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1、2019/7/7,机械制造技术,1,工程塑料-橡胶-陶瓷-复合材料,第4章 非金属材料的成形,2019/7/7,机械制造技术,2,4.1 高分子材料的成形 4.2 陶瓷材料的成形 4.3 复合材料的成形 4.4 成形技术的新进展,4。3、复合材料成形,3.1 复合材料成形特点 1）材料的复合过程与制品的成形过程同时完成； 2）复合材料具有的可设计性以及材料和制品一致性的特点，都是由不同的成形工艺赋予的，因此应当根据制品的结构形状和性能要求来选择成形方法。 复合材料的成形工艺主要取决于复合材料的基体。般情况下，其基体材料的成形工艺方法也常常适用于以该类材料为基体的复合材料，特别是以颗粒、晶须及短
2、纤维为增强体的复合材料。,4.2.1 树脂基复合材料成形 1. 热固性树脂基复合材料的成形 热固性树脂基复合材料以热固性树脂为基体，以无机物、有机物为增强材料。 1）手糊成形。 该法以手工作业为主，其工艺流程如下：,手糊成形可用于制造船体、储罐、储槽、大口径管道、风机叶片、汽车壳体、机翼、火箭外壳等大中型制件。,4.3.1 复合材料成形技术,2019/7/7,机械制造技术,5,手糊成形及加压方法,2）喷射成形。 该法是将调配好的树脂胶液与短切纤维通过喷射机的喷枪均匀喷射到模具上沉积，每喷一层，即用棍子滚压，使之压实、浸渍并排出气泡，再继续喷射，直至完成坯件制作，最后固化成制品，如图所示。 喷射
3、法可用于成形船体、容器、汽车车身、机器外罩、大型板等制品。,4.3.1 复合材料成形技术,2019/7/7,机械制造技术,7,热固性树脂基复合材料喷射成形,喷射成形原理图,3）铺层法成形。 用手工或机械手，将预浸材料(将连续纤维或织物、布浸渍树脂，烘干而成的半成品材料，如胶布、无纬布、无纬带等)按预定方向和顺序在模具内逐层铺贴至所需厚度(或层数)，获得铺层坯件，然后将坯件装袋，经加热加压固化，脱模修整获得制品。铺层坯件的加温加压固化方法通常有真空袋法、压力袋法、热压罐法等，如图所示。,4.3.1 复合材料成形技术,图6-20 铺层加压固化方法示意图 a)手糊成形 b)真空袋法 c)压力袋法 d
4、)高压釜法,2019/7/7,机械制造技术,11,复合材料层压成形流程,烘干,剪裁,叠块,层压,脱模,修理,树脂,连接片状增强材料干燥处理,浸渍,层压成形工艺流程,4）缠绕法成形。 是采用预浸纱带、预浸布带等预浸料，或将连续纤维、布带浸渍树脂后，在适当的缠绕张力下，按一定规律缠绕到一定形状的芯模上至一定厚度，经固化脱模获得制品的一种方法。 5）模压成形。 模塑料、预浸料以及缠绕在芯模上的缠绕坯料等在金属模具中，在压力和温度作用下经过塑化、熔融流动、充满模腔成型固化而获得制品。模压成形工艺按成形方法可分为压制模压成形、压注模压成形与注射模压成形。,4.3.1 复合材料成形技术,返回文档,缠绕法成
5、形,纤维,树脂,梭子,型芯,7）离心浇注成形。 利用筒状模具旋转产生的离心力将短切纤维连同树脂同时均匀喷洒到模具内壁形成坯件，或先将短切纤维毡铺在筒状模具的内壁上，再在模具快速旋转的同时，向纤维层均匀喷洒树脂液浸润纤维形成坯件，坯件达到所需厚度后通热风固化。,6）层压成形。 将纸、棉布、玻璃布等片状增强材料，在浸胶机中浸渍树脂，经干燥制成浸胶材料，然后按层压制品的大小，对浸胶材料进行裁剪，并根据制品要求的厚度(或质量)计算所需浸胶材料的张数，逐层叠放在多层压机上，进行加热层压固化，脱模获得层压制品。,4.1 复合材料成形技术,2019/7/7,机械制造技术,15,8）拉挤成形 将浸渍过树脂胶液
6、的连续纤维束或带，在牵引机构拉力作用下，通过成形模定形，再进行固化，连续引拔出长度不受限制的复合材料管、棒、方形、工字形、槽形，以及非对称形的异形截面等型材。,2019/7/7,机械制造技术,16,热塑性树脂基复合材料成形过程主要由加热熔融、流动成形和冷却硬化三个阶段组成。已成形的坯件或制品，再加热熔融后还可以二次成形。粒子及短纤维增强的热塑性树脂基复合材料可采用挤出成形、注射成形和模压成形，其中，挤出成形和注射成形占主导地位。,2. 热塑性树脂基复合材料的成形,2019/7/7,机械制造技术,17,压注成形,金属基复合材料是以金属为基体，以纤维、晶须、颗粒、薄片等为增强体的复合材料。 1.
7、颗粒增强金属复合材料成形 1）粉末冶金法。 2）铸造法。 一边搅拌金属或合金熔融体，一边逐步投入增强体，使其分散混合，形成均匀的液态金属基复合材料，然后采用压力铸造、离心铸造和熔模精密铸造等方法形成金属基复合材料。 3）加压浸渍。 将颗粒、短纤维或晶须增强体制成含一定体积分数的多孔预成形坯体，将预成形坯体置于金属型腔的适当位置，浇注熔融金属并加压，使熔融金属在压力下浸透预成形坯体，冷却凝固形成金属基复合材料制品。,4.2.2 金属基复合材料成形,1）扩散结合法。 按制件形状及增强方向要求，将基体金属箔或薄片，以及增强纤维裁剪后交替铺叠，然后在低于基体金属熔点的温度下加热加压并保持一定时间，基体
8、金属产生蠕变和扩散，使纤维与基体间形成良好的界面结合，获得制件。 2）熔融金属渗透法。在真空或惰性气体介质中，使排列整齐的纤维束之间浸透熔融金属。 3）等离子喷涂法。在惰性气体保护下，等离子弧向排列整齐的纤维喷射熔融金属微粒子。,2. 纤维增强金属基复合材料成形,a)金属箔复合法 b)金属无纬带重叠法 c)表面镀有金属的纤维结合法,扩散结合法工艺,2019/7/7,机械制造技术,21,在真空或惰性气体介质中，使排列整齐的纤维束之间浸透熔融金属。,熔融金属渗透法,熔融金属渗透法,a)毛细管上升法 b)压力渗透法 c)真空吸铸法,熔融金属渗透法示意图,2019/7/7,机械制造技术,23,纤维束预
9、制浸透成形工艺,1）轧合。 将不同的金属层通过加热、加压轧合在一起，形成整体结合的层压包覆板。 2）双金属挤压。 将由基体金属制成的金属芯置于由包覆用金属制成的套管中，组装成挤压坯，在一定压力、温度条件下挤压成带无缝包覆层的线材、棒材、矩形和扁型材等。 3）爆炸焊合。这是一种焊接方法，利用炸药爆炸产生的爆炸力使金属叠层间整体结合成一体。,3.层合金属基复合材料的成形 层合金属基复合材料是由两层或多层不同金属相互紧密结合组成的材料。其成形方法有轧合、双金属挤压、爆炸焊合等。,4.1 复合材料成形技术,2019/7/7,机械制造技术,25,加压铸造法成形技术,2019/7/7,机械制造技术,26,
10、涡轮叶片熔模真空铸造,2019/7/7,机械制造技术,27,液态搅拌复合铸造成形,2019/7/7,机械制造技术,28,半固态复合浆料连续制备及成形,2019/7/7,机械制造技术,29,半固态复合搅熔铸造成形工艺,2019/7/7,机械制造技术,30,喷射复合铸造工艺成形,2019/7/7,机械制造技术,31,离心铸造机及成形,1.粉末冶金法 2.料浆浸渗法 将纤维增强体编织成所需形状，用陶瓷浆料浸渗，干燥后进行烧结。 3.料浆浸渍热压烧结法 将纤维或织物增强体置于制备好的陶瓷粉体浆料里浸渍，然后将含有浆料的纤维或织物增强体制成一定结构的坯体，干燥后在高温、高压下热压烧结为制品。,3.1 陶
11、瓷基复合材料的成形 用陶瓷作基体，用纤维、晶须或颗粒作增强物所形成的复合材料称为陶瓷基复合材料。,4.2.3 陶瓷基复合材料的成形,2019/7/7,机械制造技术,33,浆料压制烧结工艺成形流程,增强材料与基体粉末混合浆料,冷压,粉浆浇注,热压,超声或搅拌均匀分散,烧结,干燥,2019/7/7,机械制造技术,34,浆料浸渍热压成形工艺,5.溶胶凝胶法 用溶胶凝胶法制备复合材料是将基体组元形成溶液或溶胶，然后加入增强材料组元(颗粒、晶须、纤维或品种)，经搅拌使其在液相中均匀分布，当基质组元凝胶后，这些增强材料组元则稳定在均匀分布的基质材料中，经干燥或一定温度的热处理，然后压制烧结即可形成复合材料
12、。,4.化学气相渗透工艺 将增强纤维编织成所需形状的预成形体，并置于一定温度的反应室内，然后通入某种气源，在预成形体孔穴的纤维表面上产生热分解或化学反应，沉积出所需陶瓷基质，直至预成形体中各孔穴被完全填满，获得高致密度、高强度、高韧度的制件。,4.4复合材料成形技术,2019/7/7,机械制造技术,36,化学气相渗透法(CVI)成形工艺,2019/7/7,机械制造技术,37,碳/碳复合材料是由碳纤维及其制品(碳毡或碳布)增强的碳基复合材料。 根据碳/碳复合材料使用的工况条件、环境条件和所要制备的具体构件，可以设计和制备不同结构的碳/碳复合材料。另外，还可用不同编织方式的碳纤维作增强材料，做成预
13、成型体，如分别为三维、四维、五维编织碳碳复合材料预成形体。,4.2.4 碳/碳基复合材料的成形,a)三维结构 b)四维结构 c)五维结构,碳/碳复合材料预成形体,基体碳可通过化学气相沉积或浸渍高分子聚合物碳化来获得。 碳/碳复合材料CVD工艺的原理是通过气相的分解或反应生成固态物质，并在某固定基体上成核并生长。 碳碳复合材料液态浸渍碳化工艺可获得基体碳中的树脂碳和沥青碳。一般在最初的浸渍碳化循环时采用酚醛树脂浸渍，在后阶段则采用呋喃脂/沥青混合浸渍剂。,4.4复合材料成形技术,2019/7/7,机械制造技术,40,4.4成形技术新进展,4.4.1工程塑料成形技术 1、反应注射成形 2、粉末回转成形 4.4.2陶瓷材料成形技术 4.4.3复合材料成形技术,思考题： 1.塑料的成形工艺性主要表现在哪些方面？ 2.常见注射机主要由哪几部分构成？ 3.塑料成形方法主要有哪些？适用的范围如何？ 4.陶瓷制品的生产过程包括哪些内容？主要成形方法有哪些？,返回文档,a)实心注浆 b)空心注浆 c)离心注浆 图6-13 注浆成形,a)单向加压 b)双向加压图 6-14 干压成形的密度梯度,返回文档,a)湿式 b)干式 图6-15 冷等静压成形,返回文档,图6-16 热压成形烧结示意图,返回文档,图6-17 流延成形,图6-18 轧膜成形,