最全玻璃钢成型工艺

玻璃钢成型工艺

（一）手糊成型工艺

1．手糊成型法原理

手糊成型工艺又称接触成型，是树脂基复合材料生产中最早使用和应用最普遍的一种成型方法。手糊成型工艺是以加有固化剂的树脂混合液为基体，以玻璃纤维及其织物为增强材料，在涂有脱模剂的模具上以手工铺放结合，使二者粘接在一起，制造玻璃钢制品的一种工艺方法。基体树脂通常采用不饱和聚酯树脂或环氧树脂，增强材料通常采用无碱或中碱玻璃纤维及其织物。在手糊成型工艺中，机械设备使用较少，它适于多品种、小批量制品的生产，而且不受制品种类和形状的限制。

2.成型工艺流程图

手糊成型工艺的流程是：先在清理好或经过表面处理的模具成型面上涂抹脱模剂，待充分干燥好后，将加有固化剂（引发剂）、促进剂、颜料糊等助剂并搅拌均匀的胶衣或树脂混和料，涂刷在模具成型面上，随后在其上铺放裁剪好的玻璃布（毡）等增强材料，并注意浸透树脂、排除气泡。重复上述铺层操作，直到达到设计厚度，然后进行固化脱模、后

3.成型设备

手糊成型工艺所用的设备较少，制作模型的设备有木工车床、木工刨床、木工圆锯；脱模一般会用到空气压缩机、吊装设备等。

（二）模压成型法

1．模压成型法原理

热固性模压成型是将一定量的模压料加入预热的模具内，经加热加压固化成型塑料制品的方法。其基本过程是：将一定量经一定预处理的模压料放入预热的模具内，施加较高的压力使模压料填充模腔。在一定的压力和温度下使模压料逐渐固化，然后将制品从模具内取出，再进行必要的辅助加工即得产品。

2.成型工艺流程图

模压成型工艺主要分为压制前的准备和压制两个阶段，其工艺流程见图1. 2 3.成型设备

(1)浸胶机

制备胶布的主要设备是浸胶机，由送布架、热处理炉、浸胶槽、烘干箱和牵引辊等几部分组成。根据热处理炉和烘干箱放臵的位臵，可以分为卧式浸胶机和立式浸胶机两种。

(2)预浸料机组

这一方法所用设备有切割机、捏合机和撕松机。常用的切割机类型有冲床式、砂轮片式、三辊式和单旋转刀辊式。捏合机的作用是将树脂系统与纤维系统充分混合均匀。混合桨一般都采用Z桨式结构。在捏合过程中主要控制捏合时间和树脂系统的粘度这两个主要参数，有时在混料室结构中装有加冷热水的夹套，以实现混合温度的控制。混合时间愈长，纤维强度损失愈大，在有些树脂系统中，过长的捏合时间还会导致明显的热效应产生。混合时间过短，树脂与纤维混合不均匀。树脂粘度控制不当，也影响树脂对纤维的均匀浸润及渗透速度，而且也会对纤维强度带来一定的影响。

撕松机的主要作用是将捏合后的团状物料进行蓬松。撕松机主要由进料辊和一对撕松辊组成，通过撕松辊的反向运动将送入的料团撕松。

(3)片状模塑料机组

一个完整的SMC机组，大体由机架、输送系统、PE薄膜供给装臵、刮刀、玻璃纤维切割器、浸渍和压实装臵、收卷装臵等7个主要部分和玻璃纤维纱架、树脂糊的制备及喂入系统、静电消除器等3个必备辅助系统组成。

(4)压机

压机是模压成型的主要设备。压机的作用是提供成型时所需要的压力以及开模脱出制品时所需的脱模力，现大多采用液压机。

（三）缠绕成型法

1．缠绕成型法原理

纤维缠绕工艺是树脂基复合材料的主要制造工艺之一。是一种在控制张力和预定线型的条件下，应用专门的缠绕设备将连续纤维或布带浸渍树脂胶液后连续、均匀且有规律地缠绕在芯模或内衬上，然后在一定温度环境下使之固化，成为一定形状制品的复合材料成型方法。

2.成型工艺流程图

纤维缠绕成型工艺示意图如图1. 4所示：

3.成型设备

纤维缠绕机是纤维缠绕技术的主要设备，纤维缠绕制品的设计和性能要通过缠绕机来实现。按控制形式缠绕机可分为机械式缠绕机、数字控制缠绕机、微机控制缠绕机及计算机数控缠绕机，这实际上也是缠绕机发展的四个阶段。目前最常用的主要是机械式和计算机数控缠绕机。纤维缠绕机是纤维缠绕工艺的主要设备，通常由机身、传动系统和控制系统等几部分组成。辅助设备包括浸胶装臵、

张力测控系统、纱架、芯模加热器、预浸纱加热器及固化设备等。

（四）拉挤成型工艺

1．拉挤成型原理

拉挤成型工艺是通过牵引装臵的连续牵引，使纱架上的无捻玻璃纤维粗纱、毡材等增强材料经胶液浸渍，通过具有固定截面形状的加热模具后，在模具中固化成型，并实现连续出模的一种自动化生产工艺。

对于固定截面尺寸的玻璃钢制品而言，拉挤工艺具有明显的优越性。首先，由于拉挤工艺是一种自动化连续生产工艺，与其它玻璃钢生产工艺相比，拉挤工艺的生产效率最高；其次，拉挤制品的原材料利用率也是最高的，一般可在95％以上。另外，拉挤制品的成本较低、性能优良、质量稳定、外表美观。由于拉挤工艺具有这些优点，其制品可取代金属、塑料、木材、陶瓷等制品，广泛地应用于化工、石油、建筑、电力、交通、市政工程等领域。

2.成型工艺流程图

增强材料（玻璃纤维无捻粗纱、玻璃纤维连续毡及玻璃纤维表面毡等）在拉挤设备牵引力的作用下，在浸胶槽充分浸渍胶液后，由一系列预成型模板合理导向，得到初步的定型，最后进入被加热了的金属模具，模具高温的作用下反应固化，从而可以得到连续的、表面光洁、尺寸稳定、强度极高的玻璃钢型材。

3．成型设备

实现拉挤工艺的设备主要是拉挤机，拉挤机大体可分为卧式和立式两类。一般情况下，卧式拉挤机结构比较简单，操作方便，对生产车间结构没有特殊的要求。而且卧式拉挤机可以采用各种固化成型方法（如热模法、高频加热固化等），因此它在拉挤工业中应用较多。立式拉挤机的各工序沿垂直方向布臵，主要用于制造空心型材，这是由于在生产空心型材时芯模只能一端支承，另一端为自由无支承端，因此立式拉挤机不会因为芯模悬臂下垂而造成拉挤制品壁厚不均匀；这种拉挤机由于局限性较大，生产的产品单一，己经不再使用。无论是卧式还是立式拉挤机，它们都主要由送纱装臵、浸渍装臵、成型模具与固化装臵、牵引装臵、切割装臵等五部分组成，它们对应的工艺过程分别是排纱、浸渍、入模与固化、牵引、切割。

FRP 模具制作工艺是以液态的环氧树脂与有机或无机材料混合作为基体材料,并以原型为基准,手工逐层糊制模具的一种制模方法。手糊成型FRP 模具的具体工艺过程如下:

(1) 分型面的设计

分型面设计是否合理,对工艺操作难易程度、模具的糊制和制件质量都有很大的影响。一般情况下,根据原型特征,在确保原型能顺利脱模及模具上、下两部分安装精度的前提下,分型面的位臵及形状应尽可能简单。因此,要正确合理地选择分型面和浇口的位臵,严禁出现倒拔模斜度,以免无法脱模。沿分型面用光滑木板固定原型,以便进行上下模的分开糊制。在原型和分型面上涂刷脱模剂时,一定要涂均匀、周到,须涂刷2～3 遍,待前一遍涂刷的脱模剂干燥后,方可进行下一遍涂刷。

(2) 涂刷胶衣层

待脱模剂完全干燥后,将模具专用胶衣用毛刷分两次涂刷,涂刷要均匀,待第

一层初凝后再涂刷第二层。胶衣为黑色,胶衣层总厚度应控制在016mm 左右。在这里要注意胶衣不能涂太厚,以防止表面裂纹和起皱。

(3) 树脂胶液配制

根据常温树脂的粘度,可对其进行适当的预热。然后以100 份WSP6101 型环氧树脂和8～10 份(质量比) 丙酮(或环氧丙烷丁基醚) 混合于干净的容器中,

搅拌均匀后,再加入20 份～25 份的固化剂(固化剂的加入量应根据现场温度适当增减) ,迅速搅拌,进行真空脱泡1min～3min ,以除去树脂胶液中的气泡,即可使用。

(4) 玻璃纤维逐层糊制

待胶衣初凝,手感软而不粘时,将调配好的环氧树脂胶液涂刷到胶凝的胶衣上,随即铺一层短切毡,用毛刷将布层压实,使含胶量均匀,排出气泡。有些情况下,需要用尖状物,将气泡挑开。第二层短切毡的铺设必须在第一层树脂胶液凝结后进行。其后可采用一布一毡的形式进行逐层糊制,每次糊制2～3 层后,要待树脂固化放热高峰过了之后(即树脂胶液较粘稠时,在20 ℃一般60min 左右) ,方可进行下一层的糊制,直到所需厚度。糊制时玻璃纤维布必须铺覆平整,玻璃布之间的接缝应互相错开,尽量不要在棱角处搭接。要严格控制每层树脂胶液的用量,要既能充分浸润纤维,又不能过多。含胶量高,气泡不易排除,而且固化放热大,收缩率大。含胶量低,容易分层。第一片模具固化后,切除多余飞边,清理模具及另一半原型表面上的杂物,即可打脱模剂,制作胶衣层,放臵注射孔与排气孔,进行第二片模具的糊制。待第二片模具固化后,切除多余的飞边。为保证模具有足够的强度,避免模具变形。可适当地粘结一些支撑件、紧固件、定位销等以完善模具结构。

(5) 脱模修整

在常温(20 ℃左右) 下糊制好的模具,一般48h 基本固化定型,即能脱模。在脱模时,严禁用硬物敲打模具,尽可能使用压缩空气断续吹气,以使模具和母模逐渐分离。脱模后视模具的使用要求,可在模具上做些钻孔等机械加工,尤其是在浇注或注塑时材料不易充满的死角处,在无预留气孔的情况下,一定要钻些气孔。然后进行模具后处理,一般用400 # ～1200 # 水砂纸依次打磨模具表面,使用抛光机对模具进行表面抛光。所有的工序完成之后模具即可交付使用。

需要注意的几点，一，母模要光滑，第二，脱模剂要均匀，第三，做第一层的时候不能有气泡，第四，要仔细打磨，当然中间还有很多细节的东西，不可能一一列举

玻璃钢层压成型工艺

层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后，放入两个抛光的金属模具之间，加温加压成型复合材料制品的生产工艺。它是复合材料成型

工艺中发展较早、也较成熟的一种成型方法。该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。现在，印刷电路板材已广泛应用于各类收音机、电视机、电话机和移动电话机、电脑产品、各类控制电路等所有需要平面集成电路的产品中。

层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材，具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点，但一次性投资较大，适用于批量生产，并且只能生产板材，且规格受到设备的限制。

层压工艺过程大致包括：预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序

一种新型FRP制品能够解决传统层压板或湿法手糊系统无法解决的许多结构修复和翻新工程方面的问题。QuakeWrap公司总裁Mo Ehsani教授讨论了这种“超级层压板”的优势。

20世纪80年代晚期，亚利桑那大学的研究者们首次开始纤维增强复合材料（FRP）层压板外部粘结加固的研究，并发表了第一篇论文。1989年Loma Prieta地震中，许多桥梁倒塌以后，加州交通部开始寻求桥墩的加固方案。于是，该研究小组第一次将他们的研究成果付诸实践，即用FRP从外面包裹住这些桥墩。当初被许多人怀疑的这种不同寻常的方法，自那时起逐渐成为世界范围内用于结构修复和翻新的主流技术。

针对FRP制品的全球性研究风潮和开发行动，引发了大量国际性研讨会的召开，以及美国土木工程学会（ASCE）《复合材料建筑》（Journal of Composites for Construction）杂志在1997年的创刊。FRP制品的高拉伸强度、轻量、耐久性和多功能性使其成为许多翻新工程的首选材料。

全世界有大量的建筑、桥梁、管道采用FRP制品进行过修复。随着设计规范的发表，FRP不再是一种实验性产品，而是受到良好认可的建筑材料。目前采用的FRP 制品形式可以分为两类：

◆织物

◆预固化制品

织物在该领域内具有最广泛的用途，主要采用湿法手糊工艺安装。该方法需要由受过专门培训的技术人员准备好树脂，然后用树脂浸渍织物，最后再将其铺放到结构部件上。织物在固化前必须认真去除其中的所有气泡。因此，手糊FRP制品的最终强度主要取决于安装质量。

预固化制品是在工厂内制成的，质量可控且稳定。较高的纤维/树脂比也为这些制品提供了高于手糊制品的强度和硬度。预固化制品有加强筋和单向层压带两种类型。后者宽度通常在75-100毫米（3-4英寸）之间，厚度大约为1.3毫米（0.05英寸）（图1）。在建筑修复领域，通常使用环氧胶将层压带粘结在结构部件的外表面上。

图1 . 从左至右：碳纤维和玻纤超级层压板；碳纤维层压带

虽然层压带相对于手糊制品具有安装简便、强度高的优点，但其应用相对来说还是有限的，原因有两个：

◆带有单向增强材料的层压带只适用于梁和平板的弹性增强，以及某些梁的剪切增强；

◆层压带的硬度不允许它们卷成直径小于750毫米（30英寸）的卷。（后面将谈到，这是其无法涉足某些应用的主要限制。）

目前用于生产层压带的设备和技术不适合制造大型层压板。因此，解决层压带的上述缺陷很有必要。

超级层压板

20年来，建筑工程师一直在湿法手糊工艺中采用织物或直接使用层压带。这些材料本身就存在局限，从而限制了结构工程师为某些应用提出经济高效的解决方案。

“超级层压板”是新一代的FRP制品，由作者开发的这一材料克服了层压带的上述缺陷。下文将会讲到，这些制品解决了多年来困扰工程师和建筑专家的问题。某些情况下，没有超级层压板就不可能有解决方案。

超级层压板采用专门的设备制成。宽达1.5米（60英寸）的碳纤维板或玻纤织物由树脂浸渍后，通过一个压床时，在均匀的热量和压力下，形成层压板。超级层压板（图1）相对于传统层压材料具有三大优势。首先，单向或双轴向织物使层压板同时具有横向和纵向的强度，这一巨大优势使其进入许多新的应用领域。第二，它们比传统层压带薄得多，基本厚度为0.66毫米（0.025英寸），可以很容易卷成直径为300毫米（12英寸）甚至更小的卷。最后，铺层的数量和模式可以调节，从而生产出完全定制的产品，节约大量的制造时间和成本（图2）。

图2. 一片超级层压板中可以结合多层织物

图1显示了一卷3英尺（90厘米）宽的碳纤维超级层压板和一卷4英尺（120

厘米）宽的玻纤超级层压板，最右边是传统的3英寸（7.6厘米）宽的碳纤维层

压带。超级层压板的弹性很好，可以卷成很小的直径，大型碳纤维板的一角很容易折叠起来。超级层压板可以使FRP制品在建筑工程领域的认可度获得巨大提升。某些建筑方面的难题只有超级层压板可以解决。

管道的增强

ASCE于2009发布的关于美国基础设施的报告指出，管道的泄漏每天导致大约70亿加仑（260亿升）的清洁饮用水白白流失。此外，输水管网和石油、化工、电力行业的许多管道都出现了老化，需要修复或增强。

这些管道通常承受着一定的压力，钢筋混凝土中增强材料的老化或厚度的减小，使得管道对内部环向应力的抵抗强度下降。如果不加留意，发生故障的后果是非常严重的，可能会使整个地区被水淹没，或者导致工厂的紧急停机。

过去的管道增强方法是在管道内表面铺设一层或多层碳纤维织物。这些织物可以在环向和纵向为管道提供足够的强度。但是，湿法手糊工艺速度缓慢，工期长，这是该方法的主要缺陷，特别是在管道比较长的情况下。

超级层压板相对于湿法手糊系统具有几大优势。首先，产品的机械性能可以在安装到管道内之前进行独立测试，以便剔除有瑕疵的产品。这一点手糊方法是做不到的。在后面介绍的案例中，样品先在安装现场制备好，几天后才进行测试。如果有质量问题，就会浪费大量的时间和金钱。超级层压板在生产工厂内就进行质量控制，能够为工地直接供应成品。

第二，超级层压板大大缩短了施工时间，因为最耗时的工作（即织物的浸渍和气泡的消除）是在制造工厂内完成的，而不是在管道内。QuakeWrap公司销售的层压板商标为PipeMedictm，可以根据每个工程的需要提前生产，通过人工检修口臵入管道内。层压板的弹性很好，可以卷成小卷穿过直径为600毫米（24英寸）的人工检修口。进入管道后，卷就会自动打开，超级层压板的弹性效应使其紧贴管道内壁——就像一个受压的弹簧。没有气泡需要去除。安装现场也不需要大型树脂设备。

第三，一种层压板中可以采用多层织物，进一步缩短施工时间。例如，为防止钢质管道发生电偶腐蚀而进行的加固，通常需要在管道内壁先铺设一层玻纤织物，

然后再铺设碳纤织物。这种防护层可以在生产过程中直接臵入超级层压板中，从而避免在现场铺设两层织物的麻烦，只需要一层超级层压板即可。在其他应用中，可能需要不止一层碳纤维织物进行加固，同样，多层的织物也可以结合到一片层压板中。

以上方法为极大地提高了管道翻新的效率，通常可以节约80%以上的施工时间。修复时间的显著缩短，使大型翻新工程得以实施。例如，水务部门不可能承受传统湿法手糊修复所需要的长时间的停机。

安装时，首先在超级层压板的反面涂覆一层环氧树脂胶，然后将其粘贴到管道内壁（图3）。由于超级层压板是预固化的，因此省略了除泡过程。在不同直径的管道内，卷起的超级层压板可以很容易地紧贴在管壁上。超级层压板可以一环一环地沿着管道铺设，环的宽度最宽达1.5米（60英寸）。环的连续性依靠环向和纵向上充分的重合长度来实现。因此，管道内会很快形成一个在环向和纵向都具有足够强度的压力容器。这是窄的单向层压带迄今都无法实现的。

图3. 成卷的层压板可以放入管道内，并粘贴在管壁上

如果管道直径较小，人无法进入，可以采用“打包”方法来进行修复。将超级层压板切割成合适的长度，涂上环氧树脂胶，包覆在一个圆柱形的结构（其外侧带有一个密封的气囊）上，然后用绳子系住。整个组合放入管道内后，借助闭路摄像机，将其拉到所需的位臵。此时，气囊就会膨胀，使超级层压板粘附到管壁上。

几分钟后，待气囊内的气体泄出，即可将圆柱结构移出管道。

超级层压板对于管道直径的适用性，即“一种尺寸行天下”，为承包商节约了大量的时间和成本。目前市场上销售的大多数以内衬形式修复或加固管道的产品，具有统一的直径，不能用于不同尺寸的管道内。

混凝土方柱的修复

在方形柱体外侧包裹FRP（甚至钢材）护套效果并不好。因为柱角可以很好地封闭起来，但侧面的密封效果相对而言并不好。因此，主要的问题就是如何在方形柱子周围制造一个圆柱形的FRP护套。

当然，可以使用一个临时的框架在方柱周围浇筑混凝土使其变成圆柱，移走框架后，再用FRP包裹住圆柱。但是这种方法非常耗时，成本又高。

如图4所示，超级层压板使这一难题迎刃而解。为便于操作，可以选用较窄的超级层压板（例如600毫米宽）从柱子底部开始形成护套。

图4. 混凝土方柱上包裹一层连续的超级层压板，

形成一个圆柱结构的护套。

重叠相接部分通常是超级层压板宽度的一半，在本案例中也就是300毫米（12英尺）。在护套背面涂上一层环氧树脂胶，将其一圈圈卷至柱子顶端。为防止顶端在弹性效应下散开，可以用一根浸润过树脂的纤维带在护套顶端缠绕几圈。

这样形成的坚固无缝的结构护套在横向和纵向上都具有一定的强度和硬度。超级层压板中的纵向纤维为柱子的侧面（环向）提供保护；沿柱子轴向排列的横向纤维有300毫米的重叠长度，为柱子提供连续的增强。螺旋升角导致的性能的轻微下降可以通过简单的几何学计算出来。护套和柱体之间的环形间隙可以用树脂或水泥灰浆填充起来，如有需要，可以施加压力，以进一步加固柱体。

实际上，这种方法也可用于腐蚀老化圆柱的加固。现在，腐蚀的钢柱一旦修复，就要浇筑一层混凝土使其恢复原来的圆柱形状，然后再使用FRP织物进行包覆。超级层压板可以省略这一步骤，因为它可以直接包覆在表面不平整的柱体外侧，形成一层光滑的圆柱形外壳。外壳与圆柱之间的空隙可以注入树脂或填充灰浆。

钢柱的修复

在腐蚀性工业环境中（例如采矿），钢柱会由于腐蚀导致性能损失，令人担忧。即使在未发生腐蚀时，弯曲载荷往往也限制了钢柱的性能。据说，超级层压板出现之前，还没有使用FRP对其进行加固的先例。

与混凝土柱体的加固方法相同，钢柱也可以采用连续护套来进行加固，环形空隙用灰浆来填充（图5）。这样形成的复合材料（混凝土+钢）柱体具有较大的承载能力，而且抗压性能和弯曲载荷都有提升。

图5. 钢柱包裹在由超级层压板制成的圆柱形无缝结构护套内

水下桩的修复

世界各地有各种桥梁、码头和海上平台都是由桩支撑的。这些桩的浪溅带要经受干湿循环腐蚀，很快就会发生老化。过去人们开发了许多商业化的修复系统。这些系统大多包括两个半壳，通常采用玻纤增强材料制成，并定制成一定的尺寸。这些护套是预先制造的，由大型货箱运到工地现场。在现场，护套放臵在桩的周围后，用钢质螺栓或钢带固定在一起。最后，环形空隙之间用灰浆填充，外壳或者移走，或者留在原地。

这些系统有三大缺陷。第一，需要提前制定安装日程，并定制符合特定桩尺寸的护套。第二，潜水员需要大量的时间来协助水下的安装工作。第三，护套上存在纵向接缝，灰浆不能在这样的薄弱面施压。如果后者导致结构上的缺陷，那么就会增加前两项工作的施工成本。

与上述柱体加固的方法相似，“无缝”护套可以在现场制造（图6）。QuakeWrap 公司提供的这种产品商标为PileMedictm。一卷超级层压板就可为各种尺寸和形状的桩制成圆柱形的护套。如果现场条件允许，可以先从水上部分（桩的干燥位臵）开始制造护套。转完几圈之后形成的一部分护套可以慢慢放入水下，同时工人可以继续制造水位之上剩余部分的护套。涂覆在护套上的耐潮湿环氧胶可以在水中固化。这大大简化了水下桩的护套制造过程。

图6. 由上至下：在钢管周围用超级层压板制成一个连续的PileMedictm护套；

环形间隙用水泥灰浆填充；修复后的桩。

护套制造完成后，护套和桩之间的环形间隙从上下两端密封，可采用类似自行车轮胎的橡胶袋。环形间隙下端的密封是最难的，可能需要潜水员的协助。然后，在环形间隙内填充灰浆或树脂，如有需要，还要施加压力，保证其充满老化桩的所有孔隙和裂缝。压力还会使桩的环向加固，从而提高其轴向载荷能力。

独特的解决方案

在FRP用于结构修复和加固的20年之后，作者开发了这种超级层压板FRP制品。这种产品是一项重大的技术进步，解决了许多修复和翻新工程中传统层压板和湿法手糊系统不能解决的难题。由于篇幅限制，本文只介绍了一部分应用案例，某些情况下，这些解决方案提供了以前不可能实现的解决方案。希望这一技术继续发展，FRP制品在建筑工程中的应用越来越广泛

材料成型工艺

材料成型工艺 （Material Molding Process） 课程代码：（07310060） 学分：6 学时：90（其中：讲课学时78：实验学时：12） 先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础 适用专业与培养计划：材料成型及控制工程专业2012年修订版培养计划 教材：《金属材料液态成型工艺》、贾志宏主编、化学工业出版社、第一版； 《金属材料焊接工艺》、雷玉成主编、化学工业出版社、第一版； 《冲压工艺与模具设计》、姜奎华主编、机械工业出版社、第一版开课学院：材料科学与工程学院 课程网站：（选填） 一、课程性质与教学目标 （一）课程性质与任务（需说明课程对人才培养方面的贡献） 《材料成型工艺》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一。该课程主要任务是学习液态成型、塑性成型及焊接成型的工艺原理、方法、特点、质量影响因素及其规律、质量控制、适用范围等。学习过程中侧重于实际经验、工程技术及其理论知识的综合应用。通过系统学习，在掌握成型工艺过程基本规律及其物理本质的基础上，学生能够根据不同的零件需求，灵活选择和全面分析成型工艺、完成合理的工艺设计；同时，针对成型过程中出现的质量问题进行科学分析，找到解决措施，消除和减少工件质量缺陷； 本课程以数学、物理、化学、物理化学、力学、金属学与热处理、材料成型原理等作为理论基础，主要应用物理冶金、化学冶金、成形力学理论，系统阐述金属材料成型工艺过程的相关现象及其影响因素、规律、形成机制；同时，还汇总了大量的工程技术经验和实用技术。 通过本课程的学习，可以为材料成型工艺课程设计、金属综合性实验、毕业设计等后续课程学习奠定必要的基础知识。 （二）课程目标（需包括知识、能力与素质方面的内容，可以分项写，也可以合并写） 1. 掌握铸造成型、冲压成型和焊接成型工艺过程所涉及的主要物理原理； 2. 掌握各种成型方法的工艺特点及应用范围，能够根据实际产品需要选择高效、优质低成本的成型工艺方法；

材料成型原理题库

陶瓷大学材料成型原理题库 热传导：在连续介质内部或相互接触的物体之间不发生相对位移而仅依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动来传递热量。热对流：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程 热辐射：是物质由于本身温度的原因激发产生电磁波而被另一低温物体吸收后,又重新全部或部分地转变为热能的过程。 均质形核：晶核在一个体系内均匀地分布 凝固：物质由液相转变为固相的过程 过冷度：所谓过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值 成分过冷：这种由固-液界面前方溶质再分配引起的过冷，称为成分过冷 偏析：合金在凝固过程中发生化学成分不均匀现象 残余应力：是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力 定向凝固原则：定向凝固原则是采取各种措施，保证铸件结构上各部分按距离冒口的距离由远及近，朝冒口方向凝固，冒口本身最后凝固。 屈服准则：是塑性力学基本方程之一，是判断材料从弹性进入塑性状态的判据 简单加载;在加载过程中各个应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变 滑移线：塑性变形金属表面所呈现的由滑移所形成的条纹 本构关系;应力与应变之间的关系 弥散强化：指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段 最小阻力定律：塑性变形体内有可能沿不同方向流动的质点只选择阻力最小方向流动的规律 边界摩擦：单分子膜润滑状态下的摩擦 变质处理：在液态金属中添加少量的物质，以改善晶粒形核绿的工艺 孕育处理;抑制柱状晶生长，达到细化晶粒，改善宏观组织的工艺 真实应力：单向拉伸或压缩时作用在试样瞬时横截面上是实际应力 热塑性变形:金属再结晶温度以上的变形 塑性：指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性的能力 塑性加工：使金属在外力作用下产生塑性变形并获得所需形状的一种加工工艺 相变应力：金属在凝固后冷却过程中产生相变而带来的0应力 变形抗力：反应材料抵抗变形的能力 超塑性: 材料在一定内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变应力，异常高的流变性能的现象

快速成型

快速成型 快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。 目录 快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）； 英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，简称RPM。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。

它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此，RP 技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的"去除法"到今天的"增长法"，由有模制造到无模制造，这就是RP技术对制造业产生的革命性意义。 具体是如何成形出来的呢？ 形象地比喻：快速成形系统相当于一台"立体打印机"。 它可以在没有任何刀具、模具及工装卡具的情况下，快速直接地实现零件的单件生产。根据零件的复杂程度，这个过程一般需要1～7天的时间。换句话说，RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术。 RP系统的基本工作原理 RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。 每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。RP技术的基本原理

玻璃钢工艺流程

（一）玻璃钢模具手糊成型工艺流程： 玻璃钢模具手糊成型工艺是先在模型上涂一层脱模剂，然后将配好的树脂混合料用刮刀或刷子涂刷到模型上，再在其上铺陈裁好的玻璃布或其它增强材料，用刮刀或毛刷迫使树脂浸入玻璃布，排出气泡，待树脂浸透增强材料后，再铺放第2层增强材料，如此反复涂刷树脂和铺放增强材料，直至达到所需要的设计层数，然后进行固化、脱模和修整。（玻璃钢手糊成型工艺流程图见表一）（二）玻璃钢模具原材料的选择： 玻璃钢手糊成型模具的原材料主要是树脂、增强材料和辅助材料等。合理地选择原材料是保证产品质量，降低成本的重要环节。选择原材料时，必须满足以下条件： ⑴满足产品设计的性能要求； ⑵适应手糊成型工艺的特点； ⑶价格便宜，货源充分。 目前我司采购的原材料主要有：树脂、增强纤维（玻纤布、表面毡）、胶衣、固化剂、促进剂、脱模剂、色料、增韧剂、填料（石英粉、金刚石粉、铸石粉、石棉粉）等。 1.树脂的选择： 选择手糊成型用的树脂品种十分重要，它直接关系到产品质量和生产工艺。因此，必须根据产品性能、使用条件及工艺要求确定树脂的品种。 ⑴从产品性能考虑，要注意： ①树脂固化收缩问题：应选用低收缩树脂。 ②断裂延伸率：应选用延伸性好的树脂，提高玻璃钢开裂时的强度。 ⑵从工艺角度考虑，树脂应满足： ①良好的浸润性。树脂对纤维的浸润是保证玻璃钢质量的一个重要因素，也是手糊工艺的先决条件。如浸润不好，不仅使玻璃钢制品成型困难，也会使树脂——纤维间出现气泡； ②适当的粘度。手糊成型时的树脂粘度过低，会出现流胶现象，粘度过大，又会使成型浸润困难； ③能在室温或低温下凝胶、固化，并要求固化时无低分子物产生； ④无毒或低毒； ⑤价格便宜，货源充足。 目前手糊成型工艺中最常用的树脂为不饱和聚酯树脂和环氧树脂，而酚醛树脂很少单独使用。 2.增强材料的选择： 纤维品种一般要根据使用条件和工艺设计来进行选择。 ⑴从使用条件考虑，要考虑制品的使用温度、强度、韧性、比重、绝缘性等因素。 ⑵从工艺角度考虑，要求其具有以下特性： ①易浸润性：容易被树脂浸透； ②铺覆变形性：在糊制形状复杂的产品时，要求玻璃纤维制品能适应模具形状的变化，有一定的变形性能。

几种常见快速成型工艺的比较

几种快速成型方式的比较 几种常见快速成型工艺的比较 在快速领域里一直站主导地位快速成型工艺主要包括：FDM, SLA, SLS, LOM等工艺，而这几种工艺又各有千秋，下面我们在主 要看一下这几种工艺的优缺点比较： FDM(fused deposition Modeling)丝状材料选择性熔覆快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料、聚碳酸酯）加热熔化进而堆积成型方法，简称丝状材料选择性熔覆. 原理如下：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层画出截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。 这种工艺方法同样有多种材料可供选用，如工程塑料;聚碳酸酯、工程塑料PPSF: 以及ABS 与PC的混合料等。这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，并可安全地用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。专门开发的针对医用的材料ABS-i: 因为其具有良好的化学稳定性，可采用伽码射线及其他医用方式消毒，特别适合于医用。 FDM快速原型技术的优点是： 制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的污染；1次成型、易于操作且不产生垃圾；独有的水溶性支撑技术，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建瓶状或中空零件以及一次成型的装配结构件； 原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。 可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料以及医用ABS等 快速原型技术的缺点是：成型精度相对国外先进的SLA工艺较低，最高精度、成型表面光洁度不如国外 SLA：成型速度相对较慢光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography)原理的一种工艺的简称，是最早出现的一种快速成型技术。在树脂槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片。然后，工作台下降一层

玻璃钢储罐生产工艺

玻璃钢储罐生产工艺 玻璃钢储罐成型工艺为喷射缠绕成型，在我国储罐生产过程中为先进的玻璃钢成型工艺，“喷衬工艺”可以理解为用喷枪喷射技术使玻璃钢缠绕容器的内衬成型的工艺。“衬”就是玻璃钢缠绕容器的内衬，从结构上又分为内衬层和过渡层，主要起到防腐防渗的作用。玻璃钢容器结构由防腐防渗内衬层、增强结构层、外表抗老化层组成。确保既有良好的耐介质腐蚀性，又具有足够的物理机械性能满足盛装要求。采用玻璃纤维高张力、多层次、多角度、包封头缠绕，满足有机、无机溶剂及具有化学、电化学腐蚀性介质的储存、中转和生产需要，满足非电解质流体的中转、输送、消除静电的需要，满足抗各式支承剪切及掩埋与荷载的力学要求。设计灵活性大、容器壁结构性能优异。纤维缠绕玻璃钢可以通过改变树脂体系或增强材料来调整贮罐、塔器等的物理化学性能，以适应不同介质和工作条件的需要。通过结构层厚度、缠绕角和壁厚结构的设计来调整罐体的承载能力，适应不同压力等级、容积大小，以及某些特殊性能的玻璃钢贮罐、塔器的需要，是各向同性的金属材料无法与其相比的。耐腐蚀、防渗漏、耐候性好。玻璃钢具有特殊的耐腐蚀性能，在贮存腐蚀性介质时，玻璃钢显示出其他材料所无法比拟的优越性，可以耐多种酸、碱、盐和有机溶剂，由此可见玻璃钢的应用十分普遍，但是玻璃钢产品的质量却是取决于原材料、施工工艺等几方面因素。玻璃钢喷衬工艺作为一种国内新兴的机械化生产工艺是存在很大的优点的。

喷射成型的优点： 1、生产效率比手糊的高4-8倍。 2、产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗 腐蚀、耐渗漏性好。 3、可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗。 4、产品尺寸、形状不受限制。 5、喷射机能使催化剂和树脂于喷射前在液压下在喷管内混合均 匀，故喷射时无压缩空气漏出，喷射时空气污染少。 生产准备： 一、材料准备：原材料主要是树脂和无捻玻纤纱。 二、模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。 三、喷射成型设备：喷射成型机分压力罐式、泵供式和综合式三种： 1、泵式供胶喷射成型机，是将树脂引发剂和促进剂分别由泵输送到 静态混合器中，充分混合后再由喷枪喷出，称为枪内混合型。其组成部分为气动控制系统、树脂泵、助剂泵、混合器、喷枪、纤维切割喷射器等。树脂泵和助剂泵由摇臂刚性连接，调节助剂泵在摇臂上的位置，可保证配料比例。在空压机作用下，树脂和助剂在混合器内均匀混合，经喷枪形成雾滴，与切断的纤维连续地喷射到模具表面。这种喷射机只有一个胶液喷枪，结构简单，重量轻，引发剂浪费少，但因系内混合，使完后要立即清洗，以防止喷射堵塞。

材料成型原理-7 凝固金属的组织结构

液态金属成型原理
0、概论 1、液态金属的结构和性质 2、凝固的热力学基础 3、界面 4、凝固的结晶学基础 5、凝固的传热基础 6、凝固过程的流体流动 7、凝固金属的组织结构 8、凝固过程的缺陷和对策
第七章 凝固金属的组织结构

第七章 凝固金属的组织结构
? 第一节 凝固金属的组织结构 第二节 偏析（Segregation） 第三节 金属凝固组织形态控制
第七章 凝固金属的组织结构
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一、凝固铸态组织的含义
z 铸态组织，即铸件的晶粒组 织，包括晶粒的形状、尺寸 和取向。广义讲，还包括合 金元素的分布（偏析）和凝 固过程形成的缺陷。
第七章 凝固金属的组织结构
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二、晶粒组织（Grain Structure）
? 典型铸态组织：表面细晶粒、柱状晶粒、等轴晶粒
z激冷晶区的晶粒细小;
内部等轴晶区 表层急冷晶区
z柱状晶区的晶粒垂直 于型壁排列，且平行 于热流方向.
z内部等轴晶区的晶粒 较为粗大;
中间柱状晶区
第七章 凝固金属的组织结构
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几种不同类型的铸件宏观组织示意图
（a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴晶
第七章 凝固金属的组织结构
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三、铸态组织形成原因
? 1. 表面细晶粒
z 型壁激冷，大量生核； z 三维散热，生长迅速，
相互抑制； z 生长无方向性。
第七章 凝固金属的组织结构
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常用快速成型基本方法简介

1前言 快速成型(Rapid Prototyping)是上世纪80年代末及90 年代初发展起来的高新制造技术，是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。它集成了CA D技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。 与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。 2 快速成型的基本原理 快速成型技术采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。再将数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并使之粘结而成形。实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理一层一层地离散叠加，从底至顶完成零件的制作过程。快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。

快速成型的基本原理图 快速成型的工艺过程原理如下: (1)三维模型的构造:在三维CAD设计软件中获得描述该零件的CAD文件。一般快速成型支持的文件输出格式为STL模型，即对实体曲面做近似的所谓面型化(Tessellation)处理，是用平面三角形面片近似模型表面。以简化CAD模型的数据格式。便于后续的分层处理。由于它在数据处理上较简单，而且与CAD系统无关，所以很快发展为快速成型制造领域中CAD系统与快速成型机之间数据交换的标准，每个三角面片用四个数据项表示。即三个顶点坐标和一个法向矢量，整个CAD模型就是这样一个矢量的集合。在一般的软件系统中可以通过调整输出精度控制参数，减小曲面近似处理误差。如Pre/1E软件是通过选定弦高值(ch-chordheight)作为逼近的精度参数。 (2)三维模型的离散处理:在选定了制作(堆积)方向后，通过专用的分层程序将三维实体模型(一般为STL模型)进行一维离散，即沿制作方向分层切片处理，获取每一薄层片截面轮廓及实体信息。分层的厚度就是成型时堆积的单层厚度。由于分层破坏了切片方向CAD模型表面的连续性，不可避免地丢失了模型的一些信息，导致零件尺寸及形状误差的产生。切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的型面精度，每一层面的轮廓信息都是由一系列交点顺序连成的折线段构成。所以，分层后所得到的模型轮廓已经是近似的，层与层之间的轮廓信息已经丢失，层厚越大丢失的信息越多，导致在成型过程中产生了型面误差。

玻璃钢基本生产工艺

玻璃钢基本生产工艺 一：概述： 玻璃纤维增强热固性塑料俗称玻璃钢，它主要有增强材料即玻璃纤维和基体树脂组成，由于我国现在玻璃钢工业发展较快，所以在玻璃纤维和树脂研发方面都取得较大发展，在普通型玻璃钢原材料工业生产方面，我国玻璃纤维和树脂产量世界最大，但在特种玻璃纤维和高性能树脂方面，我国与国际上水平还有较大的差距。本讲内容重点介绍我国玻璃纤维和树脂的种类、性能、玻璃钢成型工艺、以及做玻璃钢球阀的生产工艺等。 二：原材料介绍： 1.玻璃纤维 1.1一般玻璃纤维组分是二氧化硅为主，同时还有钠、钾、钙等碱土金属，还 有三氧化铝等氧化物。 1.2玻璃纤维的分类： 玻璃纤维根据用途和含碱量的不同进行分类成（1）E玻璃纤维也叫无碱玻璃纤维，它是钙、铝、硼、硅酸盐为基础的玻璃纤维，这种玻璃纤维强度较高，耐热性和电性能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性也好（不耐酸），（2）中碱玻璃纤维含碱量在11.5-12.5%，国外没有这种玻璃纤维，主要特点是耐酸性好，但强度不如无碱玻璃纤维，她主要用于耐腐蚀领域，价格便宜，（3）C无碱玻璃纤维叫化学玻璃纤维，耐化学比无碱玻璃纤维好，但国内品种少，且价格贵。（4）有碱玻璃纤维（A玻璃纤维）含碱量高，强度低，对潮气侵蚀较敏感，因此很少作为增强材料。（5）S玻璃纤维是一种高强度玻璃纤维，拉伸强度比无碱玻璃纤维高33%，但价格贵，（6）高硅氧玻璃纤维这种玻璃纤维含二氧化硅96%以上，耐温达1100℃，其增强材料可作为耐烧蚀制品，主要用于火箭、导弹等。（7）其它玻璃纤维，也是特种玻璃纤维，就不介绍了。 1.3性能： （1）表观玻璃纤维由于基本上是光滑的圆柱体，表面积大，故纤维间的抱合力小，不利于树脂的粘合，所以其表面要用浸润剂处理。 （2）它的密度2.16-4.30克/立方厘米； （3）力学性能：玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高，比同规格的金属高二倍，但延伸力低，耐磨性差。 （4）玻璃纤维是很好的绝缘体。 2.树脂： 树脂分为热塑性和热固性二大类，在玻璃钢上应用主要指热固性树脂，它可以分成环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、其它树脂等。 2.1环氧树脂： 凡是含有二个以上环氧基的高聚物统称环氧树脂 2.1.1环氧树脂分类：按照原材料组分分为双酚型环氧树脂、非双酚型环氧树脂、以及脂环族环氧树脂和脂肪族环氧树脂等新型环氧树脂，现在环氧树脂生产厂家一般按GB1630-79标准分类有14大类，比如E型环氧树脂，E-51，E-44是现在用的较多环氧树脂。 2.1.2 环氧树脂性能： (1)粘接力较强，称为万能胶，（2）树脂固化时没有副产物产生，收缩率 低＜2%，强度高、绝缘性能优异，吸水率也在0.5%以下。（3）稳定

材料成型原理复习题

综合测试题一 模具寿命与材料成形加工及材料学 一、填空题（每小题2分，共20分） 1. 目前铸造成形技术的方法种类繁多按生产方法分类，可分为砂型铸造和特种铸造。 2. 在铸造生产中，细化铸件晶粒可采用的途径有增加过冷度、采用孕育处理和附加振动。 3. 铸铁按碳存在形式分灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等。 4. 合金在铸造时的难易程度的衡量指标合金的流动性和收缩。 5. 合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。 6. 压力加工的加工方法主要有：冲压、锻造、轧制、拉拔和 挤压等。 7. 合金的流动性常采用浇注螺旋型标准试样的方法来衡量， 8. 流动性不好的合金容易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。 9. 液态金属的充型能力主要取决于金属的流动性，还受外部条件如浇注温度、充型压力、铸型结构和铸型材料等因素的影响,是各种因素的综合反映。 10.金属由浇注温度冷却到室温经历了液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个相互关联的收缩阶段。 11.液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是内应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。 12.铸造中常产生的铸造缺陷有缩孔、缩松、浇不足、裂纹、内应力、夹渣和夹砂等

13. 特种铸造相对于砂型铸造的两类特点：型模的革新和充型方式的变更。 14.常用特种铸造方法金属型铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造和熔模铸造、壳型铸造等。 15.衡量金属锻造性能的两个指标塑性和变形抗力。 16.自由锻造常用设备空气锤和水压机。 17.自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转和错移等。 18.镦粗的变形特点横截面积变大，长度变短普通拔长的变形特点横截面积变小，长度变长芯轴拔长的变形特点内孔直径不变，长度变长，壁厚变薄。 19.锻造温度范围是指始锻温度与终锻温度之差。后者过低易产生加工硬化现象。 20. 锤上模锻的实质金属在模膛内成形和变形阻力大，变形不均匀。 21. 模膛的分类制坯模膛和模锻模膛。 22. 板料冲压中分离工序有冲孔、落料、剪切和修整等。变形工序有拉深、弯曲、翻边和成形等。 23. 电弧燃烧实质是指电弧的产生、运动和消失的动态平衡。 24. 电弧分为阴极区、阳极区和弧柱区三个区。 25. 直流电焊机正接极是指焊件接正极，焊条接负极。 26. 焊接冶金过程的特点反应温度高、接触面积大、冷却速度快。 27. 焊接接头是指焊缝和热影响区。焊接热影响区包括熔合区、过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。 28. 焊接应力和变形产生的原因对焊缝区不均匀的加热和冷却。

材料成型原理

21.铸件宏观组织的控制途径与措施 1.铸件结晶组织对铸件质量和性能的影响 表面细晶粒区薄，对铸件的质量和性能影响不大。 铸件的质量与性能主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。 （1）柱状晶： 生长过程中凝固区域窄，横向生长受到相邻晶体的阻碍，枝晶不能充分发展，分枝少，结晶后显微缩松等晶间杂质少，组织致密。 但柱状晶比较粗大，晶界面积小，排列位向一致，其性能具有明显的方向性：纵向好、横向差。凝固界面前方常汇集有较多的第二相杂质气体，将导致铸件热裂。 （2）等轴晶： 晶界面积大，杂质和缺陷分布比较分散，且各晶粒之间位向也各不相同，故性能均匀而稳定，没有方向性。 枝晶比较发达，显微缩松较多，凝固后组织不够致密。 细化能使杂质和缺陷分布更加分散，从而在一定程度上提高各项性能。晶粒越细综合性能越好。 对塑性较好的有色金属或奥氏体不锈钢锭，希望得到较多的柱状晶，增加其致密度； 对一般钢铁材料和塑性较差的有色金属铸锭，希望获得较多的甚至是全部细小的等轴晶组织；对于高温下工作的零件，通过单向结晶消除横向晶界，防止晶界降低蠕变抗力。 2.铸件宏观组织的控制途径和措施 等轴晶组织的获得和细化 强化非均匀形核促进晶粒游离抑制柱状晶区 1）加入强生核剂——孕育处理 孕育——向液态金属中添加少量物质以达到增加晶核数、细化晶粒、改善组织之目的的一种方法。 变质——加入少量物质通过元素的选择性分布而改变晶体的生长形貌，如球化或细化。 A.形核剂： a）直接作为外加晶核 b）通过与液态金属的相互作用而产生非均匀晶核 能与液相中某些元素组成较稳定的化合物 通过在液相中造成大的微区富集而使结晶相提前弥散析出 B.强成分过冷元素： 通过在生长界面前沿的富集而使晶粒根部和树枝晶分枝根部产生细弱缩颈，从而促进晶粒的游离。 强化熔体内部的非均匀形核孕育剂富集抑制晶体生长

快速成型典型工艺简介

快速成形典型工艺简介 关键词及简称 光固化成形（简称：SLA或AURO）光敏树脂为原料 熔融挤压成形（简称：FDM或MEM）ABS丝为原料 光固化成形 光固化成形是最早出现的快速成形工艺。其原理是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长(x=325nm)和强度(w=30mw)的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应, 分子量急剧增大, 材料也就从液态转变成固态。 图1光固化工艺原理图 工艺过程为：液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下, 能在液体表面上扫描, 扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制, 光点扫描到的地方, 液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，液面始终处于激光的焦平面，聚焦后的光斑在液面上按计算机

的指令逐点扫描即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕, 得到一个三维实体原型。 光固化工艺的设备做出的零件其优点是精度较高、表面效果好，零件制作完成打磨后，将层层的堆积痕迹去除。光固化工艺是运行费用最高，且强度低无弹性，无法进行装配。光固化工艺设备的原材料很贵，种类不多。光固化设备的零件制作完成后，还需要在紫外光的固化箱中二次固化，用以保证零件的强度。液漕内的光敏树脂经过半年到一年的时间就要过期，所以要有大量的原型服务以保证液漕内的树脂被及时用完，否则新旧树脂混在一起会导致零件的强度下降、外形变形。如需要更换不同牌号的材料就需要将一个液漕的光敏树脂全部更换，工作量大、树脂浪费很多。一年内液漕光敏树脂必须用完否则将会变质，用户需要重新投入近十万元采购光敏树脂。三十万的端面泵浦固体紫外激光器只能用1万小时，使用两年后激光器更换需要二次投入三十万的费用。振镜系统也是有易损件，再次更换需要十几万元的投入。由于设备的运行费用高，这种设备一般被大型集团或有足够资金的企业采购。 熔融挤压成形 熔融挤压成形工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成型。熔融挤压成形工艺原理是材料先抽成丝状，通过送丝机构送进喷头，在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充

几种常见的快速成型技术

几种常见的快速成型技术 一、FDM 丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Modeling）快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。 丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。热塑性丝状材料（如直径为1.78mm的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。 这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。由于甲基丙烯酸ABS（MABS）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。 FDM快速原型技术的优点是： 1、制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。 2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。 3、可快速构建瓶状或中空零件。 4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。 5、原材料费用低，一般零件均低于20美元。 6、可选用多种材料，如可染色的ABS和医用ABS、PC、PPSF等。 FDM快速原型技术的缺点是： 1、精度相对国外SLA工艺较低，最高精度0.127mm。 2、速度较慢。 二、SLA 光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。 在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的塑料薄片。然后，工作台下降一层薄片的高度，以固化的塑料薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢固的粘结在前一层上，如此重复不已，知道整个产品成型完毕。最后升降台升出液体树脂表面，即可取出工件，进行清洗和表面光洁处理。 光敏树脂选择性固化快速原型技术适合于制作中小形工件，能直接得到塑料产品。主要用于概念模型的原型制作，或用来做装配检验和工艺规划。它还能代替腊模制作浇铸模具，以及作为金属喷涂模、环氧树脂模和其他软模的母模，使目前较为成熟的快速原型工艺。 SLA快速原型技术的优点是： 1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。 2、系统工作相对稳定。 3、尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm（但，国内SLA精度在0.1——0.3mm之间，并且存在一定的波动性）。 4、表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平。 5、系统分辨率较高。

玻璃钢手糊成型的工艺流程

玻璃钢手糊成型的工艺流程 标签：玻璃钢 生产准备 场地手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15～35℃之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。 模具准备准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。 树脂胶液配制配制时，要注意两个问题：①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。 增强材料准备增强材料的种类和规格按设计要求选择。 （2）糊制与固化 铺层糊制手工铺层糊制分湿法和干法两种：①干法铺层用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模 具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层 直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。 一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。 手糊工具手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、电钻、打磨抛光机等。 固化制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要24h，此时固化度达50%～70%（巴柯尔硬性度为15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化1～2周才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达85%以上。加热可促进熟化过 程，对聚酯玻璃钢，80℃加热3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150℃以内。 加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热 或红外线加热。 （3）脱模和修整 脱模脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种：①顶出脱模在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。②压力脱模模具上留有压缩空气或水 入口，脱模时将压缩空气或水（0.2MPa）压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶 锤敲打，使制品和模具分离。③大型制品（如船）脱模可借助千斤顶、吊车和硬木 楔等工具。④复杂制品可采用手工脱模方法先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固 化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具 上脱下来。 修整修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。①尺寸修整成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；②缺陷修补包括穿孔修补，气泡、裂缝修补， 破孔补强等。 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 接触低压成型工艺 接触低压成型工艺的特点是以手工铺放增强材料，浸清树脂，或用简单的工具辅 助铺放增强材料和树脂。接触低压成型工艺的另一特点，是成型过程中不需要施加 成型压力（接触成型），或者只施加较低成型压力（接触成型后施加0.01～0.7MPa

材料成型原理课后题答案

第三章： 8：实际金属液态合金结构与理想纯金属液态结构有何不同 答：纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的，是近程有序的。液态中存在着很大的能量起伏。而实际金属中存在大量的杂质原子，形成夹杂物，除了存在结构起伏和能量起伏外还存在浓度起伏。 12：简述液态金属的表面张力的实质及其影响因数。 答：实质：表面张力是表面能的物理表现，是是由原子间的作用力及其在表面和内部间排列状态的差别引起的。 影响因数：熔点、温度和溶质元素。 13：简述界面现象对液态成形过程的影响。 答：表面张力会产生一个附加压力，当固液相互润湿时，附加压力有助于液体的充填。液态成形所用的铸型或涂料材料与液态合金应是不润湿的，使铸件的表面得以光洁。凝固后期，表面张力对铸件凝固过程的补索状况，及是否出现热裂缺陷有重大影响。 15：简述过冷度与液态金属凝固的关系。 答：过冷度就是凝固的驱动力，过冷度越大，凝固的驱动力也越大；过冷度为零时，驱动力不存在。液态金属不会在没有过冷度的情况下凝固。 16：用动力学理论阐述液态金属完成凝固的过程。 答：高能态的液态原子变成低能态的固态原子，必须越过高能态的界面，界面具有界面能。生核或晶粒的长大是液态原子不断地向固体晶粒堆积的过程，是固液界面不断向前推进的过程。只有液态金属中那些具有高能态的原子才能越过更高能态的界面成为固体中的原子，从而完成凝固过程。 17：简述异质形核与均质形核的区别。 答：均质形核是依靠液态金属内部自身的结构自发形核，异质形核是依靠外来夹杂物所提供的异质界面非自发的形核。 异质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加。 异质形核形核功小，形核所需的结构起伏和能量起伏就小，形核容易，所需过冷度小。 18:什么条件下晶体以平面的方式生长什么条件下晶体以树枝晶方式生长 答：①平面方式长大：固液界面前方的液体正温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域及过冷度极小，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体的生长方向相反。 ②树枝晶方式生长：固液界面前方的液体负温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域较大，且距离固液界面越远过冷度越大，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体生长的方向相同。 19：简述晶体的微观长大方式及长大速率。 答：①连续生长机理--粗糙界面的生长：动力学过冷度小，生长速率快。②二维生长机理--光滑界面生长：过冷度影响大，生长速度慢。③从缺陷处生长机理--非完整界面生长：所需过冷度较大，生长速度位于以上二者之间。 20：为生么要研究液态金属凝固过程中的溶质再分配它受那些因素的影响 答：液态金属在凝固过程中的各组元会按一定的规律分配，它决定着凝固组织的成分分布和组织结构，液态合金凝固过程中溶质的传输，使溶质在固液界面两侧的固相和液相中进行再分配。掌握凝固过程中的溶质再分配的规律，是控制晶体生长行为的重要因素，也是在生产实践中控制各种凝固偏析的基础。 凝固过程中溶质的再分配是合金热力和动力学共同作用的结果，不同的凝固

玻璃钢成型工艺技术手册

目录

第一章玻璃钢制作工艺 1-1玻璃钢基础知识 玻璃钢是什么 玻璃钢FRP（Fiberglass Reinforced Plastics）亦称作GRP（Glass Reinforced Plastics）或GFRP （Glass fibre reinforced plastics）学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料，通过一定的成型工艺而制成的一种复合材料。复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。 玻璃钢的发展历史 1940年，美国一家实验室的技术人员不小心将加有催化剂的不饱和聚酯树脂倾倒在玻璃布上，第二天 发现固化后的这种复合材料强度很高，玻璃钢遂应运而生。 1942年第一艘玻璃钢渔船问世；玻璃钢管试制成功并投入使用。 二战其间，美国以手工接触成型与抽真空固化工艺，制造了收音机雷达罩与副油箱；利用胶接技术制作了玻璃钢夹芯结构的收音机机翼； 1946年发明了以纤维缠绕法生产压力容器的方法。 1949年预混料DMC（BMC）模压玻璃钢面试。 1950年真空袋与压力袋成型工艺研究成功；手糊环氧玻璃钢直升收音机旋翼面市。 20世纪50年代末，前苏联成功将玻璃钢用于炮弹引信体等军品及化工器材的生产。 1961年德国率先开发片状模塑料（SMC）及其模压技术。 1963年玻璃钢波形瓦开始机械化生产，美、法、日先后有高生产率的边疆生产线投生。 1972年美国研究成功干法生产的热塑性片状模塑料。 20世纪80年代，开发了湿法生产的热塑性片大辩论模塑料。瑞士、奥地利离心法成型玻璃钢管得到发展；意大利工业化纤维缠绕玻璃钢管生产线技术成熟，产品大量使用于石化、轻工、轮船等领域。1956年，时任重工业部副部长、后任建材工业部长的赖际发同志赴前苏联考察玻璃钢。俄文称玻璃钢 为“玻璃塑料”（CTEKJIOIIJIACTHHK），当时中文里没有相应的词。想到材料内有玻璃，强度又高，就叫“玻璃钢”。这就是“玻璃钢”一词的由来。

材料成型原理第四章答案

第四章 1． 何谓结晶过程中的溶质再分配它是否仅由平衡分配系数K 0所决定当相图上的液相线和固相线皆为直线时，试证明K 0为一常数。 答：结晶过程中的溶质再分配：是指在结晶过程中溶质在液、固两相重新分布的 现象。 溶质再分配不仅由平衡分配系数K 0决定 ，还受自身扩散性质的制约，液相中的对流强弱等因素也将影响溶质再分配。 当相图上的液相线和固相线皆为直线时K 0为一常数，证明如下：如右图所示： 液相线及固相线为直线，假设 其斜率分别为m L 及m S ，虽然 C *S 、C *L 随温度变化有不同值，但 L m S m L S m T T m T T C C K /)(/)(0****--===S L m m =常数， — 此时，K 0与温度及浓度无关， 所以，当液相线和固相线为直 线时，不同温度和浓度下K 0为 定值。 2． 某二元合金相图如右所示。合金液成分为C B =40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：①α相与液相之间的平衡分配系数K 0；②凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几③凝固后的试棒中溶质B 的浓度沿试棒长度的分布曲线。 解：（1）平衡分配系数K 0 的求解： 由于液相线及固相线均为直 线不同温度和浓度下K 0为 定值，所以：如右图， 当T=500℃时， K 0 =**L C C α=%60%30= K 0即为所求 α相与液相之间的 平衡分配系数. （2）凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数的计算: > 由固相无扩散液相均匀混合下溶质再分配的正常偏析方程 、 图 4-43 二元合金相图K 0＜1C 0K 0C 0/K 0T C *S C *L C 0C T *Tm

几种常见快速成型工艺的比较

几种快速成型方式的比较

几种常见快速成型工艺的比较 在快速领域里一直站主导地位快速成型工艺主要包括：FDM, SLA, SLS, LOM等工艺，而这几种工艺又各有千秋，下面我们在主 要看一下这几种工艺的优缺点比较： FDM(fused deposition Modeling)丝状材料选择性熔覆快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料、聚碳酸酯）加热熔化进而堆积成型方法，简称丝状材料选择性熔覆. 原理如下：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层画出截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。 这种工艺方法同样有多种材料可供选用，如工程塑料;聚碳酸酯、工程塑料PPSF: 以及ABS 与PC的混合料等。这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，并可安全地用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。专门开发的针对医用的材料ABS-i: 因为其具有良好的化学稳定性，可采用伽码射线及其他医用方式消毒，特别适合于医用。 FDM快速原型技术的优点是： 制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的污染；1次成型、易于操作且不产生垃圾；独有的水溶性支撑技术，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建瓶状或中空零件以及一次成型的装配结构件； 原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。 可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料以及医用ABS等 快速原型技术的缺点是：成型精度相对国外先进的SLA工艺较低，最高精度、成型表面光洁度不如国外 SLA：成型速度相对较慢光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography)原理的一种工艺的简称，是最早出现的一种快速成型技术。在树脂槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片。然后，工作台下降一层薄片的高度，以固化的树脂薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢粘结在前一层上，如此重复不已，直到整个产品成型完毕。最后升