第6章、缠绕成型工艺要点
第6章、缠绕成型工艺
§6-1、概述
定义：将浸过树脂胶液的连续玻璃纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强材料制品的工艺过程。
因此三大过程：预浸、缠绕、固化脱模。
细节见图7-1
§6-1-1、缠绕工艺分类及特点
1、干法缠绕
预浸纱带（布带），加热粘流后缠绕。
特点：严格控制纱带含胶量和尺寸，质量稳定，速度快，劳卫条件好，投资大。
2、湿法缠绕
浸渍无捻粗纱直接缠绕。
特点：材料经济，质量不稳。
3、半干法缠绕
预浸渍粗纱（或布带）随即缠绕到芯模上。
特点：无需整套设备，烘干快，室温操作。
§6-1-2、缠绕制品特点
1、比强度高
F：3Ti，4Steel。
原因：
(1)表面缺陷小
(2)避免纵横交织点和末端的应力集中
(3)可控方向与数量，实现等强
(4)纤维含量高80%
2、可靠性高
克服材料的韧性不够及缺口带来的可靠性降低。
3、生产率高
机械化，大批量。
4、成本低
无捻减少了纺织等其它工费。
缺点：形状限制，投资大，必须大批量。
§6-1-3、原材料
纤维增强材料，树脂基体
选择原则：满足设计性能指标，工艺性参数及经济性要求。
1、增强材料
玻纤（无碱，中碱无捻粗纱，高强纤维），碳纤维，芳纶纤维等。
纤维要求：
(1)高档产品：碳纤维，芳纶纤维
(2)制品性能要求
(3)表面处理
(4)与树脂浸渍性好
(5)各股张力均匀
(6)成带性好
2、树脂基体
指合成树脂与各种助剂组成的基体体系。
选用要求：
(1)工艺性好，粘度与适用期最重要，适用量>4小时,η=0.35~1Pa·S。
(2)树脂基体的断裂伸长率与增强材料相匹配，方能获得满意效果。
(3)固化收缩率低和毒性刺激小
(4)来源广、价格低
§6-1-4、应用
航天、导弹、军用飞机、水下装置，高强度、质量轻的高压容器，壳体。
民用管道，贮罐，质轻，耐腐，费低。
形成缠绕工艺的两部分——空间技术及民用部分。
§6-2、缠绕规律
§6-2-1、缠绕规律的内容
由导丝头（绕丝嘴）和芯模的相对运动实现。
1、纤维不重叠不离缝，均匀连续布满芯模表面。
2、纤维在芯模表面位置稳定，不打滑。
这是缠绕线型必须满足的两点。
所谓缠绕规律：是描述纱片均匀稳定连续排布芯模表面以及芯模与导丝头间运动关系的规律。
§6-2-2、缠绕线型的分类
环向缠绕、纵向缠绕和螺旋缠绕
1、环向缠绕
芯模绕轴匀速转动，导丝头在筒身区间作平行于轴线方向运动。
环向缠绕参数关系：
W=π D ctgα
b=π D cosα
b/D=π cosα
D：芯模直径
b：纱片宽
α：缠绕角
W：纱片螺距
2、螺旋缠绕
芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方向反复运动。
3、纵向缠绕（平面缠绕）
导丝头在固定平面内做匀速圆周运动，芯模绕自轴慢速旋转。
图
tgα=(r1+r2)/(l c+l e1+l e2)
两封头极孔相同时：
tgα=2r/(2l e + l c)
即：α=tg-12r/(2l e + l c)
平面缠绕的速比：单位时间内，芯模旋转轴数与导丝头绕芯模旋转的圈数比。（即芯模转一周时，导丝头绕芯模旋转的圈数）
纱片宽度为b，缠绕角为α，则速比为：
i=b/π D cosα0
i=(Δθ/360°·1/t)/(1/t)
由图π D：360°=S：Δθ，S=b/cosα代入i
纵向、环向缠绕视作螺旋缠绕的特例。纤维在芯模表面上排布规律的研究是通过研究切点在极孔周围上的分布和出现的规律来解决。
——切点法描述缠绕规律的基本思路。
§6-3-3、线型
线型的定义：
——即连续纤维缠绕在芯模表面上的排布形式。
完整循环定义：
——由导丝头在芯模上完成一次不重复的纤维布线称为“标准线”。——反应规律的基本线型。
完成一个标准纹缠绕称为一个完整循环。
1、切点及分布规律
每条纱片在芯模极孔圆周上只有一个切点，在一个完整循环中，极孔圆周上只有一个切点，称为单切点。
在一个完整循环中，有两个以上切点称为多切点。
切点排布顺序：
单切点：n=1
n=2
n=3,n=4,n=5见图7-21
2、芯模转角与线型关系
导丝头一个单程，芯模转角θt
导丝头往返一次，芯模转角θn
则θn=2θt
一个完整循环（导丝头n次往返），芯模转角θ，θn=θ/n
(1)单切点：芯模转角θ1=1个完整循环缠绕的芯模转角θ
θ1’=360°±Δθ
以后的θ1=(1+N) 360°±Δθ
(2)两切点：
芯模转角θ2’=1/2·(360°±Δθ)
以后的θ2=1/2·(360°±Δθ)+N ·360°=(1/2+N) 360°±Δθ/2 (3)三切点： (4)四切点： (5)五切点： (6)n 切点：
θn =(K/n + N)360°±Δθ/n K/n 最简真分数
各切点不同排布顺序的个数
暂不考虑微调量，线型以导丝头往返一次时，芯模旋转的转数来表示。 S 0=K/n + N= θn /360°=M/n 其中M=K + nN
M ：一个完整循环的芯模转数
则六切点以内的线型S 0所对应的n ，K ，N ，θn 值由表7-3表示。 例如：4切点的线型S 0 n=4，K=3，N=3 芯模转角θn =1350° M/N=15/4
芯模转数为15，导丝头往返数为4。
§6-3-3、转速比
1、转速比定义：
简称速比，单位时间内，芯模转数与导丝头往返次数之比。
i 0=M/n
考虑速比微调部分，实际转速为：
i=θn /360°±Δθ/(n ·360°)=(K/n + N) ±Δθ/(n ·360°)
2、i 0与S 0的关系
见书P173
3、i的计算
Δθ的计算较不方便，采用直观的工艺参数进行计算，即：Δθ转化为与纱片宽度、缠绕角、芯模尺寸等直观参数相关联的式子。如图7-22
AC=BC/cosα0=b/cosα0
Δθ/360°=AC/πD
Δθ= AC·360°/πD= b/(πD·cosα0)×360°
i= i0±Δi=(K/n+N)±b/(nπD·cosα0)，Δi=Δθ/n
这里把各物理量归纳一下：
b：纱片设计宽度
α0：缠绕角
n：切点数
N：正整数
D：芯模圆筒段直径
K：使K/N为最简真分数，各切点不同排布顺序数
Δθ取>0时，纱片滞后，脱线。
Δθ取<0时，纱片超前，压线。
为避免打滑，Δθ<0。
§6-3-4、线型设计
设计的缠绕成型，对应于某个缠绕角，除满足前面的①不重叠、不离缝，均匀布满芯模表面②纤维位置稳定，不打滑，还必须满足③封头不滑线的条件，要求缠绕在表面上的每条纤维都是相应曲面的测地线。
封头曲面上，由微分几何的克列络定理，测地线方程为：
Sinα=r0/r (7-19)
α：测地线与封头曲面上子午线夹角
r0：封头极孔圆半径
r：测地线与子午线交点处平行圆半径
r= r0，测地线与子午线交点处的平行圆就是极孔圆，此时α=π/2。
r↑，Sinα↓，一直小到筒身段时，Sinα最小，再往下Sinα不变。
说明：
(1)封头曲面上满足(7-19)式的就是测地线。
(2)在筒身段，由于缠绕纤维的连续性，筒身段的任意缠绕角螺旋线都是测地线。
(3)通过上式求得的缠绕角所确定的纤维位置，无论在封头和筒身段都是测地线，且是稳定缠绕。
(4)以均匀、布满且稳定缠绕时，芯模的转角也相应固定。
1、由测地线求芯模转角
芯模转角通过单程线芯模转角θt’来得到，θn’=θt’。
θt’由单程初始的封头缠绕转过的角度β（包角）和单程后期的筒身缠绕转过的角度γ（进角）。θt’=β+γ(7-20)
(1)γ的求解
Wγ1=l1
Wγ=l
γ=l/W=l/W×360°
W=πD/tgα0
γ=l·tgα0/πD×360°(7-21)
(2)β的求解
由图7-25，上极圈，转过Φ+90°
相应下极圈Φ+90°
β=2(Φ+90°) (7-22)
a、过D点作平面Ⅱ∥平面HBC
→DF∈（平面Ⅱ∩平面HBC）
b、过D点作平面Ⅰ与筒体相切
→DE∈（平面Ⅰ∩平面HBC），DG∈（平面Ⅰ∩平面Ⅱ）
c、过G点作平面EFG⊥DG
→EG∈（平面EFG∩平面Ⅰ），FG∈（平面EFG∩平面Ⅱ），
EF∈（平面HBC∩平面EFG）
d、∠FDG=∠HBC=α0’
一平面与两平行平面交角相同，∠EDG=α0
纤维在赤道圆处的缠绕角，∠EGF=∠Φ
互余角，平面与两平行线交角转换。
e、tgα0’=FG/DG=EG/DG·FG/EG= tgα0·cosΦ
当Φ=0时，α0’=α0，就是平面FDG与平面EDG重合，即α0’=α0代表截平面与轴线夹角等于纤维在赤道圆的缠绕角，此时β=180°
而SinΦ=(h tgα0’-r0)/R=(h tgα0·cosΦ-r0)/R (7-23)
转化成一个三角方程求解问题。工程上常用近似式计算：
Φ=Sin-1 (h tgα0-r0)/R (7-24)
将(7-21)，(7-24)代入(7-20)
θt’= l·tgα0/πD×360°+2[90°+ Sin-1 (h tgα0-r0)/R]
θn’=2 θt’
2、线型的确定
在实际生产中，用控制线型和转数比这两个宏观参数来实现正常的生产。
已知极孔半径r0，芯模半径R，设计一定切点的线型，求出θt’，再算出θn’，与该切点的线型对照，再进行调整。
(1)变长不变角，适用于芯模还未设计之前
l’ = [γ - (θt’ - θt ) ] πD / (360°·tgα0)
或者l’ =l [γ - (θt’ - θt ) ] / γ
(2)变角不变长
容器尺寸不许变，而湿法缠绕角根据实际经验略偏离时，纤维仍不至滑移。θt= l·tgα/πD×360°+2[90°+ Sin-1 (h tgα-r0)/R]
(3)变径，不变长
变径，α也相应变
Sinα0=r0/R
θt= l·tgα0/πD×360°+2[90°+ Sin-1 (h tgα0-r0)/R]
3、标准线展开
在实际缠绕前进行模拟，高级的用计算机数字模拟。
(1)交叉点数，交带数
交叉点定义：交叉点数：Xn=(M-1)n
交带定义：交带数：Yn=M-1
(2)交叉点及交带分布规律
a、筒身被K等分
b、交带间距相等
例题：
§6-4、缠绕工艺
缠绕工艺内容包含：
1、产品的使用、设计、技术质量要求，进行结构造型、缠绕线型和芯模设计
2、选择原材料
3、产品强度、原材料性能及缠绕线型进行缠绕层数计算
4、选定的原材料和工艺方法，为工艺流程制定工艺参数
5、由线型选设备，为设备设计提供参数
§6-4-1、内压容器的结构选型
属结构设计，目的是高比强度。
1、形状
筒球形理论上结构效率最高，最省料
身 圆筒形 理论上 纵环向压力不均，不充分利用材料 实际上 线型、设备复杂，不易
实际上 可设计性、成型工艺简单，易等强度 2、筒形容器的封头外形
封头：均衡型等张力封头，均衡型平面缠绕封头，扁椭球形封头 (1) 均衡型等张力封头
特点：纤维沿该封头曲面测地线缠绕并与极孔相切，各点经纬向等强度亦能同时得到满足，材料用量最少，重量最轻，较理想。 工艺条件：
a 、封头曲线必须是等张力封头曲线
b 、纤维缠绕轨迹必须是测地线（测地线决定缠绕角） 等张力封头曲线方程：
ζ=?---1
62
20
2
31ρ
ρρρ
ρρρd
ρ，ρ0，ζ：整化值 ρ=r/R
ρ0=r 0/R ，ρ0=0“零周向应力”封头曲线 ζ=Z/R
(2)均衡型平面缠绕封头
特点：倾斜平面和封头曲面相截的交线。 R 2/R 1=2-tg 2α
R 1：封头曲面经线方向的曲率半径
R 2：封头曲面纬线方向（平行圆）的曲率半径
α：封头缠绕角，封头纤维与经线（子午线）交点处的纤维切线与该点经线切线的夹角。 （参阅结构设计）
(3)扁椭球形封头 方程： ζ=212
1
ρ-
ζ=
2122
ρ- §6-4-2、缠绕类型的选择
1、制品的结构形状与几何尺寸 螺旋缠绕——长管状制品
平面缠绕——球形、扁椭球、长径比小于1/4的筒形容器 通常用预浸纱（干法）缠绕，极孔直径不超过筒体的30%。 2、强度
螺旋缠绕：剪切强度降低 平面缠绕：高强度，质轻 3、荷载特性
螺旋：对内压以外的荷载适应性差，多用螺旋加环向的组合缠绕。 平面：减轻适应性差的情况。 4、设备
螺旋、螺旋加环：卧式小车环链式缠绕机 平面及平面加环：摇臂式或跑道式缠绕机
§6-4-3、螺旋缠绕型参数选择
1、缠绕角
等于或接近测地线缠绕角。
湿法缠绕实际缠绕角可控制在测地线缠绕角Sin α0=r 0/R 的偏离8~10°内。 2、切点数 选可切点线型 3、封头包络圆
极孔包络圆应逐渐扩大，纤维在极孔周围排布均匀，减轻极孔周围附近纤维堆积。
4、缠绕顺序
螺旋向与环向交替进行。
5、链条长度
小车环链式缠绕机，缠绕角不宜选太小（否则链长增大，设备笨重）
§6-4-4、缠绕工艺参数
缠绕工序组成：芯模与内衬制造，胶液配制，纤维烘干和热处理，浸胶，胶纱烘干，缠绕，固化，检测等。
主要①纤维热处理和烘干，②浸胶与胶液含量，③缠绕，④固化。
1、纤维热处理和烘干
通常无捻纱在60~80℃烘干24h。
例如：石蜡乳剂型浸润剂除油用热处理法时，处理条件与残油量，处理条件与强力关系如图7-31，7-32所示。
同时时间，热处理温度越高，残油量越低；热处理时间越长，相同处理温度条件下，残油量越低，但相对应强力也降低。
处理条件适中：温度350±5℃，处理时间6±1S。
处理结果：残油量<0.3%，强力损失<15%。
2、浸胶与胶液含量
(1)含胶量：
胶量过高——制品复合强度降低。
胶量过低——制品孔隙率增加，气密性、耐老化、剪切强度下降。
最佳树脂含量约为20%，粘度0.35~1.0Pa·S。
(2)浸胶
a、机理：
两阶段：
第一、表面涂敷，
第二、内部扩散、渗透
b、方式：
浸胶式（图7-33）
表面带胶式（图7-34），（高温固化树脂基体，胶槽水温参数40℃左右，常温固化树脂基体，水温参数20℃左右）
3、缠绕张力
缠绕张力定义：在纤维缠绕过程中，纤维所受的紧张力称为缠绕张力。
(1)张力——制品机械性能（强度、疲劳性能）
张力小：强度低，疲劳低。
张力大：纤维强度损失大，制品温度下降。
张力均匀：束间、束内纤维张力均匀。
工艺措施：低捻度，张力均匀的纤维，纱片内各束纤维平行。
(2)张力——制品密实程度
缠绕张力将产生垂直于芯模表面使制品致密的向心力，工艺上称接触成型压力。
N=T0/r·Sin2α×104(Pa)
T0：缠绕张力N/cm
r：芯模半径cm
α：缠绕角
使制品致密的成型压力与缠绕张力成正比，但并非成型压力越大越好，某种玻璃钢管的成型压力大到一定值时，体积密度则不再有明显变化。
因此，干法生产密实制品要控制张力。湿法生产中，树脂粘度影响大，粘度越低，成型压力越小，粘度越高，成型压力越大。孔隙率与密实程度成正比。
(3)张力——含胶量
张力大，含胶量低。
湿法中存在外高内低的胶液现象，用分层固化或预浸可减轻或避免。
(4)张力的施加
最佳张力与芯模结构，增强材料强度，胶液粘度及芯模加热等有关。
4、胶纱烘干
作用：
(1)除去树脂胶液中溶剂挥发份，防止起泡。
(2)产生初凝，提高制品强度。
表7-11说明一定温度及一定时间下，试件性能最好。
5、缠绕速度
两个基本运动：芯模旋转，导丝头往复直线运动。
纱线速度——缠绕速度
湿法：0.9m/s
干法：小车速度<0.75m/s
6、固化制度
(1)加热：从高分子聚合反应角度看，随聚合进行，分子量增大，分子运动困难，位阻增大，活化能较高。
加热比常温强度提高20~25%，提高10℃，速度加快2倍。
(2)升温速度
平稳，通常0.5~1℃/min
(3)恒温
最高固化温度由DTA，DSC决定。
一是树脂聚合反应所需时间
二是传热时间
(4)降温
缓冷
(5)固化制度
树脂系统性质和制品的物化性能。
固化程度超过85%认为制品已固化。
(6)分层固化
分层固化优点：
力学角度：抵消压应力，使初始应力保持一致。
工艺角度：提高质量均匀性。
(7)环境温度
环境温度>15℃
表面温度~40℃
§6-4-5、缠绕张力制度
1、概述
后上去的纤维对前面的纤维产生径向压力，内外层纤维压力差异，不能同时承载，大大降低制品强度和疲劳性能。
工艺上采用逐层递减的张力制度，具体说控制后一层和前一层削减后的张力相同。
张力制度应考虑：
(1)保证各层纤维初应力相等
(2)内衬刚度
(3)纤维强度和磨损
(4)胶液流失
(5)张力装量性能
2、张力制度的假定
(1)内衬、缠绕纤维在内压下具有相同变形
(2)树脂固化收缩不引起纤维收缩变形，固化前后纤维应力相同
(3)外层纤维的缠绕张力使内层全部缠绕层与内衬产生压缩变形，压缩力值与外层缠绕张力值相等。
3、确定纤维初应力原则
(1)控制内衬压力
(2)内衬材料恒定弹性
(3)容器零内压，内衬压缩
(4)内衬从压缩至拉伸
(5)内衬材料不能超弹性极限
4、设计
(1)环向缠绕各层厚度相等tθ
(2)给定各层纤维初应力均为)0(
f
(3)金属内衬厚度与纤维厚度转化折算
纤维当量厚度：t of=E0/E f·t0
t 0：金属内衬厚度
E 0：金属内衬材料弹性模量 E f ：纤维材料弹性模量 (4)纱片应力
σ=T/t θ，T ：缠绕张力，N/cm
?每条纤维纱片的缠绕张力（环向） f i = T j / m （N/条）
环向与螺旋向交替缠绕时，任意环向缠绕层缠绕张力为：
θαθαθθα
αn of f f of j T Sin Jt jt t Sin t t t T 2++++=
（N/cm ）
各物理参数意义见书P.192
§6-5、定长管非测地线稳定缠绕
封头测定线缠绕的缺点：每根管浪费两个封头，生产率低。不用封头，两端不是测地线，可能滑线，纤维与芯模或前一层表面的摩擦力及合理的导丝头运动控制。 轨迹方程：
Z = R / μ [1/Sin α0 – ch (μθ + lntg α0/2)]
§6-6、锥体缠绕
对于头锥形产品，玻璃布带分为三种：重叠、斜叠、垂直缠绕。
工艺参数：含胶量、布带预热温度及缠绕温度，缠绕张力，缠绕压力，固化温度。
缠绕成型工艺
第6章、缠绕成型工艺 §6-1、概述 定义：将浸过树脂胶液的连续玻璃纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强材料制品的工艺过程。 因此三大过程：预浸、缠绕、固化脱模。 细节见图7-1 §6-1-1、缠绕工艺分类及特点 1、干法缠绕 预浸纱带（布带），加热粘流后缠绕。 特点：严格控制纱带含胶量和尺寸，质量稳定，速度快，劳卫条件好，投资大。 2、湿法缠绕 浸渍无捻粗纱直接缠绕。 特点：材料经济，质量不稳。 3、半干法缠绕 预浸渍粗纱（或布带）随即缠绕到芯模上。 特点：无需整套设备，烘干快，室温操作。 §6-1-2、缠绕制品特点 1、比强度高 F：3Ti，4Steel。 原因： (1)表面缺陷小 (2)避免纵横交织点和末端的应力集中 (3)可控方向与数量，实现等强 (4)纤维含量高80%
2、可靠性高 克服材料的韧性不够及缺口带来的可靠性降低。 3、生产率高 机械化，大批量。 4、成本低 无捻减少了纺织等其它工费。 缺点：形状限制，投资大，必须大批量。 §6-1-3、原材料 纤维增强材料，树脂基体 选择原则：满足设计性能指标，工艺性参数及经济性要求。 1、增强材料 玻纤（无碱，中碱无捻粗纱，高强纤维），碳纤维，芳纶纤维等。纤维要求： (1)高档产品：碳纤维，芳纶纤维 (2)制品性能要求 (3)表面处理 (4)与树脂浸渍性好 (5)各股张力均匀 (6)成带性好 2、树脂基体 指合成树脂与各种助剂组成的基体体系。 选用要求： (1)工艺性好，粘度与适用期最重要，适用量>4小时,η=~1Pa·S。 (2)树脂基体的断裂伸长率与增强材料相匹配，方能获得满意效果。 (3)固化收缩率低和毒性刺激小 (4)来源广、价格低
材料成型技术基础试题答案
《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 、判断题（每题分，共分，正确的画“O ”，错误的打“X ”） 、选择题（每空1分，共38分） 三、填空（每空0.5分，共26分） 1.( 化学成分) ( 浇注条件) ( 铸型性质) 2.( 浇注温度) 3.( 复杂) ( 广) 4.( 大) 5.( 补缩) ( 控制凝固顺序)6.( 球铁) ( 2 17% ) 7.( 缺口敏感性) ( 工艺)8.( 冷却速度) ( 化学成分) 9.( 低) 10.( 稀土镁合金)11.( 非加工)12.( 起模斜度) ( 没有) 13.( 非铁) ( 简单)14.( 再结晶)15.( 变形抗力) 16.( 再结晶) ( 纤维组织)17.( 敷料) ( 锻件公差) 18.( 飞边槽)19.( 工艺万能性)20.( 三) ( 二） 21.( -二二) ( 三)22.( 再结晶退火)23.( 三） 24.( -二二)25.( 拉) ( 压)26.( 化学成分) ( 脱P、S、O )27.( 作为电极) ( 填充金属)28.( 碱性) 29.( 成本) ( 清理)30.( 润湿能力)31.( 形成熔池) （达到咼塑性状态) ( 使钎料熔化)32.( 低氢型药皮) ( 直流专用)
Ct 230 图5 四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） ? 2J0 环O' 4 “ei吋 纯 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺序选择自由锻基本工序（6 分）。 O O 2 令 i 1 q―1 孔U 400 圈6 3、请修改图7?图10的焊接结构，并写出修改原因。 自由锻基本工序： 拔长、局部镦粗、拔长 图7手弧焊钢板焊接结构（2 分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2 分） 修改原因：避免焊缝交叉修改原因：避免应力集中（平滑过 度）
材料成形工艺基础
《材料成形工艺基础》自学指导书 一、课程名称：材料成形工艺基础 二、自学学时：50课时 三、教材名称：《材料成形工艺基础》柳秉毅编 四、参考资料：材料成形技术基础陶冶主编机械工业出版社 五、课程简介：《材料成形工艺基础》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一，其任务是阐明液态成型、塑性成型和焊接形成等成型技术在内的内在基本规律和物质本质，揭示材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷产生的机理。 六、考核方式：闭卷考试 七、自学内容指导： 绪论第1章金属材料的力学性能 一、本章内容概述： 绪论：1.材料成形工艺的发展历史2.材料成形加工在国民经济中的地位 3.材料成形工艺基础课程的内容 4.本课程的学习要求与学习方法。 第一章：1）铸造成形基本原理；2）塑性成形基本原理； 3）焊接成形基本原理 二、自学学时安排：8学时 三、知识点： 1.合金的铸造性能 2.合金的收缩性； 3.铸件的缩孔和缩松 2合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔，获得尺；3影响合金的充型能力的因素1）合金的流动性2）浇；4合金的收缩概念液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固；5铸造内应力分热应力和机械应力；6顺序凝固，是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部；7顺序凝固可以有效地防止缩孔和宏观缩松，主要适用；8缩孔和缩松的防止方法：顺序凝固 四、难点：
1）强度、刚度、弹性及塑性 2）硬度、冲击韧性、断裂韧度、疲劳。 五、课后思考题与习题：P40 1.1 区分以下名词的含义: 逐层凝固与顺序凝固糊状凝固与同时凝固 液态收缩与凝固收缩缩孔与缩松 答：逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的，铸件凝固时其凝固区宽度接近于零，随着温度的下降，液相区不断减小，固相区不断增大而向中心推进，直至到达铸件中心。顺序凝固：是指在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 糊状凝固：如果合金的结晶温度范围很宽，或者铸件断面上温度梯度较小，则在凝固的某段时间内，其固相和液相并存的凝固区会贯穿铸件的整个断面。 同时凝固：是指采取一定的工艺措施，尽量减小铸件各部分之间的温度差，使铸件的各部分几乎同时进行凝固。 液态收缩：从浇注温度冷却至凝固开始温度(液相线温度)期间发生的收缩。凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度(固相线温度)期间发生的收缩。 铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积缩减，如果未能获得补充(称为补缩)，则会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 1.3拟生产一批小型铸铁件，力学性能要求不高，但壁厚较薄，试分析如何提高合金液的充型能力。 答：1）尽可量提高浇注温度。由于壁厚较薄，铸铁可取1450左右2）增大充型压力（即增大推动力）。3）选用蓄热能力强的材料作铸型。4）提高铸型温度。5）选用发气量小而排气能力强的铸型。 1.4冒口补缩的原理是什么? 冷铁是否可以补缩? 冷铁的作用与冒口有何不同? 答：在铸件厚壁处和热节部位（即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位）设置冒
注塑成型工艺流程图
注塑成型工艺流程图 一、注塑成型的基本原理： 注塑机利用塑胶加热到一定温度后,能熔融成液体的性质,把熔融液体用高压注射到密闭的模腔内,经过冷却定型,开模后顶出得到所需的塑体产品。 二、注塑成型的四大要素: 1.塑胶模具 2.注塑机 3.塑胶原料 4.成型条件 三、塑胶模具 大部份使用二板模、三板模，也有部份带滑块的行位模。 基本结构: 1.公模（下模）公模固定板、公模辅助板、顶针板、公模板。2.母模（上模) 母模板、母模固定板、进胶圈、定位圈。3.衡温系统冷却.稳（衡）定模具温度。 四、注塑机 主要由塑化、注射装置，合模装置和传动机构组成；电气带动电机，电机带动油泵，油泵产生油压，油压带动活塞，活塞带动机械，机械产生动作； 1、依注射方式可分为： 1.卧式注塑机 2.立式注塑机 3.角式注塑机 4.多色注塑机 2、依锁模方式可分为： 1.直压式注塑机 2.曲轴式注塑机 3.直压、曲轴复合式 3、依加料方式可分为：
1.柱塞式注塑机 2.单程螺杆注塑机 3.往复式螺杆注塑机4、注塑机四大系统： 1.射出系统 a.多段化、搅拌性及耐腐蚀性。 b.射速、射出、保压、背压、螺杆转速分段控制。 c.搅拌性、寿命长的螺杆装置。 d.料管互换性，自动清洗。 e.油泵之平衡、稳定性。 2.锁模系统 a.高速度、高钢性。 b.自动调模、换模装置。 c.自动润滑系统。 d.平衡、稳定性。 3.油压系统 a.全电子式回馈控制。 b.动作平顺、高稳定性、封闭性。 c.快速、节能性。 d.液压油冷却，自滤系统。 4.电控系统 a.多段化、具记忆、扩充性之微电脑控制。 b.闭环式电路、回路。 c.SSR(比例、积分、微分)温度控制。
材料成形技术基础(问答题答案整理)
第二章铸造成形 问答题： 合金的流动性（充型能力）取决于哪些因素？提高液态金属充型能力一般采用哪些方法？答：因素及提高的方法： （1）金属的流动性：尽量采用共晶成分的合金或结晶温度范围较小的合金，提高金属液的品质； （2）铸型性质：较小铸型与金属液的温差； （3）浇注条件：合理确定浇注温度、浇注速度和充型压头，合理设置浇注系统； （4）铸件结构：改进不合理的浇注结构。 影响合金收缩的因素有哪些？ 答：金属自身的化学成分，结晶温度，金属相变，外界阻力（铸型表面的摩擦阻力、热阻力、机械阻力） 分别说出铸造应力有哪几类？ 答：（1）热应力（由于壁厚不均、冷却速度不同、收缩量不同） （2）相变应力（固态相变、比容变化） （3）机械阻碍应力 铸件成分偏析分为几类？产生的原因是什么？ 答：铸件成分偏析的分类：（1）微观偏析 晶内偏析：产生于具有结晶温度范围能形成固溶体的合金内。（因为不平衡结晶） 晶界偏析：（原因：(两个晶粒相对生长，相互接近、相遇；(晶界位置与晶粒生长方向平行。）（2）宏观偏析 正偏析（因为铸型强烈地定向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度） 逆偏析 产生偏析的原因：结晶速度大于溶质扩散的速度 铸件气孔有哪几种？ 答：侵入气孔、析出气孔、反应气孔 如何区分铸件裂纹的性质（热裂纹和冷裂纹）？ 答：热裂纹：裂缝短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色 冷裂纹：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。 七：什么是封闭式浇注系统？什么是开放式浇注系统？他们各组元横截面尺寸的关系如何？答：封闭式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐减小，阻流截面在直浇道下口的浇注系统。(ΣF内<ΣF横
材料成型工艺基础部分复习题答案
材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案 第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝则和定向凝则？ 答：①同时凝则：将浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？目的是什 么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。 第三章 ⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？ 答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。
(完整word版)材料成型工艺基础习题及答案
1.铸件在冷却过程中，若其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。按内应力的产生原因，可分为应力和应力两种。 2.常用的特种铸造方法 有：、、、、和 等。 3.压力加工是使金属在外力作用下产生而获得毛 坯或零件的方法。 4.常用的焊接方法有、和 三大类。 5.影响充型能力的重要因素有、和 等。 6.压力加工的基本生产方式 有、、、、和等。 7.热应力的分布规律是：厚壁受应力，薄壁受 应力。 8.提高金属变形的温度，是改善金属可锻性的有效措施。但温度过高，必将产生、、和严重氧化等缺陷。所以应该严格 控制锻造温度。 9.板料分离工序中，使坯料按封闭的轮廓分离的工序称为； 使板料沿不封闭的轮廓分离的工序称为。 10.拉深件常见的缺陷是和。 11.板料冲压的基本工序分为和。前者指冲裁工序，后者包括、、和。 12.为防止弯裂，弯曲时应尽可能使弯曲造成的拉应力与坯料的纤维 方向。 13.拉深系数越，表明拉深时材料的变形程度越大。 14.将平板毛坯变成开口空心零件的工序称为。 15.熔焊时，焊接接头是由、、和 组成。其中和是焊接接头中最薄弱区域。 16.常用的塑性成形方法 有：、、、、 等。 16.电阻焊是利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热，将焊件局 部加热到塑性或融化状态，然后在压力作用下形成焊接接头的焊接方法。电阻焊分为焊、焊和焊三种型式。
其中适合于无气密性要求的焊件；适合于焊接有气密性要求的焊件；只适合于搭接接头；只适合于对接接头。 1.灰口铸铁的流动性好于铸钢。（） 2.为了实现顺序凝固，可在铸件上某些厚大部位增设冷铁，对铸件进行补缩。（） 3. 热应力使铸件的厚壁受拉伸，薄壁受压缩。（） 4.缩孔是液态合金在冷凝过程中，其收缩所缩减的容积得不到补足，在铸件内部形成的孔洞。（） 5.熔模铸造时，由于铸型没有分型面，故可生产出形状复杂的铸件。（） 6.为便于造型时起出模型，铸件上应设计有结构斜度即拔模斜度。（） 7.合金的液态收缩是铸件产生裂纹、变形的主要原因。（） 8.在板料多次拉深时，拉深系数的取值应一次比一次小，即 m1>m2>m3…>mn。（） 9.金属冷变形后，其强度、硬度、塑性、韧性均比变形前大为提高。（） 10.提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施。因此，在保证金属不熔化的前提下，金属的始锻温度越高越好。（）11.锻造只能改变金属坯料的形状而不能改变金属的力学性能。 （） 12.由于低合金结构钢的合金含量不高，均具有较好的可焊性，故焊前无需预热。（） 13.钢中的碳是对可焊性影响最大的因素，随着含碳量的增加，可焊性变好。（） 14.用交流弧焊机焊接时，焊件接正极，焊条接负极的正接法常用于
材料成型技术基础知识点总结
第一章铸造 1.铸造：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方法。 2.充型：溶化合金填充铸型的过程。 3.充型能力：液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。 4.充型能力的影响因素： 金属液本身的流动能力（合金流动性） 浇注条件：浇注温度、充型压力 铸型条件：铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体、铸件结构 流动性是熔融金属的流动能力，是液态金属固有的属性。 5.影响合金流动性的因素： （1）合金种类：与合金的熔点、导热率、合金液的粘度等物理性能有关。 （2）化学成份：纯金属和共晶成分的合金流动性最好； （3）杂质与含气量：杂质增加粘度，流动性下降；含气量少，流动性好。 6.金属的凝固方式： ①逐层凝固方式 ②体积凝固方式或称“糊状凝固方式”。 ③中间凝固方式 7.收缩：液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。 收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。 8.合金的收缩可分为三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。 液态收缩和凝固收缩，通常以体积收缩率表示。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。 合金的固态收缩，通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。 9.影响收缩的因素 （１）化学成分：碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩略减。 （２）浇注温度：浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加。 （３）铸件结构：铸型中的铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍。 （4）铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力 10.缩孔及缩松：铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，按照孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 缩孔的形成：主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。 缩松的形成：主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。 合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大。 缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。
注塑机工艺流程
塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充——保压——冷却——脱模等4个阶段，这4个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。（莱普乐注塑机节能改造网提供） 1、填充阶段 填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。理论上，填充时间越短，成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。 高速填充。高速填充时剪切率较高，塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形，使整体流动阻力降低；局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。因此在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充的体积大小。即在流动控制阶段，由于高速填充，熔体的剪切变稀效果往往很大，而薄壁的冷却作用并不明显，于是速率的效用占了上风。 低速填充。热传导控制低速填充时，剪切率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。由于热塑料补充速率较慢，流动较为缓慢，使热传导效应较为明显，热量迅速为冷模壁带走。加上较少量的粘滞加热现象，固化层厚度较厚，又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。 由于喷泉流动的原因，在流动波前面的塑料高分子链排向几乎平行流动波前。因此两股塑料熔胶在交汇时，接触面的高分子链互相平行；加上两股熔胶性质各异（在模腔中滞留时间不同，温度、压力也不同），造成熔胶交汇区域在微观上结构强度较差。在光线下将零件摆放适当的角度用肉眼观察，可以发现有明显的接合线产生，这就是熔接痕的形成机理。熔接痕不仅影响塑件外观，同时由于微观结构的松散，易造成应力集中，从而使得该部分的强度降低而发生断裂。 一般而言，在高温区产生熔接的熔接痕强度较佳，因为高温情形下，高分子链活动性较佳，可以互相穿透缠绕，此外高温度区域两股熔体的温度较为接近，熔体的热性质几乎相同，增加了熔接区域的强度；反之在低温区域，熔接强度较差。 2、保压阶段 保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。 在保压阶段，由于压力相当高，塑料呈现部分可压缩特性。在压力较高区域，塑料较
材料成型工艺基础部分(中英文词汇对照)
材料成型工艺基础部分0 绪论 金属材料：metal material (MR) 高分子材料：high-molecular material 陶瓷材料：ceramic material 复合材料：composition material 成形工艺：formation technology 1 铸造 铸造工艺：casting technique 铸件：foundry goods （casting） 机器零件：machine part 毛坯：blank 力学性能：mechanical property 砂型铸造：sand casting process 型砂：foundry sand 1.1 铸件成形理论基础 合金：alloy 铸造性能：casting property 工艺性能：processing property 收缩性：constringency 偏析性：aliquation 氧化性：oxidizability
吸气性：inspiratory 铸件结构：casting structure 使用性能：service performance 浇不足：misrun 冷隔：cold shut 夹渣：cinder inclusion 粘砂：sand fusion 缺陷：flaw, defect, falling 流动性：flowing power 铸型：cast (foundry mold) 蓄热系数：thermal storage capacity 浇注：pouring 凝固：freezing 收缩性：constringency 逐层凝固：layer-by-layer freezing 糊状凝固：mushy freezing 结晶：crystal 缩孔：shrinkage void 缩松：shrinkage porosity 顺序凝固：progressive solidification 冷铁：iron chill 补缩：feeding
材料成形工艺基础复习题
1.三种凝固方式（逐层、糊状、中间）及其影响因素（结晶温度范围、温度梯度） 2.合金的流动性及其影响因素（合金成分） a)为什么共晶合金的流动性好？ 3.合金的充型能力对铸件质量的影响（浇不足、冷隔） 4.影响充型能力的主要因素（合金的流动性、浇注条件、铸型条件） 5.合金收缩的三个阶段（液态、凝固、固态） 6.缩孔、缩松产生的原因、规律（逐层：缩孔；糊状：缩松；位置：最后凝固部位） 7.缩孔与缩松防止（定向凝固原则；措施：加冒口、冷铁） 8.铸造应力产生的原因和种类（热应力、机械应力或收缩应力） 9.热应力的分布规律（厚：拉；薄：压）及防止（同时凝固原则） 10.铸造残余应力产生的原因（热应力）及消除措施（时效处理） 11.铸件变形与裂纹产生的原因（故态收缩，残余应力） 12.变形防止办法（同时凝固；反变形；去应力退火） 13.热裂纹与冷裂纹的特征 第二节液态成形方法 1.常用手工造型方法（五种最基本的方法：整模、分模、活块、挖砂、三箱）的特点和应 用（重在应用） 2.机器造型：实现造型机械化的两个主要方面（紧砂、起模） 3.熔模铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。 a)为什么熔模铸件精度高，表面光洁？ b)为什么熔模铸造适合于形状复杂的铸件？ c)为什么熔模铸造适合于难于加工的合金铸件？ 4.金属型铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。 a)为什么金属型铸件精度高，表面光洁？ b)为什么金属型铸造更适合于非铁合金铸件的生产？ 5.压力铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。 6.低压铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。 7.离心铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。 第三节液态成形件的工艺设计 1.浇注位置的概念及其选择原则（重在理解和应用）
材料成型工艺基础习题答案
材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。 答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝固原则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴ .试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白
口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否 相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好？普通灰铸铁常用的热处理方法有哪 些？其目的是什么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。
注塑成型工艺流程及工艺参数
创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王* 注塑成型工艺流程及工艺参数 塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充——保压——冷却——脱模等4个阶段，这4个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。 1、填充阶段 填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。理论上，填充时间越短，成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。 高速填充。如图1-2所示，高速填充时剪切率较高，塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形，使整体流动阻力降低；局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。因此在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充的体积大小。即在流动控制阶段，由于高速填充，熔体的剪切变稀效果往往很大，而薄壁的冷却作用并不明显，于是速率的效用占了上风。λ 低速填充。如图1-3所示，热传导控制低速填充时，剪切率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。由于热塑料补充速率较慢，流动较为缓慢，使热传导效应较为明显，热量迅速为冷模壁带走。加上较少量的粘滞加热现象，固化层厚度较厚，又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。λ 由于喷泉流动的原因，在流动波前面的塑料高分子链排向几乎平行流动波前。因此两股塑料熔胶在交汇时，接触面的高分子链互相平行；加上两股熔胶性质各异（在模腔中滞留时间不同，温度、压力也不同），造成熔胶交汇区域在微观上结构强度较差。在光线下将零件摆放适当的角度用肉眼观察，可以发现有明显的接合线产生，这就是熔接痕的形成机理。熔接痕不仅影响塑件外观，同时由于微观结构的松散，易造成应力集中，从而使得该部分的强度降低而发生断裂。 一般而言，在高温区产生熔接的熔接痕强度较佳，因为高温情形下，高分子链活动性较佳，可以互相穿透缠绕，此外高温度区域两股熔体的温度较为接近，熔体的热性质几乎相同，增加了熔接区域的强度；反之在低温区域，熔接强度较差。 2、保压阶段 保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成
复合材料成型工艺
树脂基复合材料成型工艺介绍（1）：模压成型工艺 模压成型工艺是复合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成型的方法。模压成型工艺的主要优点：①生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；②产品尺寸精度高，重复性好；③表面光洁，无需二次修饰；④能一次成型结构复杂的制品；⑤因为批量生产，价格相对低廉。 模压成型的不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，最适合于批量生产中小型复合材料制品。随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展，压机吨位和台面尺寸不断增大，模压料的成型温度和压力也相对降低，使得模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展，目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。 模压成型工艺按增强材料物态和模压料品种可分为如下几种：①纤维料模压法是将经预混或预浸的纤维状模压料，投入到金属模具内，在一定的温度和压力下成型复合材料制品的方法。该方法简便易行，用途广泛。根据具体操作上的不同，有预混料模压和预浸料模压法。 ②碎布料模压法将浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物，如麻布、有机纤维布、石棉布或棉布等的边角料切成碎块，然后在金属模具中加温加压成型复合材料制品。③织物模压法将预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂胶液，然后放入金属模具中加热加压成型为复合材料制品。④层压模压法将预浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物，裁剪成所需的形状，然后在金属模具中经加温或加压成型复合材料制品。⑤缠绕模压法将预浸过树脂胶液的连续纤维或布（带），通过专用缠绕机提供一定的张力和温度，缠在芯模上，再放入模具中进行加温加压成型复合材料制品。⑥片状塑料（SMC）模压法将SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求裁剪下料，然后将多层片材叠合后放入金属模具中加热加压成型制品。⑦预成型坯料模压法先将短切纤维制成品形状和尺寸相似的预成型坯料，将其放入金属模具中，然后向模具中注入配制好的粘结剂（树脂混合物），在一定的温度和压力下成型。 模压料的品种有很多，可以是预浸物料、预混物料，也可以是坯料。当前所用的模压料品种主要有：预浸胶布、纤维预混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC及ZMC等品种。 1、原材料 （1）合成树脂复合材料模压制品所用的模压料要求合成树脂具有：①对增强材料有良好的浸润性能，以便在合成树脂和增强材料界面上形成良好的粘结；②有适当的粘度和良好的流动性，在压制条件下能够和增强材料一道均匀地充满整个模腔；③在压制条件下具有适宜的固化速度，并且固化过程中不产生副产物或副产物少，体积收缩率小；④能够满足模压制品特定的性能要求。按以上的选材要求，常用的合成树脂有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、聚丁二烯树脂、烯丙基酯、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。为使模压制品达到特定的性能指标，在选定树脂品种和牌号后，还应选择相应的辅助材料、填料和颜料。 （2）增强材料模压料中常用的增强材料主要有玻璃纤维开刀丝、无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等，也有少量特种制品选用石棉毡、石棉织物（布）和石棉纸以及高硅氧纤维、碳纤维、有机纤维（如芳纶纤维、尼龙纤维等）和天然纤维（如亚麻布、棉布、煮炼布、不煮炼布等）等品种。有时也采用两种或两种以上纤维混杂料作增
材料成型技术基础试题及答案 ()
华侨大学材料成型技术基础考试试题及答案 1、高温的γ－Fe是面心立方晶格。其溶碳能力比α－Fe大，在1148℃时溶解度最大达到 2.11 ％。 2、铸件上的重要工作面和重要加工面浇注时应朝下。 3、球墨铸铁结晶时，决定其基体组织是共析石墨化过程；为使铸铁中的石墨呈球状析出，需加入稀 土镁合金（材料），这一过程称为球化处理。 4、单晶体塑性变形的主要形式是滑移变形，其实质是位错运动。 5、如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，应采取多次拉深工艺，并应进行再结晶退 火。 5、镶嵌件一般用压力铸造方法制造，而离心铸造方法便于浇注双金属铸件。 6、锤上模锻的锻模模膛根据其功用不同，可分为模锻模膛、制坯 模膛两大类。 7、设计冲孔模时，应取凸模刃口尺寸等于冲孔件尺寸；设计落料模时，凹模刃口尺寸应等于落 料件尺寸，凸模刃口尺寸等于落料件尺寸减去模具间隙Z 。 8、焊接接头是由焊缝区，熔合区，及焊接热影响区组成。 9、埋弧自动焊常用来焊接长直焊缝和环焊缝。 10、要将Q235钢与T8钢两种材料区分开来，用 B 方法既简便又准确。 A、拉伸试验 B、硬度试验 C、弯曲试验 D、疲劳试验 11、在材料塑性加工时，应主要考虑的力学性能指标是 C 。 A 、屈服极限 B、强度极限 C、延伸率 D、冲击韧性 12、亚共析钢合适的淬火加热温度范围是 B 。 A、Ac1+30～50℃ B、Ac3+30～50℃ C、Acm+30～50℃ D、Accm+30～50℃ 13、有一批大型锻件,因晶粒粗大,不符合质量要求。经技术人员分析,产生问题的原因是 A 。 A、始锻温度过高; B、终锻温度过高; C、始锻温度过低; D、终锻温度过低。 14、模锻件的尺寸公差与自由锻件的尺寸公差相比为 D 。 A、相等 B、相差不大 C、相比要大得多 D、相比要小得多 15、铸件的质量与其凝固方式密切相关，灰铸铁的凝固倾向于A，易获得密实铸件。 A、逐层凝固 B、糊状凝固 C、中间凝固 16、铸件的壁或肋的连接应采用C。 A、锐角连接 B、直角连接 C、圆角连接 D、交叉连接 17、下列焊接方法中, B 可不需另加焊接材料便可实现焊接; C 成本最低。 气体保护焊D、氩弧焊 A、埋弧自动焊 B、电阻焊 C、CO 2 1、细化晶粒可提高金属的强度和硬度，同时可提高其塑性和韧性。（√） 2、由于T13钢中的含碳量比T8钢高，故前者的强度硬度比后者高。（×） 3、当过热度相同时, 亚共晶铸铁的流动性随着含碳量的增多而提高。(√ ) 4、共晶成分合金是在恒温下凝固的, 结晶温度范围为零。所以, 共晶成分合金只产生液态收缩和固态收缩,而
玻璃钢化工设备-喷射缠绕成型工艺
玻璃钢化工设备 喷射缠绕成型工艺 玻璃钢化工设备成型工艺目前可简述为喷射缠绕成型，“喷衬工艺”为使用喷枪喷射技术制作玻璃钢化工设备内衬成型的工艺。“衬”为玻璃钢化工设备的内衬，内衬层结构上分为内衬层和过渡层，主要作用为防腐防渗。玻璃钢化工设备结构由防腐防渗内衬层、增强结构层、外表抗老化层组成。确保不仅良好的耐介质腐蚀性，又具有足够的物理机械性能，满足不同的介质工况需求。采用无碱玻璃纤维高张力、多层次、多角度、加强型缠绕，满足有机、无机溶剂及具有化学、电化学腐蚀性介质的储存、中转和生产等需要，满足非电解质流体的中转、输送、消除静电的需要，满足各式支承剪切及掩埋与荷载的力学要求。玻璃钢的可塑性强、设计灵活性大、化工设备容器壁物理结构性能优异。成熟的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容器、塔器等的物理化学性能，以适应不同介质工况条件的需要。通过调整结构层厚度、缠绕角和壁厚结构的设计来调整设备本体的承载能力，适应不同压力等级、容积大小，以及某些特殊性能的玻璃钢容器、塔器的需要，是其它同性的金属材料无法比拟。 玻璃钢制品耐腐蚀、防渗漏、耐候性好、使用寿命长。玻璃钢具有优越的耐腐蚀性能，在贮存各种腐蚀性介质时，玻璃钢显示出其他材料所不及的优越性，可以储存各种不同的酸、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目前国内成熟
的机械化生产工艺，具有空前的优势。 喷衬工艺的优点： 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： 1、材料准备：原材料主要为树脂和无碱玻璃纤维。 2、模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。 3、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： 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。
《材料成形技术基础》习题集标准答案
《材料成形技术基础》习题集答案
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填空题 1．常用毛坯的成形方法有铸造、、粉末冶金、、、非金属材料成形和快速成形. 2.根据成形学的观点,从物质的组织方式上,可把成形方式分为、、 . 1．非金属材料包括、、、三大类. 2．常用毛坯的成形方法有、、粉末冶金、、焊接、非金属材料成形和快速成形作业2 铸造工艺基础 2-1 判断题（正确的画O，错误的画×） 1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。因此，浇注温度越高越好。（×） 2．合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。（O） 3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。（O） 4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。（O） 5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。（×） 6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能。（×）7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。（O） 8．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。（O） 2-2 选择题 1．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（D）。 A．减弱铸型的冷却能力； B．增加铸型的直浇口高度； C．提高合金的浇注温度； D．A、B和C； E．A和C。 2．顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适合于（D），而同时凝固适合于（B）。 A．吸气倾向大的铸造合金； B．产生变形和裂纹倾向大的铸造合金； C．流动性差的铸造合金； D．产生缩孔倾向大的铸造合金。 3．铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是（D）；消除铸件中机械应力的方法是（C）。 A．采用同时凝固原则； B．提高型、芯砂的退让性； C．及时落砂； D．去应力退火。 4．合金的铸造性能主要是指合金的（B）、（C）和（G）。 A．充型能力；B．流动性；C．收缩；D．缩孔倾向；E．铸造应力；F．裂纹；G.偏析；H.气孔。
注塑成型工艺流程及工艺参数
注塑成型工艺流程及工艺参数 塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充——保压——冷却——脱模等4个阶段，这4个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。 1、填充阶段 填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。理论上，填充时间越短，成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。 高速填充。如图1-2所示，高速填充时剪切率较高，塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形，使整体流动阻力降低；局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。因此在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充的体积大小。即在流动控制阶段，由于高速填充，熔体的剪切变稀效果往往很大，而薄壁的冷却作用并不明显，于是速率的效用占了上风。λ 低速填充。如图1-3所示，热传导控制低速填充时，剪切率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。由于热塑料补充速率较慢，流动较为缓慢，使热传导效应较为明显，热量迅速为冷模壁带走。加上较少量的粘滞加热现象，固化层厚度较厚，又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。λ 由于喷泉流动的原因，在流动波前面的塑料高分子链排向几乎平行流动波前。因此两股塑料熔胶在交汇时，接触面的高分子链互相平行；加上两股熔胶性质各异（在模腔中滞留时间不同，温度、压力也不同），造成熔胶交汇区域在微观上结构强度较差。在光线下将零件摆放适当的角度用肉眼观察，可以发现有明显的接合线产生，这就是熔接痕的形成机理。熔接痕不仅影响塑件外观，同时由于微观结构的松散，易造成应力集中，从而使得该部分的强度降低而发生断裂。 一般而言，在高温区产生熔接的熔接痕强度较佳，因为高温情形下，高分子链活动性较佳，可以互相穿透缠绕，此外高温度区域两股熔体的温度较为接近，熔体的热性质几乎相同，增加了熔接区域的强度；反之在低温区域，熔接强度较差。 2、保压阶段 保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。 在保压阶段，由于压力相当高，塑料呈现部分可压缩特性。在压力较高区域，塑料较为密实，密度较高；在压力较低区域，塑料较为疏松，密度较低，因此造成密度分布随位置及时间发生变化。保压过程中塑料流速极低，流动不再起主导作用；压力为影响保压过程的主要因素。保压过程中塑料已经充满模腔，此时逐渐固化的熔体作为传递压力的介质。模腔中的压力借助塑料传递至模壁表面，有撑开模具的趋势，因此需要适当的锁模力进行锁模。涨模力在正常情形下会微微将模具撑开，对于模具的排气具有帮助作用；但若涨模力过大，易造成成型品毛边、溢料，甚至撑开模具。因此在选择注塑机时，应选择具有足够大锁模力的注塑机，以防止涨模现象并能有效进行保压。 3．冷却阶段 在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。由于冷却时间占整个成型周期约70%～80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。 根据实验，由熔体进入模具的热量大体分两部分散发，一部分有5%经辐射、对流传递到大气中，其余95%从熔体传导到模具。塑料制品在模具中由于冷却水管的作用，热量由模腔中的塑料通过热传导经模架传至冷却水管，再通过热对流被冷却液带走。少数未被冷却水带走的热量则继续在模具中传导，至接触外