一部分t因彈性恢復(fù)而消失，另一部分s保留下來成為塑性變形。如果卸載后再重新加載，