機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件：成型技術(shù)

成型技術(shù)3.1金屬材料的成型3.2高分子材料的成型3.3復(fù)合材料的成型3.4快速成型技術(shù)3.5毛坯成型方法的選擇習(xí)題與思考題3.1金屬材料的成型

金屬材料是產(chǎn)品設(shè)計中最常用也是最主要的材料，它主要分為鋼鐵和有色金屬兩大類。金屬材料需經(jīng)過一次加工成型(從鋼鐵廠出爐加工成型)和二次加工成型(將原材料按設(shè)計要求進(jìn)行加工)才能成為合格的產(chǎn)品。

金屬的主要成型方法包括鑄造、塑性加工、焊接、切削加工、粉末冶金等，本節(jié)重點介紹鑄造、塑性加工、焊接。

3.1.1鑄造成型

1．鑄造成型概述

鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700—前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。

鑄造是指將金屬加熱到液態(tài)，使其具有流動性，然后在重力或外力(壓力、離心力、電磁力等)的作用下澆注、壓射或吸入到與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待冷卻凝固后拆除鑄型，獲得一定形狀和性能的毛坯或零件的成型工藝。通過鑄造獲得的金屬毛坯或零件稱為鑄件。

鑄造作為工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在機(jī)械制造業(yè)中占有重要位置。鑄造產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于礦山冶金、工程車輛、機(jī)床工具、水電動力、石油化工、儀器設(shè)備、農(nóng)機(jī)、紡機(jī)、軍事裝備、船舶艦艇、航空航天、藝術(shù)雕塑、日常生活用具等領(lǐng)域。在一般機(jī)械設(shè)備中，鑄件約占整個機(jī)械設(shè)備質(zhì)量的45%～90%，在金屬切削機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)、重型機(jī)械中占70%～90%,在農(nóng)業(yè)機(jī)械中占40%～70%，在風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)中約占60%～80%。

鑄造之所以能獲得如此廣泛應(yīng)用，是因為它具有如下優(yōu)點：

(1)能夠制造各種尺寸和形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的鑄件，如設(shè)備的箱體、閥體、螺旋槳、基座等；

(2)應(yīng)用范圍廣，既可用于單件小批量生產(chǎn)，也可用于大批大量生產(chǎn)；鑄件的輪廓尺寸可小至幾毫米，大至十幾米；質(zhì)量可小至幾克，大至數(shù)百噸；

(3)鑄造常用的原材料來源廣泛，價格較低，凡能熔化成液態(tài)的合金材料幾乎均可用于鑄造，如鑄鋼、鑄鐵、各種鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金及鋅合金等均能鑄造；鑄造設(shè)備投資少，因此鑄件的價格低廉；

(4)鑄件的形狀和尺寸與成品零件相近，因而切削加工余量小，減少了原材料消耗，并節(jié)省了切削加工費用。

但鑄件生產(chǎn)也存在一些不足之處：

(1)鑄造組織的晶粒比較粗大，且內(nèi)部常有縮孔、疏松、氣孔、砂眼等鑄造缺陷，因而鑄件的力學(xué)性能一般不如鍛件；

(2)鑄造生產(chǎn)工序繁多，工藝過程較難控制，致使鑄件的廢品率較高，質(zhì)量不穩(wěn)定；

(3)鑄造工作環(huán)境粉塵多，工人的工作條件較差，勞動強(qiáng)度比較大，“三廢”處理任務(wù)重。當(dāng)然隨著鑄造技術(shù)的發(fā)展，以上不足之處正在不斷得到克服。

2．鑄造成型加工工藝簡介

金屬材料鑄造成型的方法很多，按造型方法可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。

砂型鑄造是以型砂為主要造型材料制備鑄型的傳統(tǒng)鑄造工藝方法，砂型鑄造包括濕砂型、干砂型、化學(xué)硬化砂型三類。它具有原料來源豐富、生產(chǎn)批量和鑄件尺寸不受限制、成本低廉、適應(yīng)性廣、生產(chǎn)準(zhǔn)備簡單等優(yōu)點，是應(yīng)用最廣泛的鑄造方法，其生產(chǎn)的鑄件占鑄件總量的80%以上。

特種鑄造是除砂型鑄造以外其他鑄造方法的總稱，常用特種鑄造方法有：熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等。

1)砂型鑄造

砂型鑄造的主要工序包括制造模樣和芯盒、制備型砂和芯砂、制造砂型和型芯、合型澆注、落砂、清理和檢驗等，如圖3-1所示。

圖3-1砂型鑄造的工藝流程

以套筒砂型鑄造為例，其工藝過程如圖3-2所示。

砂型鑄造中，造型(造芯)是砂型鑄造最基本的工序，造型方法的選擇是否合理，對鑄件質(zhì)量和成本有著重要的影響。按緊實型砂和起模方法的不同，造型方法可分為手工造型和機(jī)器造型兩類。

手工造型是用手工來完成緊砂、起模和合箱等造型過程。其特點是操作靈活，工藝裝備(模樣、芯盒、砂箱等)簡單，不需要復(fù)雜的造型設(shè)備，只需簡單的造型平板、砂箱和一些手工造型工具，適應(yīng)性強(qiáng)，大、小鑄件均可采用；還可通過分模、活塊、挖砂、三箱、劈箱等造型方法生產(chǎn)出形狀復(fù)雜、難于起模的鑄件。但手工造型對工人的技術(shù)要求很高，生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，尺寸精度和表面質(zhì)量較差，因此適合單件或小批量生產(chǎn)。

圖3-2套筒砂型鑄造的工藝過程

機(jī)器造型指用機(jī)器完成全部或至少完成緊砂和起模操作的造型方法。與手工造型相比，機(jī)器造型生產(chǎn)率高，鑄件尺寸精度高，表面粗糙度低，質(zhì)量好，改善了勞動條件，便于組織生產(chǎn)流水線，但設(shè)備及工藝裝備費用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，投資大，適用于成批、大量生產(chǎn)。

長期以來，砂型鑄造一直是鑄造生產(chǎn)中最基本、應(yīng)用最廣泛的鑄造方法，一些典型的鑄件產(chǎn)品如圖3-3所示。

圖3-3砂型鑄造產(chǎn)品

2)熔模鑄造

熔模鑄造又稱為熔模精密鑄造或失蠟鑄造，它是先制造蠟?zāi)?，然后在蠟?zāi)Ｉ贤扛惨欢ê穸鹊哪突鸩牧?，待耐火材料層固化后，將蠟?zāi)Ｈ刍コ瞥尚蜌?，型殼?jīng)高溫焙燒后進(jìn)行澆鑄獲得鑄件的鑄造方法。

(1)熔模鑄造工藝過程。

熔模鑄造通常包括制造蠟?zāi)?、結(jié)殼、脫蠟、焙燒、澆注、脫殼和清理等工藝過程，如圖3-4所示。

圖3-4熔模鑄造工藝過程

①制造蠟?zāi)?。蠟?zāi)２牧铣Ｓ檬?、硬脂酸和其他一些化工原料配制，以滿足工藝要求為準(zhǔn)。首先將具有一定溫度的蠟料壓入壓型(壓制熔模用的模具)，冷凝后取出即為蠟?zāi)?。熔模鑄件一般較小，為提高生產(chǎn)率，常把數(shù)個蠟?zāi)Ｈ酆冈谙灠羯?，成為蠟?zāi)＝M合，實現(xiàn)一型多鑄。

②結(jié)殼。在蠟?zāi)＝M表面涂掛耐火材料，以制成一定強(qiáng)度的耐火型殼過程。具體過程是：在蠟?zāi)１砻娼煲粚佑绅そY(jié)劑和耐火材料粉配制的涂料，然后在上面撒一層較細(xì)的耐火砂，并放入固化劑(如氯化銨水溶液)中如此反復(fù)多次，使蠟?zāi)＝M外面形成由多層耐火材料組成的堅硬型殼(一般為4～10層)，型殼的總厚度為5～10mm。

③脫蠟。通常將帶有蠟?zāi)＝M的型殼浸泡于85～95℃的熱水中或高壓蒸汽中，使蠟料熔化后從澆鑄系統(tǒng)中流出。蠟?zāi)Ｈ鄢龊蟮男蜌ぜ礊榫哂锌涨坏蔫T型。

④焙燒。將脫蠟后的型殼放入加熱爐中，加熱到800～1000℃進(jìn)行焙燒，燒去型殼內(nèi)的殘蠟、水分和其他雜質(zhì)，使型殼強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

⑤澆注。將型殼從焙燒爐中取出后，周圍堆放干砂，加固型殼，然后趁熱(600～700℃)澆入合金液，并冷卻凝固。

⑥脫殼和清理。用人工或機(jī)械方法去掉型殼，切除澆冒口并清理毛刺，獲得鑄件。對于鑄鋼件還需進(jìn)行退火或正火，以便獲得所需的力學(xué)性能。

(2)熔模鑄造的特點和適用范圍。

熔模鑄造有如下優(yōu)點：

①鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好。鑄件尺寸精度可達(dá)IT11～I(xiàn)T14，表面粗糙度Ra?=2.5～6.3

μm，可實現(xiàn)少、無切削加工。如熔模鑄造的渦輪發(fā)動機(jī)葉片，無需機(jī)加工便可直接使用。

②由于型殼用高級耐火材料制成，故能適應(yīng)各種合金的鑄造，如碳鋼、合金鋼、耐熱合金、不銹鋼、永磁合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鎂合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。對于生產(chǎn)高熔點及難切削加工合金，更具有顯著的優(yōu)越性。

③可鑄出形狀復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁鑄件以及不便分型的鑄件；可用熔模鑄造的整鑄件代替由許多零部件組成的部件，降低成本和提高零件質(zhì)量。

④生產(chǎn)靈活性好，適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)批量基本不受限制。大批量生產(chǎn)可采用金屬壓型，小批量生產(chǎn)可采用易熔合金壓型等，樣品研制則直接采用快速原型代替蠟?zāi)！?/p>

熔模鑄造的主要缺點：材料昂貴、工藝過程繁瑣、鑄件冷卻速度較慢、生產(chǎn)周期長(4～15天)，鑄件成本比砂型鑄造高數(shù)倍。此外難以實現(xiàn)全盤機(jī)械化和自動化生產(chǎn)，且不能用于生產(chǎn)大型的鑄件。

熔模鑄造是少、無切削加工工藝的重要方法，最適合高熔點合金精密鑄件的成批、大量生產(chǎn)，也可用于單件生產(chǎn)，可實現(xiàn)機(jī)械化流水線生產(chǎn)。它主要適用于形狀復(fù)雜、難以切削加工的中小型鑄件。目前它幾乎已應(yīng)用于所有的工業(yè)部門，主要用于航空航天、汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)、造船與兵器、電子、石油化工、交通運(yùn)輸、泵和閥、汽車、拖拉機(jī)和機(jī)車等領(lǐng)域的中小型精密鑄件的生產(chǎn)。圖3-5所示為熔模鑄造的航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片。

圖3-5熔模鑄造的航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片

3)金屬型鑄造

金屬型鑄造是在重力作用下將液態(tài)金屬澆入金屬鑄型，從而獲得鑄件的鑄造方法。鑄型常用鑄鐵、鑄鋼等材料制成，可反復(fù)使用，直至損耗，故又稱硬模鑄造或永久型鑄造。

(1)金屬型結(jié)構(gòu)和鑄造工藝。

金屬型的材料熔點一般應(yīng)高于澆注合金的熔點，通常采用鑄鐵，要求較高時可采用碳鋼或低合金鋼。鑄件的內(nèi)腔可用金屬型芯或砂芯形成，薄壁復(fù)雜件或鑄鐵、鑄鋼件多采用砂芯，而形狀簡單或有色金屬件多采用金屬型芯。

根據(jù)分型面位置不同，金屬型可分為垂直分型式、水平分型式和復(fù)合分型式三種結(jié)構(gòu)。其中垂直分形式因開設(shè)澆冒口和取出鑄件比較方便，易實現(xiàn)機(jī)械化，所以應(yīng)用最為廣泛，如圖3-6所示。

金屬型鑄造工藝包括準(zhǔn)備、預(yù)熱、裝配金屬型、澆注、冷卻、開型、取出鑄件、質(zhì)量檢驗與后處理等工序。圖3-6垂直分型式金屬型

(2)金屬型鑄造的特點和適用范圍。

與砂型鑄造比較，金屬型鑄造在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)點：

①金屬型導(dǎo)熱快，鑄件冷卻迅速，晶粒細(xì)小，結(jié)晶組織致密，其力學(xué)性能比砂型鑄件高15%左右。

②鑄件精度和表面質(zhì)量比砂型鑄件高，批量生產(chǎn)質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性好，廢品率低，加工余量小。

③與砂型鑄造相比，工序少，不用或少用砂芯，減少了粉塵和有害氣體的污染，勞動條件好，勞動強(qiáng)度低。

④易于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化，生產(chǎn)效率高，技術(shù)容易掌握，便于生產(chǎn)管理。

金屬型鑄造存在以下缺點：

①金屬型本身不透氣、且無退讓性，易造成鑄件澆不足、冷隔、開裂或鑄鐵件產(chǎn)生白口缺陷，不適用于熱裂傾向大的合金。

②金屬型鑄造工藝要求嚴(yán)格，需嚴(yán)格控制溫度、出型時間等工藝參數(shù)，否則容易產(chǎn)生缺陷。

③金屬型制造周期較長，成本較高，對鑄件的形狀和尺寸有一定限制。只有在成批、大量生產(chǎn)時，才能顯示出好的經(jīng)濟(jì)效果。

金屬型鑄造主要適用于大批量生產(chǎn)的非鐵合金鑄件(如圖3-7所示)，如內(nèi)燃機(jī)的鋁活塞、汽缸體、缸蓋、液壓泵殼體以及銅合金軸瓦、軸套等。金屬型鑄造有時也可用來制造形狀較簡單的可鍛鑄鐵件或鑄鋼件。

圖3-7金屬型鑄造件

4)壓力鑄造

壓力鑄造是在壓鑄機(jī)上，用壓射沖頭以較高的壓力和速度將壓室內(nèi)的金屬液壓射到模腔中，并在壓力作用下使金屬液迅速凝固成鑄件的鑄造方法，簡稱壓鑄。壓力鑄造的工藝過程主要包括向型腔內(nèi)噴射涂料、閉合壓型、壓射金屬、打開壓型和頂出鑄件。高壓力和高速度是壓鑄的重要特點，也是區(qū)別于其他鑄造方法的最根本特征。

(1)壓力鑄造的工藝方法。

壓鑄機(jī)是壓鑄生產(chǎn)最基本的設(shè)備，根據(jù)壓室工作條件的不同，可分為熱壓室壓鑄機(jī)和冷壓室壓鑄機(jī)兩類。

熱壓室壓鑄機(jī)的工作原理如圖3-8所示。壓室2和熔化合金的坩堝1連成一體；壓室浸在液體金屬中，大多只能用于低熔點合金，如鉛、錫、鋅合金等。當(dāng)壓射沖頭3上升時，液體金屬通過進(jìn)口進(jìn)入壓室2內(nèi)。合型后，在壓射沖頭下壓時，液體金屬沿著通道經(jīng)噴嘴充填壓鑄型，冷卻凝固成型后開型取件，完成一個壓鑄循環(huán)。

采用熱壓室壓鑄機(jī)的特點是：生產(chǎn)工序簡單，生產(chǎn)效率高，容易實現(xiàn)自動化；金屬消耗少，工藝穩(wěn)定，壓入型腔的液體金屬干凈、無氧化雜質(zhì)，鑄件質(zhì)量好。但壓室和沖頭長期浸在液體金屬中，會影響其使用壽命。圖3-8熱壓室壓鑄機(jī)的工作原理1—坩堝；2—壓室；3—壓射沖頭；4—孔；5—定模；6—頂桿；7—動模．

冷壓室壓鑄機(jī)按其壓室結(jié)構(gòu)布置方式分為臥式和立式壓鑄機(jī)兩種，工作原理基本相同。目前應(yīng)用最廣泛的是臥式冷壓室壓鑄機(jī)，主要由合型機(jī)構(gòu)、壓射機(jī)構(gòu)、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。臥式冷壓室壓鑄機(jī)的工作原理如圖3-9所示，其工作過程如下：先閉合壓型，用定量勺將金屬液通過壓室上的注液孔注入壓室；壓射沖頭向前推進(jìn)，金屬液經(jīng)澆道壓入鑄型中；待鑄件凝固后開型，頂桿將鑄件推出。

圖3-9臥式冷壓室壓鑄機(jī)的工作原理

(2)壓力鑄造的特點及適用范圍。

壓力鑄造有如下優(yōu)點：

①高壓力和高速充型是壓力鑄造的最大特點，因此它可以鑄出結(jié)構(gòu)復(fù)雜且輪廓清晰的薄壁、深腔、精密鑄件；能鑄出帶有文字、花紋和圖案的零件。目前鋅合金壓鑄件最小壁厚可達(dá)0.3mm，可鑄出的螺紋最小螺距為0.75mm。

②壓鑄件尺寸精度高、穩(wěn)定，互換性好，表面質(zhì)量好，尺寸精度為IT11～I(xiàn)T13，表面粗糙度Ra=0.8～3.2μm，一般不需要切削加工即可直接使用，可實現(xiàn)少、無切削加工。

③壓鑄件組織細(xì)密，具有較高的強(qiáng)度、硬度，并具有良好的耐磨性和耐腐蝕性。壓鑄件抗拉強(qiáng)度一般比砂型鑄件高25%～30%，但伸長率有所下降。

④壓鑄的生產(chǎn)率高，勞動條件好，在所有鑄造方法中，壓鑄生產(chǎn)率最高，且容易實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化和自動化。

壓鑄雖是實現(xiàn)少、無切削加工非常有效的途徑，但也存在許多不足，主要如下：

①壓鑄設(shè)備投資大，且壓型制造周期較長，成本高，因此壓鑄只適用于大批量生產(chǎn)。

②由于壓鑄速度高，型內(nèi)的氣體很難及時排除，常以氣孔形式存留在鑄件中，因此壓鑄件的切削加工余量不能過大，以防氣孔露出表面，影響鑄件的使用性能。此外壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，原因是加熱時氣體膨脹會造成表面鼓泡或變形。

③壓鑄合金的種類(如高熔點合金)常受到限制，壓型壽命很低。目前鋼鐵金屬壓鑄在實際生產(chǎn)中應(yīng)用得不多。

壓力鑄造是最先進(jìn)的金屬成型方法之一，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電子、機(jī)械制造、國防工業(yè)、醫(yī)療器械、家用電器以及日用五金等領(lǐng)域。其主要用于大批量生產(chǎn)非鐵合金(如鋅合金、鋁合金、銅合金等)的中小型鑄件，如缸蓋、箱體、發(fā)動機(jī)缸體、發(fā)動機(jī)罩、管接頭、儀表和照相機(jī)的殼體與支架、齒輪等。目前壓鑄件所用材料多為鋁合金，約占70%～75%，鋅合金約占20%～25%，銅合金約占2%～3%。圖3-10所示為壓力鑄造件。

圖3-10壓力鑄造件

5)低壓鑄造

低壓鑄造是介于重力鑄造(如砂型鑄造、金屬型鑄造等)和壓力鑄造之間的一種鑄造方法，它是在0.2～0.6個大氣壓的低壓下將金屬液注入型腔，并在該壓力下結(jié)晶凝固成型，以獲得鑄件的方法。

(1)低壓鑄造的工藝過程。

低壓鑄造的裝置和原理如圖3-11所示，其工藝過程包括升液、充型、增壓、凝固、卸壓等階段。具體過程是將熔煉好的金屬液倒入保溫坩堝中，裝上密封蓋、升液管及鑄型。待鎖緊上型后，緩慢地向坩堝爐內(nèi)通入干燥的壓縮空氣，使金屬液在低壓氣體作用下，沿升液管自下而上地上升，經(jīng)澆注系統(tǒng)平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型型腔。當(dāng)金屬液充滿型腔后，保持或增大壓力直至鑄件完全凝固，然后解除液面上的氣體壓力，使坩堝與大氣相通，這時升液管和澆注系統(tǒng)中尚未凝固的金屬液，在重力的作用下流回坩堝。最后開啟上型，由頂桿頂出鑄件。鑄型為水平分型，金屬型在澆注前必須預(yù)熱，并向型腔內(nèi)噴刷涂料。

圖3-11低壓鑄造原理示意圖1—鑄型；2—密封蓋；3—坩堝；4—金屬液；5—升液管

(2)低壓鑄造的特點及適用范圍。

低壓鑄造有如下特點：

①充型壓力和速度可以調(diào)節(jié)，適合于各種鑄型、各種合金的鑄件，如金屬型、砂型、熔模型殼、樹脂型殼等。

②采用底注式充型，金屬液充型平穩(wěn)，無飛濺現(xiàn)象，可避免卷入氣體及對型壁和型芯的沖刷，有利于鑄件質(zhì)量。

③鑄件在壓力下結(jié)晶，鑄件組織致密、輪廓清晰、表面光潔，力學(xué)性能較高，對于大薄壁件的鑄造尤為有利。

④澆注系統(tǒng)簡單，澆口可兼冒口，金屬利用和工藝出品率高，通常可達(dá)90%～98%。

⑤設(shè)備簡單，便于操作，設(shè)備投資少，易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。

低壓鑄造的主要缺點是升液管壽命短，且保溫過程中金屬液易氧化。

低壓鑄造主要應(yīng)用于較精密復(fù)雜的中、小型鑄件，尤其適用于鋁、鎂合金。低壓鑄造廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、船舶、機(jī)車車輛、醫(yī)療機(jī)械、儀器等工業(yè)部門的大批量零部件的生產(chǎn)，如汽車輪轂、發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、活塞、曲軸箱、水泵體、液壓缸體、減震筒、密封殼體等。圖3-12所示為低壓鑄造產(chǎn)品。

圖3-12低壓鑄造產(chǎn)品

6)離心鑄造

離心鑄造是指將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力作用下充填鑄型并凝固成型的一種鑄造方法。離心鑄造有獨特的工藝和質(zhì)量特點，其工藝流程如圖3-13所示。

圖3-13離心鑄造工藝流程

(1)離心鑄造設(shè)備和工藝過程。

離心鑄造必須在專門的設(shè)備——離心鑄造機(jī)上進(jìn)行。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間位置的不同，離心鑄造機(jī)可分為立式、臥式兩大類。立式離心鑄造機(jī)上的鑄型繞豎直軸旋轉(zhuǎn)(見圖3-14)，其優(yōu)點是便于鑄型的固定和金屬的澆注，但其自由表面(即內(nèi)表面)呈拋物線狀，使鑄件上薄下厚，主要適用于生產(chǎn)直徑大于高度的圓環(huán)、輪、輥類鑄件，如活塞環(huán)。臥式離心鑄造機(jī)上的鑄型繞水平軸旋轉(zhuǎn)(見圖3-15)，鑄件各部分的冷卻條件相近，鑄件沿軸向和徑向的壁厚均勻，因此適用于生產(chǎn)長度大于直徑的套筒類和管類鑄件，如汽缸套和鑄鐵管，是最常用的離心鑄造方法。

圖3-14立式離心鑄造示意圖圖3-15臥式離心鑄造示意圖

(2)離心鑄造的特點及適用范圍。

離心鑄造的優(yōu)點如下：

①液態(tài)金屬在鑄型中能形成中空的自由表面，可不用型芯即可鑄出套筒、管類鑄件，簡化了鑄造工藝。

②鑄件組織細(xì)密，一般無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，力學(xué)性能好。

③離心鑄造還便于鑄造“雙金屬”鑄件，可分層澆注，可鑄造液-液、固-液雙金屬鑄件，如鋼套鑲銅軸承，其結(jié)合面牢固、耐磨，又節(jié)約了許多貴重金屬材料。

④離心鑄造提高了金屬充填鑄型的能力，對于流動性較差的合金或薄壁鑄件都可用離心鑄造生產(chǎn)。

離心鑄造的缺點如下：

①對于某些合金(如鉛青銅、鉛合金、鎂合金等)容易產(chǎn)生重度偏析，不適于鑄造密度偏析大的合金及輕合金。

②在鑄造中空鑄件時，其內(nèi)表面較粗糙，尺寸誤差大。

③設(shè)備投資較多，不適宜單件、小批生產(chǎn)。

離心鑄造是一種應(yīng)用廣泛的鑄造方法，常用于生產(chǎn)管套類、筒類、雙金屬類及其他成型零件，如鑄鐵管、內(nèi)燃機(jī)缸套、軸套、雙金屬軸承、滾筒、爐底輥、化工用管、銅合金軸瓦、渦輪、活塞環(huán)等。圖3-16所示為離心鑄造產(chǎn)品。目前已有高度機(jī)械化、自動化的離心鑄造機(jī)，有年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬噸的機(jī)械化離心鑄管廠，鑄件的質(zhì)量可達(dá)十幾噸。

圖3-16離心鑄造產(chǎn)品

3.1.2金屬塑性加工

金屬材料需要經(jīng)過加工制為一定的形狀，才能滿足設(shè)計和使用要求。要達(dá)到這種要求，除了傳統(tǒng)的切削加工外，金屬塑性加工技術(shù)也是常用的加工方法。金屬塑性加工能夠使產(chǎn)品的功能性與美觀性達(dá)到高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，以其生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量輕及成本低等優(yōu)點在產(chǎn)品生產(chǎn)中占有重要地位。

金屬塑性加工是指在外力作用下，使金屬坯料產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，從而獲得一定的形狀。在成型的同時，能改善材料的組織結(jié)構(gòu)和性能，產(chǎn)品可直接制取或便于加工，無切削，金屬損耗少，適用于專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。金屬塑性加工要求金屬材料必須具有良好的塑性，低、中碳鋼及大多數(shù)有色金屬的塑性較好，都可進(jìn)行塑性成型加工，而鑄鐵、鑄鋁合金等脆性材料，塑性很差，不能或不宜進(jìn)行塑性成型。

工業(yè)中主要的金屬塑性成型方法有：鍛造、板料沖壓、軋制、擠壓、拔制等。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，綜合性的金屬塑性加工應(yīng)用越來越廣泛。

1．鍛造

鍛造是利用手錘、鍛錘或壓力設(shè)備上的模具對加熱的金屬坯料施力，使金屬材料在不分離條件下產(chǎn)生塑性變形，以獲得形狀、尺寸和性能符合要求的零件。工件毛坯經(jīng)過鍛造后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加細(xì)膩密實，力學(xué)性能大大提高，所有機(jī)器上重要零件的毛坯，如發(fā)動機(jī)曲軸、水壓機(jī)主軸、大型連桿等均需經(jīng)過鍛造處理。

鍛造按照成型是否采用模具通常分為自由鍛和模鍛。

1)自由鍛

自由鍛工藝是利用簡單通用的工具如平砧、型砧等，在自由鍛設(shè)備的沖擊或壓力作用下，使加熱到一定溫度的坯料變形，獲得所需幾何形狀和性能的鍛件方法。自由鍛工藝適合單件和小批量鍛件，特別是特大型鍛件的生產(chǎn)。自由鍛工藝的優(yōu)點是所用工具簡單，通用性強(qiáng)，工藝靈活，由鍛工控制金屬的變形方向，可鍛制各種各樣的鍛件，如齒輪坯、大型連桿、多拐曲軸、起重機(jī)吊鉤、轉(zhuǎn)子、軋輥等復(fù)雜鍛件；其缺點是鍛件精度低、加工余量大、生產(chǎn)率低、工人勞動強(qiáng)度大。

自由鍛工藝方法包括基本工序、輔助工序和修整工序?；竟ば虬ㄧ叴帧伍L、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯移等，如圖3-17所示。輔助工序是為了配合基本工序使坯料預(yù)先變形的工序，如鋼錠倒棱、預(yù)壓鉗把、分段壓痕等。修整工序安排在基本工序之后，用來修整鍛件尺寸和形狀。

圖3-17自由鍛基本工序

(1)鐓粗。鐓粗是指用壓力使坯料高度減小，而直徑(或橫向尺寸)增大的鍛造工序，分為整體鐓粗和局部鐓粗兩種。

(2)拔長。拔長是使坯料橫截面積減小而長度增加的鍛造工序。

(3)沖孔。沖孔是指將坯料沖出通孔或盲孔的鍛造工序。

(4)擴(kuò)孔。擴(kuò)孔是指減小空心坯料壁厚而增加其內(nèi)徑的鍛造工序，常用擴(kuò)孔方法有沖頭擴(kuò)孔和在馬杠上擴(kuò)孔(又稱芯軸擴(kuò)孔)。

(5)彎曲。彎曲是指將毛坯彎成所規(guī)定形狀的鍛造工序，彎曲的方法有角度彎曲和成型彎曲。

(6)錯移。錯移是指將坯料的一部分相對于另一部分錯開，但仍保持軸線平行的鍛造工序。錯移工序常用來鍛造雙拐或多拐曲軸鍛件。

2)模型鍛造

模型鍛造，簡稱模鍛，是指將坯料加熱后放在具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)，施加沖擊壓力或靜壓力，使坯料在鍛模模膛內(nèi)產(chǎn)生塑性變形從而獲得模鍛件的加工方法，如圖3-18所示。

圖3-18模鍛示意圖

鍛造過程中，坯料在模膛內(nèi)受壓力作用產(chǎn)生變形，能獲得與模膛形狀一致的鍛件。通常一個鍛件需經(jīng)多次鍛造而獲得最終的鍛件。圖3-19所示為彎曲連桿模鍛過程。

圖3-19彎曲連桿模鍛過程

模鍛生產(chǎn)效率高，鍛件強(qiáng)度高，耐疲勞，使用壽命較長，尺寸較精確，表面光潔，可節(jié)約金屬，減少材料和切削加工成本，模鍛操作簡單，易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，但模鍛成型需采用專用的模鍛設(shè)備，鍛模要用昂貴的模具鋼制造，模膛加工較困難，所以模鍛成型工藝的成本高，只適用于中批量和大批量生產(chǎn)。

2．沖壓

1)沖壓概述

沖壓是塑性加工的基本方法之一，它建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，是利用模具和沖壓設(shè)備對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得一定形狀、尺寸零件的加工方法。由于加工通常在室溫狀態(tài)下進(jìn)行，故又稱為冷沖壓。按變形性質(zhì)分類，沖壓工藝大致可分為分離工序和成型工序兩大類。分離工序俗稱“沖裁”，包括落料、沖孔、切邊和切斷等，成型工序包括彎曲、拉深、成型等，見表3-1。

沖壓工藝的特點如下：

(1)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝簡單，能加工其他方法難以生產(chǎn)的復(fù)雜形狀的制件，如彈殼、行軍水壺和高壓氣瓶等。

(2)制件的形狀和尺寸精度高，互換性好，一般不需要大量的機(jī)械加工就能獲得強(qiáng)度高、剛度好、質(zhì)量輕和外表光滑美觀的零件。

(3)生產(chǎn)效率高，可利用廉價的板料和帶料，成本低廉。

(4)有利于實現(xiàn)機(jī)械化與自動化，減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件。

沖壓加工方法的不足之處是：沖壓只適用于加工塑性金屬材料，對于脆性材料如鑄鐵、青銅等則無能為力，而且不適合于加工形狀太復(fù)雜的零件。對于外形和內(nèi)腔復(fù)雜的零件，采用鑄造方法生產(chǎn)比一般沖壓加工方法更為方便。

沖壓加工方法適用范圍廣，從形狀簡單的螺釘毛坯到形狀復(fù)雜的曲軸毛坯；從1g重的表針到幾百噸重的發(fā)電動機(jī)大軸均可生產(chǎn)。因此沖壓廣泛應(yīng)用于航空、汽車、儀器儀表、電器等工業(yè)部門和生活日用品的生產(chǎn)。在全世界各類鋼材品種中，用于沖壓加工的帶料和板料占67%；在汽車、農(nóng)機(jī)產(chǎn)品中，沖壓件占75%～80%；在電子產(chǎn)品中，沖壓件占80%～85%；在輕工產(chǎn)品中，沖壓件占90%以上；在航空、航天工業(yè)的薄殼制件中，沖壓件的比例在70%以上。因此當(dāng)前在機(jī)械、電子、輕工、國防等工業(yè)部門的產(chǎn)品零件中，其成型方式已轉(zhuǎn)向優(yōu)先選用塑性加工工藝，以使制件質(zhì)優(yōu)、低耗、低成本，在市場競爭中處于有利地位。圖3-20為沖壓在汽車上的應(yīng)用，其中汽車覆蓋件、保險杠、發(fā)動機(jī)擋泥板等都采用沖壓生產(chǎn)。

圖3-20沖壓在汽車上的應(yīng)用

2)沖壓基本工序

(1)沖裁。沖裁是使坯料按封閉輪廓分離的工序，它主要包括落料、沖孔、切邊、切口、剖切、整修等。沖裁是分離工序的總稱，其中以落料、沖孔應(yīng)用最多。落料是利用沖裁取得一定外形的制件或毛坯的沖壓方法，沖落部分為成品，周邊為廢料。沖孔是將沖壓坯內(nèi)的材料以封閉的輪廓分離開來，得到帶孔制件的一種沖壓方法，沖落部分為廢料，周邊為成品。沖裁加工示意圖如圖3-21所示，圖3-22所示為沖裁制品。

圖3-21沖裁加工示意圖圖3-22沖裁制品

(2)彎曲。彎曲是將板料、型材或管材在彎矩作用下彎成具有一定曲率和角度制件的工序，如圖3-23所示。圖3-24所示為彎曲件。

圖3-23模具彎曲示意圖1—凸模；2—彎曲件；3—凹模；4—頂板圖3-24彎曲件

(3)拉深。拉深是利用模具使沖裁后得到的平板毛坯變形成開口空心零件的工序，如圖3-25所示。圖3-26所示為拉深產(chǎn)品。

圖3-25拉深示意圖圖3-26拉深產(chǎn)品

3．軋制

軋制是指金屬靠摩擦力的作用，連續(xù)通過軋機(jī)上兩個相對回轉(zhuǎn)軋輥之間的空隙，進(jìn)行壓延變形成為型材(如圓鋼、方鋼、角鋼、T字鋼、工字鋼、槽鋼、Z字鋼、鋼軌等)的加工方法。

按軋制溫度分為熱軋和冷軋。熱軋是將材料加熱到再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行軋制。熱軋變形抗力小，變形量大，生產(chǎn)效率高，適合軋制較大斷面尺寸、塑性較差或變形量較大的材料，圖3-27所示為熱軋異形鋼材。冷軋則是在室溫下對材料進(jìn)行軋制。與熱軋相比，冷軋產(chǎn)品尺寸精確，表面光潔，機(jī)械強(qiáng)度高。冷軋變形抗力大，變形量小，適于軋制塑性好、尺寸小的線材和薄板材等。圖3-28所示為冷軋卷板。

圖3-27熱軋異形鋼材

圖3-28冷軋卷板

根據(jù)加工設(shè)備的不同，軋制可分為輥鍛軋制和碾環(huán)軋制。

(1)輥鍛軋制。此工藝方法也稱為輥鍛，將坯料加熱后，用工具夾持著通過裝有圓弧形模具而轉(zhuǎn)動方向相反的軋輥，在壓力擠壓下形成一定形狀的工件。它既可以作為模鍛的制坯工序，也可以直接生產(chǎn)鍛件，如活動扳手、連桿、風(fēng)機(jī)葉片等。采用輥鍛工藝，其優(yōu)點為：簡化工藝過程，提高生產(chǎn)效率，改善力學(xué)性能。圖3-29所示為輥鍛軋制示意圖。

圖3-29輥鍛軋制示意圖

(2)碾環(huán)軋制。當(dāng)需加工環(huán)形坯料并需將小徑擴(kuò)大時就采用碾環(huán)軋制，如火車輪轂、軸承座圈、齒輪及法蘭盤等。此工藝可節(jié)約材料，大大減少機(jī)械加工余量，改善承載部分的韌度和強(qiáng)度。圖3-30所示為碾環(huán)軋制示意圖。

圖3-30碾環(huán)軋制示意圖

4．?dāng)D壓

擠壓是一種生產(chǎn)率高的加工新工藝，將金屬坯料置于一封閉的擠壓筒內(nèi)，用強(qiáng)大的壓力使坯料從?？字袛D出，從而獲得符合?？捉孛娴呐髁匣蛄慵募庸し椒?。擠壓過程中金屬坯料的截面依照模孔的形狀減小，坯料長度增加。常用的擠壓方法有：正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓和徑向擠壓。圖3-31所示為擠壓成型示意圖。

圖3-31擠壓成型示意圖

擠壓同其他壓力加工方法相比，具有以下優(yōu)點：

(1)擠壓過程中金屬始終處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于發(fā)揮金屬塑性，有利于加工難變形和低塑性的金屬。

(2)擠壓不僅可以生產(chǎn)簡單斷面制品，還可以生產(chǎn)復(fù)雜斷面制品。

(3)擠壓除用錠坯作原料外，還可以用金屬粉末、顆粒作原料擠壓成材。

(4)擠壓靈活性大，只需要更換少數(shù)擠壓工具就可改變產(chǎn)品的規(guī)格和形狀，適合小批量、多品種制品的生產(chǎn)。

(5)擠壓制品尺寸精確，表面質(zhì)量較好，并且組織致密，力學(xué)性能較好。

但是擠壓生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料較多，如擠壓管材的穿孔廢料，擠壓殘料(壓余)和擠壓制品的切頭去尾損失，因此擠壓成品率低；又由于擠壓過程中金屬與擠壓工具之間存在著摩擦，容易使制品的組織及性能沿其截面和長度分布不均勻；此外擠壓機(jī)需配置許多輔助設(shè)備，投資較大，工具易損耗，能耗大，生產(chǎn)成本高。

適合于擠壓加工的材料主要有低碳鋼、有色金屬及其合金。通過擠壓可以得到多種截面形狀的型材或零件。圖3-32所示為擠壓產(chǎn)品。

圖3-32擠壓產(chǎn)品

5．拔制

拔制是金屬塑性加工方法之一，它是利用拉力使大截面的金屬坯料強(qiáng)行穿過一定形狀的模孔，以獲得所需斷面形狀和尺寸的小截面毛坯或制品的工藝過程。圖3-33所示為拔制工藝示意圖。

拔制與其他的壓力加工方法相比，具有以下特點：

(1)產(chǎn)品尺寸精確，表面光潔。

(2)拔制生產(chǎn)的工具與設(shè)備簡單，維護(hù)方便，可在一臺設(shè)備上生產(chǎn)多品種、多規(guī)格的產(chǎn)品。

(3)特別適合于小斷面、長制品的連續(xù)高速生產(chǎn)。

(4)由于冷拉時產(chǎn)生加工硬化，能提高產(chǎn)品強(qiáng)度，但塑性降低使拉拔時金屬的變形量受到限制。

(5)需要中間退火、酸洗等工序，生產(chǎn)周期長，金屬消耗量大，生產(chǎn)率低。

拔制生產(chǎn)主要用來制造各種細(xì)線材、薄壁管及各種特殊幾何形狀的型材。低碳鋼及多數(shù)有色金屬及合金都可以拔制成型，多用來生產(chǎn)管材、棒材、線材和異型材等。圖為3-34為拔制型材。

圖3-33拔制工藝示意圖圖3-34拔制型材

3.1.3焊接

焊接，也稱熔接、镕接，是利用局部加熱或加壓等手段，借助金屬原子間的結(jié)合與擴(kuò)散作用使分離的兩部分金屬牢固地結(jié)合起來的一種永久性連接材料的工藝方法。焊接技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中占有十分重要的地位，已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、建筑工程、造船、海洋開發(fā)、汽車制造、石油化工、航空航天、原子能、電力電子、微電子、醫(yī)療器械和通信工程等工業(yè)部門的金屬構(gòu)件和機(jī)器零部件的制造和修復(fù)。

焊接方法的種類很多，按照焊接時的物理冶金特征(原子間結(jié)合方式的不同)分為熔焊、壓焊和釬焊三大類(如圖3-35所示)，目前熔焊的應(yīng)用最廣泛。

圖3-35常用焊接方法

1．熔焊

熔焊是利用一定的熱源，使被焊工件及填充金屬局部加熱至熔化狀態(tài)，形成液態(tài)熔池，保證原子間的充分?jǐn)U散和緊密接觸，然后冷卻結(jié)晶成一體接頭的一類焊接方法。按所用熱源種類的不同分為：電弧焊(焊接電弧為熱源)、等離子弧焊(等離子弧為熱源)、電渣焊(熔渣的電阻熱為熱源)、電子束焊(電子束為熱源)、激光焊(激光為熱源)、氣焊(火焰為熱源)等，其中又以電弧焊的應(yīng)用最廣泛。

電弧焊是以電弧作熱源的熔化焊接方法。常見的電弧焊有焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊等。

1)焊條電弧焊

焊條電弧焊是各種電弧焊方法中發(fā)展最早、目前仍廣泛應(yīng)用的一種焊接方法。它是以焊條作為電極和填充金屬，以焊條的末端和工件之間產(chǎn)生的電弧作為熱源進(jìn)行焊接的。焊接時，電弧將焊條端部和工件局部加熱到熔化狀態(tài)，焊條端部熔化后形成的熔滴和熔化的母材融合一起形成熔池。隨著電弧向前移動，熔池液態(tài)金屬逐步冷卻結(jié)晶形成焊縫。圖3-36所示為焊條電弧焊焊接過程示意圖。

圖3-36焊條電弧焊焊接過程示意圖1—母材金屬；2—渣殼；3—焊縫；4—液態(tài)熔渣；5—保護(hù)氣體層；6—焊條藥皮；7—焊芯；8—熔滴；9—電?。?0—熔池

焊條電弧焊使用的設(shè)備簡單、方法簡便靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，可在各種條件下進(jìn)行各種位置的焊接。接頭形式、焊縫形狀及長度等不受限制，但對焊工操作技術(shù)要求高，焊接質(zhì)量在一定程度上取決于焊工的操作技術(shù)。此外焊條電弧焊勞動條件差、生產(chǎn)效率低，主要適用于單件或小批量生產(chǎn)，適宜焊接厚度為3～20?mm的焊件?；顫娊饘?如鈦、鈮等)和難熔金屬(如鉭、鉬等)不能采用焊條電弧焊。

2)埋弧焊

埋弧焊是指電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的電弧焊方法。焊接時電弧的引燃、焊絲的送進(jìn)和電弧沿焊縫的移動是由設(shè)備自動完成的。

埋弧焊焊縫形成過程如圖3-37所示。焊接時，焊絲末端與工件接觸，然后打開焊劑漏斗，在工件被焊處撒上一層30～50?mm厚的焊劑。通電后焊絲向上回抽引燃電弧，焊劑層下燃燒的電弧產(chǎn)生熱量使電弧附近的母材和顆粒狀焊劑熔化形成熔渣，所產(chǎn)生的高溫氣體將熔渣排開形成一個封閉的熔渣泡，具有表面張力的熔渣泡有效阻止了空氣侵入熔池，并有效防止了熔滴向外飛濺。未熔化的焊劑將電弧與外界空氣隔離，減少了電弧熱能的散失。隨著電弧向前移動，不斷熔化送進(jìn)的焊絲及前方的母材金屬和焊劑，而熔池后方的液態(tài)金屬從邊緣開始逐漸冷卻凝固形成焊縫，液態(tài)熔渣也凝固形成渣殼覆蓋在焊縫表面。焊縫處金屬受到焊劑層和熔渣泡的雙重保護(hù)，熱量損失小、熔深大。

圖3-37埋弧焊焊縫縱向截面圖

與焊條電弧焊相比，埋弧焊具有焊接速度快、生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定、焊縫外形美觀、勞動條件好等優(yōu)點；但缺點是設(shè)備費用高，工藝裝備復(fù)雜，不適宜焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、有傾斜焊縫的焊件。因此，埋弧焊主要用于生產(chǎn)批量大、厚度較大(6～60?mm)且長直的平焊焊縫或較大直徑的環(huán)形焊縫的焊接，適用的材料為低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等金屬板材。

3)氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊是指利用外加氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧焊方法。它在特種材料焊接和焊接過程自動化方面起著越來越重要的作用。與埋弧焊相比，其優(yōu)點是電弧和熔池可見性好，操作方便，沒有熔渣；在多層焊時節(jié)省大量焊后清渣工時，可實現(xiàn)全位置焊接；但在室外作業(yè)時要采取專門的防風(fēng)措施。

根據(jù)焊接過程中所用的保護(hù)氣體不同，常見的有氬弧焊和CO2氣體保護(hù)焊等。氬弧焊是以氬氣作為保護(hù)介質(zhì)的氣體保護(hù)焊，按其所用電極的不同又分為不熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊。

圖3-38所示為CO2氣體保護(hù)焊示意圖。CO2氣體保護(hù)焊是利用CO2氣體(有時采用CO2+O2的混合氣體)作保護(hù)介質(zhì)的熔化極氣體保護(hù)焊。這種焊接方法是用連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極，靠焊絲和焊件之間的電弧熔化工件金屬和焊絲形成熔池，凝固后成為焊縫。

圖3-38CO2氣體保護(hù)焊示意圖1—焊槍噴嘴；2—導(dǎo)電嘴；3—送絲機(jī)構(gòu)；4—焊絲盤；5—流量計；6—減壓器；7—CO2氣瓶

CO2氣體保護(hù)焊焊接速度快、焊后沒有熔渣，節(jié)省清渣時間，所以生產(chǎn)率高；保護(hù)氣體價格比氬氣低；電能消耗少，所以成本較低。由于電弧熱量集中，所以熔池小，焊接速度快，焊接熱影響區(qū)較小，變形和產(chǎn)生裂紋的傾向性小，因而焊縫成型良好。對低碳鋼和低合金鋼焊接，這是一種高效率、低成本和高質(zhì)量的焊接方法。其缺點是不宜焊接容易氧化的有色金屬等材料，焊縫成型不夠光滑美觀，弧光強(qiáng)烈，熔滴飛濺較嚴(yán)重，煙霧多，需采取防風(fēng)措施。

CO2氣體保護(hù)焊主要用于焊接低碳鋼和強(qiáng)度級別不高的普通低合金結(jié)構(gòu)鋼焊件，焊件最大厚度可達(dá)50?mm(對接形式)，廣泛用于造船、汽車、起重機(jī)、各種罐體、農(nóng)用機(jī)械等工業(yè)部門。

2．壓焊

壓焊是將被焊工件在固態(tài)下通過加壓(加熱或不加熱)措施使其接頭處緊密接觸并產(chǎn)生塑性變形，擠除表面氧化物及污染物，使原子相互接近到晶格距離，從而在固態(tài)條件下實現(xiàn)原子間結(jié)合的一類焊接方法。常用的壓焊有電阻焊、摩擦焊、擴(kuò)散焊、爆炸焊、冷壓焊和超聲波焊等，多用于塑性較好的金屬材料的焊接。

1)電阻焊

電阻焊是利用電流通過接頭的接觸面產(chǎn)生的電阻熱作為熱源的壓焊，電阻焊按電極形式和接頭形式的不同分為點焊、縫焊和對焊三種。

點焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩柱狀電極之間，利用電阻熱局部熔化母材金屬形成焊點的電阻焊。點焊主要用于薄板沖壓件和鋼筋的焊接，如汽車、飛機(jī)薄板外殼的拼接及裝配，電子儀器、儀表等工業(yè)品的生產(chǎn)。點焊適用的厚度范圍是0.05～6mm，適用的材料為不銹鋼、銅合金、鈦合金和鋁鎂合金等。

縫焊是連續(xù)的點焊過程，它用連續(xù)轉(zhuǎn)動的盤狀電極代替了柱狀電極，進(jìn)行間隔時間很短的點焊，焊后獲得焊點首尾相互重疊的連續(xù)焊縫?？p焊由于焊縫中的焊點相互重疊約50%以上，因此密封性好。但縫焊分流現(xiàn)象嚴(yán)重，焊接相同厚度的工件時，所需焊接電流約為點焊時的1.5～2倍，因此縫焊只適用于厚度在3mm以下的有密封性要求的薄壁結(jié)構(gòu)，如油箱、小型容器和管道等。

對焊是將焊件裝配成對接接頭進(jìn)行的電阻焊方法。對焊要求焊件接觸處的端面形狀尺寸相同或相近，以保證焊接件的質(zhì)量。對焊主要用于制造封閉形零件、軋材的接長、制造異種材料的零件等，如自行車車圈、鋼軌、刀具等。

2)摩擦焊

摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦產(chǎn)生的熱量，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的壓焊工藝。摩擦焊過程中，焊件接觸表面的氧化膜與雜質(zhì)被清除，接頭不易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷，組織致密，接頭質(zhì)量好?？珊傅牟牧戏秶^廣，適用于異種材料的對接，如非合金鋼與不銹鋼、鋁與銅、鋁與陶等。

3．釬焊

釬焊是采用熔點比母材低的材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、但低于母材熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互溶解和擴(kuò)散，然后冷卻結(jié)晶形成結(jié)合面的一類焊接方法。它與熔焊有相似之處，常用的釬焊有錫焊、銅焊等，可用于同種或異種金屬的焊接，也可用于金屬與玻璃、陶瓷等非金屬材料的連接。釬焊設(shè)備簡單，生產(chǎn)投資費用少，但釬焊的接頭強(qiáng)度較低，耐熱性差，允許的工作溫度不高，焊前清理要求嚴(yán)格，釬料價格較高。因此釬焊主要用來焊接精密儀表、電氣零部件、異種金屬構(gòu)件以及某些復(fù)雜薄板構(gòu)件(如夾層構(gòu)件和汽車水箱散熱器等)，也用來焊接各類導(dǎo)線及硬質(zhì)合金刀具。

綜上所述，焊接方法主要具有以下優(yōu)點：

(1)方法靈活多樣，能滿足特殊連接要求，工藝簡便，能在較短的時間內(nèi)生產(chǎn)出復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)。在制造大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和零件時，可結(jié)合采用鑄件、鍛件和沖壓件化大為小、以簡拼繁、再逐次裝配焊接而成。許多結(jié)構(gòu)都以鑄-焊、鍛-焊形式組合，簡化了加工工藝，加工快，工時少，生產(chǎn)周期短，如萬噸水壓機(jī)的橫梁和立柱的生產(chǎn)便是如此。另外不同材料焊接在一起能使零件的不同部分或不同位置具有不同的性能，達(dá)到使用要求。如防腐容器的雙金屬筒體焊接、鉆頭工作部分與柄的焊接、水輪機(jī)葉片耐磨表面堆焊等。

(2)適應(yīng)性強(qiáng)，可焊范圍較廣，而且連接性能較好。采用相應(yīng)的焊接方法既能生產(chǎn)微型、大型和復(fù)雜的金屬構(gòu)件，也能生產(chǎn)氣密性好的高溫、高壓設(shè)備和化工設(shè)備；既適應(yīng)單件、小批量生產(chǎn)，也適應(yīng)于大批量生產(chǎn)。采用焊接方法還能連接異類金屬和非金屬，如原子能反應(yīng)堆中金屬與石墨的焊接、硬質(zhì)合金刀片與車刀刀桿的焊接?，F(xiàn)代船體、車輛底盤、各種桁架、鍋爐、容器等都廣泛采用了焊接結(jié)構(gòu)。

(3)節(jié)省材料，減輕質(zhì)量，生產(chǎn)成本低。與鉚接相比，焊接結(jié)構(gòu)可節(jié)省材料10%～25%，并可減少劃線、鉆孔、裝配等工序。另外采用焊接結(jié)構(gòu)能夠按使用要求選用材料，在結(jié)構(gòu)的不同部分按強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫等要求選用不同材料，具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

但是目前焊接技術(shù)還存在一些問題：生產(chǎn)自動化程度較低，結(jié)構(gòu)不可拆，更換修理不方便；焊接接頭組織性能不穩(wěn)定；不同焊接方法的焊接性有較大差別；存在焊接應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊接變形、焊接缺陷等。

3.1.4金屬材料的表面處理技術(shù)

金屬材料或制品的表面受到大氣、水分、日光、鹽霧、霉菌和其他腐蝕性介質(zhì)等的侵蝕作用，使金屬材質(zhì)產(chǎn)品銹蝕，從而引起金屬材料或其制品欠光、變色、粉化和開裂，從而遭到損壞。表面處理及裝飾的功效，一方面是保護(hù)產(chǎn)品，即保護(hù)材質(zhì)表面所具有的光澤、色彩和肌理等而呈現(xiàn)出的外觀美，并延長產(chǎn)品的使用壽命，有效地利用材料資源；另一方面起到美化、裝飾產(chǎn)品的作用，使產(chǎn)品高雅含蓄，表面有更豐富的色彩光澤變化，更有節(jié)奏感和時代特征，從而有利于提高產(chǎn)品的商品價值和競爭力。

金屬材料表面處理和裝飾技術(shù)所涉及的技術(shù)問題和工藝問題十分廣泛，并與多學(xué)科相關(guān)，產(chǎn)品設(shè)計師要了解這些表面處理和裝飾技術(shù)的特點，才能正確合理地運(yùn)用。

1．金屬材料的表面前處理

金屬制品表面的前處理工藝和方法很多，主要包括金屬表面的機(jī)械處理、化學(xué)處理和電化學(xué)處理等。

機(jī)械處理是通過切削、研磨、噴砂等加工清理制品表面的銹蝕及氧化皮等，將表面加工成平滑的或具有凸凹模樣的；化學(xué)處理的作用主要是清理制品表面的油污、銹蝕和氧化皮等；電化學(xué)處理則主要用以強(qiáng)化化學(xué)脫脂和侵蝕的過程，有時也可用于弱侵蝕時活化金屬制品的表面狀態(tài)。

2．金屬材料的表面裝飾技術(shù)

金屬材料表面裝飾技術(shù)是保護(hù)和美化產(chǎn)品外觀的手段，主要分為表面著色工藝和肌理工藝。

1)金屬表面著色工藝

金屬表面著色工藝是采用化學(xué)、電解、物理、機(jī)械、熱處理等方法，使金屬表面形成各種色澤的膜層、鍍層或涂層。

(1)化學(xué)著色：在特定的溶液之中，通過金屬表面與溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面生成帶色的基體金屬化合物膜層的方法。

(2)電解著色：在特定的溶液中，通過電解處理方法，使金屬表面發(fā)生反應(yīng)而生成帶色膜層。電解過程中金屬陽離子滲入金屬材料表面的氧化膜空隙中，并沉積在孔底，從而使氧化膜產(chǎn)生青銅色系、棕色系、灰色系以及紅、青、藍(lán)等色系。

(3)陽極氧化著色：在特定的溶液中，以化學(xué)或電解的方法對金屬進(jìn)行處理，生成能吸附染料的膜層，在染料作用下著色，或使金屬與染料微粒共析形成復(fù)合帶色鍍層(見圖3-39)。

圖3-39采用陽極氧化著色處理的產(chǎn)品

(4)鍍覆著色：采用電鍍、化學(xué)鍍、真空蒸發(fā)沉積鍍和氣相鍍等方法，在金屬表面沉積金屬、金屬氧化物或合金等，形成均勻膜層。這是一種典型的表面被覆處理工藝，能夠保護(hù)和美化制品。如圖3-40所示，吉爾諾水龍頭的表面鍍鉻，可使水龍頭具有精致細(xì)膩如鏡面一般的拋光效果。

圖3-40吉爾諾水龍頭

(5)涂覆著色：采用浸涂、刷涂、噴涂等方法，在金屬表面涂覆有機(jī)涂層。

(6)琺瑯著色：將經(jīng)過粉碎、研磨的琺瑯釉料涂覆在金屬制品表面，經(jīng)干燥、高溫?zé)坪笮纬赡?，從而顯示出某種固有的色澤(見圖3-41)。

(7)熱處理著色：將金屬制件置于氧化氣氛中進(jìn)行加熱，使其表面形成帶色氧化膜。

(8)傳統(tǒng)著色技術(shù)：包括做假繡、汞齊鍍、熱浸鍍錫、鎏金、鎏銀以及生成色斑等。圖3-42所示為19世紀(jì)晚期法國金屬鎏金壁爐鐘。

圖3-41琺瑯著色的蝴蝶胸針圖3-42鎏金壁爐鐘

2)金屬表面肌理工藝

金屬表面肌理工藝是通過鍛打、刻畫、打磨、腐蝕等工藝在金屬表面制作出肌理效果。

(1)表面鍛打：使用不同形狀的錘頭在金屬表面進(jìn)行鍛打，從而形成不同形狀的點狀肌理，層層疊疊，十分具有裝飾性，如圖3-43所示。

圖3-43刀具表面鍛打

(2)表面拋光：利用柔性拋光工具和磨料顆?；蚱渌麙伖饨橘|(zhì)對工件表面進(jìn)行的修飾加工。拋光不能提高工件的尺寸和幾何形狀精度，但可以得到光滑表面或鏡面光澤的表面。圖3-44所示的拋光雕塑位于芝加哥的千禧公園，雕塑采用拋光不銹鋼外表制成，無須任何的花紋修飾即可將周圍的景色映入其中，不同時間、不同角度所看到的外觀效果都不相同。

圖3-44拋光雕塑

(3)表面鑲嵌：在金屬表面刻畫出陰紋，嵌入金銀絲或金銀片等質(zhì)地較軟的金屬材料，打磨平整，呈現(xiàn)纖巧華美的裝飾效果。圖3-45所示為清朝的銅嵌銀絲高足鬲式爐。圖3-45銅嵌銀絲高足鬲式爐

(4)表面蝕刻：使用化學(xué)酸進(jìn)行腐蝕而得到的一種斑駁、滄桑的裝飾效果。具體方法是先在金屬表面涂上一層瀝青，接著按設(shè)計好的紋飾圖案在瀝青面上進(jìn)行刻畫，將需腐蝕部分的金屬露出，然后進(jìn)行腐蝕。腐蝕可以視作品的大小，選擇進(jìn)入化學(xué)酸溶液內(nèi)腐蝕和噴刷溶液腐蝕。一般來說，小型作品選擇浸入式腐蝕。化學(xué)酸具有極強(qiáng)的腐蝕性，在進(jìn)行腐蝕操作時一定要注意安全保護(hù)。圖3-46所示為采用了表面蝕刻工藝的銅板。

圖3-46采用表面蝕刻工藝的銅板

3.2高分子材料的成型

高分子材料也稱為聚合物材料，是以高分子化合物為基體，再配有其他添加劑(助劑)所構(gòu)成的材料。

高分子材料按特性分為塑料、橡膠、纖維、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料等。本書重點介紹塑料和橡膠的成型。

3.2.1塑料概述

隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石油資源的廣泛開發(fā)利用，塑料工業(yè)獲得了迅速發(fā)展，塑料已被廣泛用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑、包裝、國防尖端工業(yè)以及人們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾€領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)方面，塑料被用于制造地膜、育秧薄膜、大棚膜和排灌管道、漁網(wǎng)、養(yǎng)殖浮標(biāo)等；工業(yè)方面，電器和電子工業(yè)廣泛使用塑料制作絕緣材料和封裝材料；

在機(jī)械工業(yè)中，用塑料制成傳動齒輪、軸承、軸瓦及許多零部件來代替金屬產(chǎn)品；在建筑中，使用塑料作門窗、樓梯扶手、地板磚、天花板、隔熱隔音板、壁紙、落水管件及坑管、裝飾板和衛(wèi)生潔具等；包裝領(lǐng)域中，塑料被廣泛用于制造各種中空容器、注塑容器(周轉(zhuǎn)箱、集裝箱、桶等)、包裝薄膜、編織袋、泡沫塑料、捆扎繩和打包帶等；日常生活中，使用塑料制造涼鞋、雨衣、兒童玩具、牙刷、肥皂盒、熱水瓶殼等。

塑料是以天然或合成樹脂為主要成分，適當(dāng)加入填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、色料等添加劑，在一定溫度、壓力下塑制成型的高分子有機(jī)材料。塑料種類繁多，通常按照樹脂的熱性能劃分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料是指在特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的塑料，如ABS、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等；熱固性塑料是指初次可加熱到一定溫度后變軟成型，一旦固化定型后不可再軟化的塑料，如酚醛塑料(PF)、氨基塑料、環(huán)氧塑料(EP)等。

3.3.2塑料制品的成型工藝

塑料制品的成型方法很多，有注射成型、壓縮成型、壓注成型、擠出成型、吹塑成型、發(fā)泡成型、壓延成型、真空和壓縮氣體成型、滾塑成型、搪塑成型等。因其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不同，所選擇的成型方法也不同；成型方法不同，所使用的材料也不同。設(shè)計師應(yīng)全面了解各種方法的特點，以便合理選擇成型技術(shù)。本節(jié)重點介紹注射成型、壓縮成型、壓注成型、擠出成型、吹塑成型五種成型方法。

1．注射成型工藝

注射成型也稱注塑成型，是目前塑料加工中最普遍采用的成型方法之一，幾乎適用于所有的熱塑性塑料(氟塑料除外)和某些流動性好的熱固性塑料，大約60%～70%的塑料制品采用注射成型方法生產(chǎn)。

1)注射成型原理

注射成型是通過注射機(jī)實現(xiàn)的，注射機(jī)有螺桿式和柱塞式兩種類型，其成型原理有所不同。

螺桿式注射機(jī)的注射成型原理如圖3-47所示，將顆粒狀或粉狀塑料從注射機(jī)的料斗1送入加熱料筒5，塑料受到加熱料筒的加熱以及在轉(zhuǎn)動的螺桿4對塑料的剪切摩擦熱作用下而逐漸均勻熔融塑化(見圖3-47(a))，塑料熔體不斷通過螺桿的螺旋槽輸送到加熱料筒前端，在前方堆積的熔體反過來對螺桿產(chǎn)生一定壓力，使螺桿在轉(zhuǎn)動中緩慢地向后移動，直至螺桿碰到預(yù)先調(diào)好的行程開關(guān)，螺桿即停止轉(zhuǎn)動并后退，此時完成模具一次注射量的塑料預(yù)塑和儲料；

緊接著，注射活塞帶動螺桿，以一定的壓力和速度將積存于加熱料筒端部的塑料熔體經(jīng)噴嘴6注入模具7的型腔中(見圖3-47(b))，充滿型腔的熔料需保壓一段時間，以阻止塑料倒流，并向型腔內(nèi)補(bǔ)充因冷卻收縮所需要的塑料，直到熔融塑料冷卻固化成型，獲得模具型腔所賦予的形狀和尺寸；最后開合模機(jī)構(gòu)移動，打開模具實現(xiàn)分型(見圖3-47(c))，推出機(jī)構(gòu)推出塑件，即完成一個注射成型工作循環(huán)。

圖3-47螺桿式注射機(jī)成型原理

柱塞式注射機(jī)的成型原理如圖3-48所示。塑料從料斗加入加熱料筒，在料筒內(nèi)受熱熔融，并經(jīng)柱塞在高壓、高速中推進(jìn)，塑料熔體經(jīng)噴嘴注入模具型腔中，保壓、冷卻、開模、取得塑件，即完成一個工作循環(huán)。

圖3-48柱塞式注射機(jī)成型原理

2)注射成型的特點

(1)優(yōu)點如下：

①成型周期短，生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。比如水杯成型只需1～2s，水桶成型只需20s，即使熔槽這樣的大型產(chǎn)品成型也只需3～4min。

②生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)。注射成型能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑件，成型制品的質(zhì)量可由幾克到幾十千克。

③塑件的尺寸精度容易保證，塑件質(zhì)量穩(wěn)定。

④除了氟塑料以外，幾乎所有的熱塑性塑料都可采用注射成型，一些流動性好的熱固性塑料也可用注射成型。

(2)缺點如下：

①注射設(shè)備昂貴。

②模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造周期長，成本高。

③澆注系統(tǒng)廢料雖可回收利用，但需增加破碎、造粒等輔助設(shè)備，回收成本高。

因此注射成型特別適合大批量生產(chǎn)，不適合單件小批量的塑件生產(chǎn)。注射成型生產(chǎn)的產(chǎn)品很多，比如生產(chǎn)餐盤、密封容器等廚房及餐桌上的用品，吸塵器、洗衣機(jī)等家電零件，注射器、人工透析器等醫(yī)療器材，保險杠、擋泥板等車輛部件，啤酒箱、面包箱、商品容器等流通包裝物品，以及文具、玩具、家具等生活領(lǐng)域的各種產(chǎn)品(見圖3-49)。

圖3-49注射成型產(chǎn)品

2．壓縮成型工藝

1)壓縮成型的原理

壓縮成型又稱模壓成型、壓制成型或壓塑成型，是主要用于熱固性塑料成型的一種成型方法。壓縮成型原理如圖3-50所示，將粉狀、粒狀、纖維狀或碎屑狀熱固性塑料加入模具加料腔中，然后合模加熱使其熔融，并在壓力作用下使塑料流動而充滿模腔，同時塑料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而硬化定型，最后脫模，即得所需塑件。

壓縮成型也可用來成型熱塑性塑料。熱塑性塑料壓縮成型前期過程與熱固性塑料相同，同樣需要加熱模具，使塑料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)，在壓力作用下使塑料充滿型腔，但不存在交聯(lián)硬化反應(yīng)，因此模具必須冷卻，使塑件冷卻定型后才能脫模。由于模具需要交替地加熱和冷卻，所以生產(chǎn)周期長，效率低，只有加工成型較大平面的塑件、光學(xué)性能高的塑件以及一些流動性很差的熱塑性塑料(如聚四氟乙烯)時才采用壓縮成型。

圖3-50壓縮成型原理

2)壓縮成型的特點

(1)優(yōu)點如下：

①可以使用普通壓力機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程控制簡單。

②模具結(jié)構(gòu)比較簡單。由于壓縮模沒有澆注系統(tǒng)和復(fù)雜的頂出裝置，因此結(jié)構(gòu)比較簡單。

③成型過程中壓力損失小，有利于流動性差的塑料成型。

④所得塑件的耐熱性好，溫度使用范圍寬，取向不明顯，產(chǎn)品性能比較均勻，應(yīng)力變形小，收縮率小，外表美觀。

⑤利用壓縮方法還可生產(chǎn)一些流動性很差且難于用注射成型的塑件和面積很大、厚度較小的大型扁平塑件。

(2)缺點如下：

①成型周期長，生產(chǎn)操作多用手工而不易實現(xiàn)自動化，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)環(huán)境差。

②塑件經(jīng)常帶有溢料飛邊，高度方向的尺寸精度不易控制。

③模具直接受到高溫高壓的聯(lián)合作用，易磨損，使用壽命較短。

④由于壓力直接傳給塑料，所以不能成型帶有精細(xì)和易斷嵌件的產(chǎn)品。

壓縮成型可以生產(chǎn)兒童餐具、廚房用具等日用品及開關(guān)、插座等電氣零件，還可生產(chǎn)安全帽、椅子、汽車零件、浴盆、家電產(chǎn)品外殼、零件、齒輪及家具，如圖3-51所示。

圖3-51壓縮成型產(chǎn)品

3．壓注成型工藝

壓注成型也稱為傳遞成型、鑄壓成型，它是在改進(jìn)壓縮模具的缺點和吸收注射模具經(jīng)驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種熱固性塑料的成型工藝，其生產(chǎn)設(shè)備是普通壓力機(jī)。

1)壓注成型的原理

壓注成型的原理如圖3-52所示，模具閉合后，將塑料(最好為經(jīng)過預(yù)熱或預(yù)壓的塑料)加入已加熱到一定溫度的模具加料室中，使其受熱熔融，在柱塞壓力作用下，塑料熔體經(jīng)過模具澆注系統(tǒng)注入并充滿閉合的型腔，塑料在型腔內(nèi)繼續(xù)受熱受壓而固化成型，最后打開模具取出塑件。

圖3-52壓注成型原理

2)壓注成型的特點

與壓縮成型相比，壓注成型具有以下特點。

(1)優(yōu)點：

①可以成型較復(fù)雜的塑件。塑料在進(jìn)入型腔前預(yù)先受熱塑化，在壓力作用下，使塑料熔體注入型腔，因此能成型深孔或形狀復(fù)雜的塑件，也可成型帶有精細(xì)嵌件的塑件，塑件的密度及強(qiáng)度都會有所提高。圖3-53所示為壓注成型產(chǎn)品。

圖3-53壓注成型產(chǎn)品

②塑件質(zhì)量高。由于塑料成型前模具已經(jīng)完全閉合，模具分型面的塑料飛邊很薄，因而塑件精度容易保證，表面粗糙度也小。

③生產(chǎn)效率高。由于塑料在溫度和壓力作用下進(jìn)入型腔前已充分塑化，因而塑料在模具內(nèi)的保壓時間較短，從而縮短了成型周期，提高了生產(chǎn)效率。

④模具的磨損較小。

(2)缺點：

①所用模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，模具制造成本高。

②成型工藝條件要求嚴(yán)格，操作難度大。

③成型塑料浪費較大。壓注成型后，總會有一部分余料留在加料室內(nèi)，還有澆注廢料，使原料消耗增大，且廢料不可回收利用。

④塑件因有澆口痕跡，使修整工作量增大。

⑤壓注塑料有纖維填料時，會在塑件中引起纖維定向分布取向，從而導(dǎo)致塑件性能各向異性。

4．?dāng)D出成型工藝

擠出成型是使用擠出設(shè)備生產(chǎn)具有相同截面形狀而長度任意的塑料制品(如塑料管、棒、板及各種異型材)的成型加工方法。

1)擠出成型的原理

以管材的擠出為例，熱塑性塑料的擠出成型原理如圖3-54所示，將顆粒狀或粉狀的塑料加入擠出機(jī)料筒內(nèi)，塑料受到料筒的加熱和在轉(zhuǎn)動的螺桿對塑料的剪切摩擦熱作用下而逐漸均勻熔融塑化，塑料熔體不斷通過螺桿的螺旋槽輸送到料筒前端，然后在擠出系統(tǒng)的作用下，熔融塑料通過擠出模具(機(jī)頭)上具有一定形狀的口模，冷卻定型后，借助牽引裝置拉出、切割機(jī)構(gòu)切斷，成為具有一定截面形狀的塑料型材。

圖3-54擠出成型原理

2)擠出成型的特點

(1)連續(xù)成型，產(chǎn)量大，生產(chǎn)率高，成本低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(2)擠出工藝所用設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，應(yīng)用廣泛。

(3)塑件的幾何形狀簡單，橫截面形狀不變，因此模具結(jié)構(gòu)比較簡單，制造維修方便，變更機(jī)頭口模，產(chǎn)品的斷面形狀和尺寸相應(yīng)改變，這樣就能生產(chǎn)出不同規(guī)格的各種塑件。

(4)塑件內(nèi)部組織均衡緊密，尺寸比較穩(wěn)定準(zhǔn)確。

(5)適應(yīng)性強(qiáng)，除氟塑料外，所有的熱塑性塑料都可采用擠出成型，部分熱固性塑料也可采用擠出成型。

(6)擠出成型的產(chǎn)品都是連續(xù)的型材，如管、棒、絲、板、薄膜、電線電纜包覆層等，絕大多數(shù)用于建筑材料，如柵欄用材、雨搭、瓦楞板等室外用品，也有水管、地板、窗框、門板、窗簾盒等室外用品，此外也可生產(chǎn)日用產(chǎn)品、車輛零件。圖3-55所示為擠出成型產(chǎn)品。

圖3-55擠出成型產(chǎn)品

5．吹塑成型工藝

用擠出、注射等方法制出管狀型坯，然后將壓縮空氣通入處于熱塑性狀態(tài)的型坯內(nèi)腔中，使其膨脹成為所需形狀的塑料制品。用于吹塑成型的樹脂中，聚乙烯占量最大，此外還有聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、尼龍等材料。吹塑成型所生產(chǎn)的產(chǎn)品，包括塑料薄膜、中空塑料制品(瓶、桶、罐、郵箱、玩具等)，如圖3-56所示。

吹塑成型分為薄膜吹塑成型和中空吹塑成型。

圖3-56吹塑成型產(chǎn)品

1)薄膜吹塑成型

薄膜吹塑成型是由擠出機(jī)配以吹膜輔機(jī)而實現(xiàn)的，其工藝過程如下：熔融物料從擠出機(jī)機(jī)頭環(huán)形縫隙中擠出成圓筒狀的膜管，再從機(jī)頭中心孔鼓入一定量的壓縮空氣使膜管橫向吹脹的同時，借助于牽引輥連續(xù)地縱向牽引，成為縱橫雙向拉伸的薄膜，經(jīng)冷卻風(fēng)環(huán)吹出的空氣冷卻定型；充分冷卻后的膜管，被人字板壓成雙折薄膜，通過牽引輥以恒定的線速度進(jìn)入卷取裝置；

最后經(jīng)切割裝置切斷，成為膜卷。薄膜吹塑工藝根據(jù)擠出方向和膜管牽引方向的不同，將其分為平擠上吹法、平擠下吹法和平擠平吹法三種。平擠上吹法工藝流程圖如圖3-57所示。薄膜吹塑成型主要用于生產(chǎn)厚度在0.01～0.3mm的塑料薄膜，適用于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等塑料。

圖3-57薄膜平擠上吹法工藝流程圖

2)中空吹塑成型

中空吹塑成型是生產(chǎn)中空塑件的方法，由于中空吹塑成型能夠生產(chǎn)薄壁的中空產(chǎn)品，所以產(chǎn)品的材料成本較低，因而大量用于調(diào)味品、洗滌劑等包裝用品的生產(chǎn)。

中空吹塑成型通常有以下幾種工藝：

(1)擠出吹塑成型。擠出吹塑成型是成型中空塑件的最主要方法。擠出吹塑成型的工藝過程如圖3-58所示，首先由擠出機(jī)擠出管狀型坯(見圖3-58(a))；趁熱將型坯引入對開的模具，閉合對開的模具(見圖3-58(b))；向型腔內(nèi)通入壓縮空氣，使其膨脹附著型腔壁而成型(見圖3-58(c))；最后保壓、冷卻、定型、放氣、塑件脫模(見圖3-58(d))。

圖3-58擠出吹塑成型工藝過程

擠出吹塑成型的優(yōu)點是設(shè)備與模具結(jié)構(gòu)簡單，投入少，操作容易，適于多種塑料的中空吹塑成型；缺點是壁厚不易均勻，從而引起塑件壁厚的差異，制件底部強(qiáng)度不高，有邊角料。

(2)注射吹塑成型。注射吹塑成型是用注射成型法先將塑料制成有底型坯，再把型坯移入吹塑模內(nèi)進(jìn)行吹塑成型，如圖3-59所示。

圖3-59注射吹塑成型

注射吹塑適用于生產(chǎn)批量大的小型精致容器，主要用于化妝品、日用品、醫(yī)藥包裝、食品及礦泉水包裝等。注射吹塑的優(yōu)點是制品壁厚均勻，不需要后加工，所得制品無接縫，廢邊廢料少。其缺點是需要注射和吹塑兩套模具，設(shè)備投資大，注塑所得型坯溫度較高，吹脹前需要較長時間的冷卻，成型周期長，型坯內(nèi)應(yīng)力較大，制造形狀復(fù)雜、尺寸較大的制品時，容易出現(xiàn)應(yīng)力開裂現(xiàn)象，因此制品的形狀和尺寸都受到了限制。

(3)拉伸吹塑成型。將擠出或注射制成的型坯加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋M(jìn)行縱向拉伸，同時或稍后用壓縮空氣吹脹進(jìn)行橫向拉伸。拉伸吹塑成型具有壁薄省料且強(qiáng)韌的優(yōu)點，拉伸后制品的透明度、強(qiáng)度、抗?jié)B透性明顯提高。根據(jù)制坯方式，分為注射拉伸吹塑工藝(見圖3-60)和擠出拉伸吹塑工藝。前者主要用于PET瓶(見圖3-61)的生產(chǎn)，后者多用于生產(chǎn)聚丙烯、聚氯乙烯中空制品。

圖3-60注射拉伸吹塑成型工藝過程圖3-61PET瓶

3.2.3塑件表面裝飾處理

塑件的表面裝飾可以隱蔽塑件表面在成型過程中產(chǎn)生的瑕疵點、銀紋等缺陷，同時增加產(chǎn)品外觀的美感，一般塑件表面均需做各種裝飾。表面裝飾大致可分為兩大類，一類是普通著色，包括木紋、大理石紋、金屬質(zhì)感等特種著色以及在成型同時實現(xiàn)的皮紋、金剛石切削加工紋等一次裝飾；另一類是涂飾、印刷、熱燙印及電鍍等在成型后進(jìn)行的二次裝飾。

1．一次裝飾技術(shù)

1)普通著色

塑料產(chǎn)品具有的一個明顯優(yōu)勢是其他材料無法比擬的多色彩著色性能。塑料原料有透明、半透明、不透明三種，而且各自具備固有本色，固有本色會影響著色效果，但除本色深濃的苯酚樹脂外，大多數(shù)塑料還是能著色成所希望的顏色。透明的塑料比半透明、不透明的塑料著色性能好，著色范圍廣。圖3-62所示為采用著色處理的U盤。

圖3-62著色處理的U盤

這種成型時同時實現(xiàn)的著色，除提高塑料產(chǎn)品的外觀外，還具有如下幾種效果：

(1)不會如涂飾那樣可能發(fā)生表面顏色剝離；

(2)具有遮斷紫外線的效果，可防止材料劣化；

(3)著成黑色的產(chǎn)品具有防止靜電的效果；

(4)可以利用顏色產(chǎn)生溫度差(太陽光下)等。

但是普通著色有在陽光下褪色較快的問題，也有白色易變成黃色的弱點，有時也存在由于著色材料不同而引起材料收縮變形等狀況。使用高價著色材料比涂飾成本高這一情況也應(yīng)注意。

2)特種著色

(1)木紋著色。如照明器材的框架、揚(yáng)聲器的格柵及家具、桌上用品等各種需木紋裝飾的產(chǎn)品，可以采用將發(fā)泡聚苯乙烯或ABS樹脂著成木材顏色，通過注塑發(fā)泡成型得到木紋效果。用這種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品有與真木材產(chǎn)品幾乎一樣的感觀。將高濃度的著色母料斷續(xù)加入樹脂顆粒中，通過擠出成型使產(chǎn)品產(chǎn)生木紋的效果，但這種效果會因產(chǎn)品的形狀不同而有差異。

(2)熒光著色。幼兒的玩具、兒童的文具及二次加工用的丙烯樹脂板經(jīng)常采用熒光著色。熒光著色的色澤限于紅、橙黃、黃、黃綠這幾種，與其他顏色混合會損害光吸收性，所以不能混用。宜用熒光著色的樹脂為丙烯樹脂或聚苯乙烯這種透明樹脂。當(dāng)然ABS樹脂也可進(jìn)行熒光著色，但效果不如前者。熒光著色材料價格不貴，但耐熱性、耐氣候性差。

(3)磷光著色。吊頂燈開關(guān)繩端部的系物、壁燈的開關(guān)、手電筒等產(chǎn)品常采用磷光著色。磷光著色材料采用可以儲存光能、在黑暗處也能看見的無機(jī)顏料。淡黃色、綠色、藍(lán)色的磷光效果好，磷光著色材料不能與其他著色材料混用，否則會影響光吸