成型加工实验（共9篇）
成型加工实验 篇1
《高分子材料成型加工实验》是本科高分子材料与工程专业的一门重要实验课专业课程。其教学目标是课程的学习让学生了解和掌握影响高分子材料加工性能和使用性能的物理化学因素,熟悉各种助剂的作用及高分子材料配方设计。通过实验教学提高学生的实验技术和解决实际问题的能力。由于该门课程实验涉及的原理、知识、仪器设备较多,如何让学生在有限的时间内掌握材料的加工和正确使用仪器,一直是高分子专业教师关注的问题,笔者就该课程教学改革进行了探索,现将方法与结果报道如下。
1 课程教学改革探索
1.1 精心选择项目,增加具有地方产业特色的高分子材料加工课程内容
国内的高分子材料加工课程教材版本少,且这些教材与本校化学实验教学中心现有的设备不配套,无法较好地开展教学;为此,笔者在教学过程中,精心选择项目,增加具有地方产业特色的教学内容,改革后一共开设了14个实验,共96个课时,主要内容如下。
1.1.1 高分子材料的成型工艺性能实验
高聚物塑化性能测定、热塑性塑料熔体流动性测定、高分子材料老化性能实验。
1.1.2 高分子材料和制品性能实验
塑料维卡软化点测定实验、高分子材料力学性能实验、高分子材料燃烧实验、乳胶涂料的制备及性能测试实验。
1.1.3 高分子材料成型加工实验
聚乙烯改性的挤出造粒实验、注塑成型实验、PVC的模压成型实验、天然橡胶硫化成型实验、塑料吹瓶成型实验、塑料吹塑薄膜成型实验、环氧树脂手糊成型实验。
其中PVC的模压成型实验、环氧树脂手糊成型实验、天然橡胶硫化成型实验、高分子材料老化性能实验、乳胶涂料的制备及性能测试实验都是根据本校的实验设备和教师研究课题内容重点安排的实验。
1.2 改革教学内容,突出培养学生技能
传统的实验缺乏系统性和科学性,单个、小型的实验教学多,内容分散,没有注重承上启下的连贯性、综合性、复杂性。为此,在改革中,笔者对这14个实验的内容的进行了合理的时间安排,其中每周有一天时间是在完成这个成型加工实验,分3个老师带实验,每个老师带4～5个实验,学生也分成12组,每天上午、下午每个小组各做一组实验,实验时间比较充裕,每组实验人数3～4人,学生人数少,便于观看老师演示,学生能每人操作一遍,有问题时老师也能及时辅导,实验比较紧凑,改革后的实验路线安排为:聚乙烯改性的挤出造粒实验—注塑成型实验—力学性能实验—材料燃烧实验—维卡软化点测定实验;天然橡胶硫化成型实验—力学性能实验—老化性能实验—力学性能实验;高聚物塑化性能测定—热塑性塑料熔体流动性测定—塑料吹塑薄膜成型实验;PVC的模压成型实验—力学性能实验—材料燃烧实验;环氧树脂手糊成型实验—力学性能实验—材料燃烧实验;即紧紧围绕“高分子材料—成型加工—制品性能”这条主线来展开,使学生明白材料制品的性能不仅与结构相关,还受成型工艺条件的影响。有些改革后的实验教学,如说力学性能测定,材料燃烧实验等,经过多次实验后,学生能更好地掌握仪器的操作和理论知识,为后面的综合设计实验和毕业论文设计打下基础。
1.3 改革教学方法,调动学生的学习积极性与主动性
材料成型加工实验是一门理论与实践相结合的实验,实验内容多,理论多,设备多,如何在短期内让学生掌握成型加工的原理及仪器操作是一件不简单的事情,因此改革教学方法是很重要的,既能让学生学到东西又不觉得反感。这方面主要做了如下改革。
1.3.1 问题式教学改革
问题式教学方法是20世纪50年代美国著名心理学、教育学家杰罗姆·布鲁纳提出来的。所谓的问题式教学法就是以提出问题→分析问题→解决问题为主线,并把这一主线始终贯穿整个教学过程。由任课老师先提出问题,学生带着问题自学教材查阅资料去理解问题,通过学生之间相互讨论,教师根据讨论的情况,有针对性,准确地引导学生解决问题[1]。这一方法使学生在解决问题的过程中获取知识,改变了以传统的知识传授为起点的教育模式,转向以问题解决为起点的教育模式。教学实践证明重视问题的提出和思维动机的激发是优化实验教学的一条有效途径[1]。我校任课教师把每个实验涉及的理论知识、实验过程中可能出现的问题,如何解决实验过程中出现的问题等编成预习报告让学生完成,学生需要查阅资料才能完成,这样达到了预习的目的,改变了传统教学中填写预习报告,很多学生都是只是把课本的内容抄写一遍,根本就没有动脑,上实验课时依然一问三不知;在实验过程中,由于学生已经查阅了资料,对于过程中出现的问题多少有所了解,再加上老师的演示和讲解,很多问题迎刃而解,也加深了学生的记忆。
1.3.2 多媒体融入传统教学
在实验室安装了多媒体教室,利用多媒体提高教学效果。多媒体有如下优点。
(1)多媒体的交互性,激发学生学习的兴趣和充分体现了学生的主体作用。
(2)多媒体提供的外部刺激性的多样性,有利于学生对知识的获取。播放一些往届学生到企业见习、实习的视频,让学生充分了解企业生产与成型加工实验的相关性。
(3)多媒体的资源丰富,有利于培养学生的创新精神和发现式学习。
1.3.3 改变落后的教学模式,充分发挥学生的学习主动性
改革之前的《高分子材料成型加工实验》课的教学模式上还是填鸭式教学,都是讲述实验原理和目的,设备原理,实验原料的准备,实验设备的参数设定,再由老师演示操作,学生只是依葫芦画瓢,按部就班地进行,缺乏主动性,当学生要进行综合实验和毕业论文实验时,一大堆问题就暴露出来了,学生完全忘记实验设备如何操作,导致实验教师的工作量加大,设备的维修率升高。因此,我们改变了这种传统的教学模式,一些重要的实验项目,比如注射成型,模压成型、挤出成型、吹塑成型的等成型加工工艺时,即使任课老师在理论课上进行了视频教学,但是学生还是难理解,如对于注射成型整个工艺过程,工艺步骤多,学生容易混淆。因此,在教学过程中,我们改变教学模式,充分发挥学生的学习主动性,如在实验指导过程中,我们不仅仅要求由教师设置好合理正确的参数,还要求教师尽量地改变参数让学生了解参数不对的情况下出现什么情况,如何进行调整参数才能注塑出好的样品,如当制品出现充模不全,难以脱模等不良注塑现象时,如何改变注塑成型工艺,如料筒温度,注射压力,注射速度,保压时间等,重新进行实验操作,直到得到一个良好的塑料制品。让学生现场了解设备的操作规程和实验注意事项。
1.4 完善考核制度
一种好的考核制度能公平、公正地评价学生的学习成绩,还能增强学生学习的主动性,为了能更好地评价学生,我们改革实验考核制度,将考核内容分为四部分。
(1)实验预习报告占20%,实验预习报告是由老师编辑出来的讲义,我们要求学生能完成讲义的填写,同时提供所查阅的参考文献。
(2)课堂表现占30%,课堂表现主要检查学生在在上课过程中能否积极参与讨论,能否回答老师提出来的问题,实验过程中是否按照实验规程操作,有没有得到预期的产品,产品的质量如何,实验过程中有没有损坏仪器以及安全状况等。
(3)实验报告占10%,主要包括实验数据的处理,分析实验中存在的问题,完成课后思考题。
(4)实验考试占40%,在期末考试中安排的是闭卷考试,时间为120分钟,试题的内容不仅仅包括实验操作内容,实验注意事项,还包括了实验涉及的理论知识,试题分为选择题、判断题、简答题、数据结果处理及分析。
上述改革充分调动学生学习的积极主动性,不仅学会实验操作,还巩固了理论知识,为后面开设的综合实验设计以及毕业设计打下坚实的基础。
2 重视“双师型”教师的培养
对于师范类本科高校来讲,青年教师大都是从校门到校门的双门型教师,他们的基础理论扎实,充满活力,富于创造性,但缺少现代工程意识、训练和实践经验。因此,加强年轻教师工程实践能力的培养,培养一支具有丰富实践经验的“双师型”师资队伍势在必行,教师不仅要有扎实理论基础知识,还要能够胜任引导学生熟悉生产岗位操作、相关设备的性能、使用领域等[2]。在改革过程中,通过学校选派青年骨干教师到一线生产企业锻炼,让教师到相关企业服务的同时,不断丰富自己的工程实践经验;另外还从工程领域引进具有相应学历的经验丰富的生产科研专家;通过“双师型”教师的培养弥补教师实践指导能力上的缺陷。
3 结语
高分子材料成型加工实验是非常重要的实验,经过多年的改革、实践、摸索、优化,笔者所在广西师范学院已经形成了自己独特的教学模式。目前已累计培养高分子材料与工程专业本科毕业生6届,学生毕业后很快就适应了工作岗位的需求,学校已成为广西高分子聚合物工业和高分子材料成型加工业人才培养的重要基地[3]。为广西“14+10”千亿元产业和战略性新兴产业及北部湾经济区开发建设培养优秀的高分子材料与工程专业的人才做出了杰出贡献。
摘要：高分子材料成型加工实验是高分子材料与工程专业的一门重要实验课,笔者根据多年实验教学经验,从优化实验教学内容,改进教学方法等多方面对该课程实行教学改革。通过改革提高非师范类学生在高分子材料成型加工方面的实际工作能力,以适应其就业需求。
关键词：高分子材料,成型加工,教学改革
参考文献
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[2]张建耀,钟世云.基于实践的应用型本科院校“高分子材料成型加工实验”教学模式的探索研究[J].大学教育,2013(11):91-92.
[3]莫羡忠,韦平,于淑娟,等.高分子材料与工程专业认识实习的探索与实践[J].广西师范学院学报:自然科学版,2013,30(6):112-1 15.
成型加工实验 篇2
三、常见加工方法介绍: NCT(数控机床)加工 数控机床加工原理: 数控机床是一种能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床,加工过程所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代号来表示,通过控制介质(如纸带或磁盘)将数字信息送入专用的或通用的计算器,计算器对输入的信息进行处理和运算,发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行组件,使机床自动加工出所需要的工件或产品.数控机床常见用途: 下料,冲网孔,冲凸包,切边,打凸点,压筋,压线,抽孔 数控机床的加工精度: +/-0.1mm NCT(数控冲床)加工的工艺处理及注意事项: 1.在距边缘的距离小于料厚时,冲方孔会导致边缘被翻起,方孔越大翻边越明显,此时常常考虑LASER二次切割.2.NCT冲压的孔与孔之间,孔与边缘之间的距离不应过小,其允许值如表;材料 冲圆孔 冲方孔 硬钢 0.5t 0.4t 软钢,黄铜 0.35t 0.3t 铝 0.3t 0.28t NCT冲压的最小孔径如表: 材料 冲圆孔 冲方孔 硬钢 1.3T 1.0T 软钢,黄铜 1.0T 0.7T 铝 0.8T 0.6T 注：T表示料厚
3.抽孔:NCT抽孔离边缘最小距离为3T,两个抽孔之间的最小距离为6T,抽孔离折弯边(内)的最小安全距离为3T+R,如偏小则须压线处理.4.经现场测试,NCT冲半剪凸点的高度不超过0.6T,如大于0.6T则极易脱落.镭射加工 镭射加工原理: Laser是由Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的前缀缩写而成.原意为光线受激发放大,一般译为激光(也称激光).激光切割是由电子放电作为供给能源,通过He、N2、CO2等混合气体为激发媒介,利用反射镜组聚焦产生激光光束,从而对材料进行切割.在由程控的伺服电机驱动下,切割头按照预定路线运动,从而切割出各种形状的工件。镭射机常见用途: 下料,割外形,二次切割,割线,割异形孔 镭射机的加工精度:+/-0.1mm LASER加工的工艺处理及注意事项: 1.在割五金件底孔时,必须加大0.05mm.因为在切割起点与终点时会留有微小的接点.例 : 底孔为Φ5.4应割成Φ5.45（注:五金件的底通常用NCT或模具加工,以保证加工精度.）2.割工艺孔时宽度一般大于0.5mm, 越小毛刺越明显.3.在从平面到凸包的斜面作二次切割时,速度必须很慢,实际上与 切割等厚材料类似.4.LASER为热加工,割网孔及薄材受热影响, 容易使工件变形.5.所有工件的锐角如没有特别要求在LASER加工时,必须按R0.5mm倒圆角.折床加工 折床加工原理: 将上、下模分别固定于折床的上、下工作台,利用液压传输驱动工作台的相对运动,结合上、下模的形状,从而实现对板材的折弯成形.一般分为上动式和下动式.折弯加工顺序的基本原则:由内到外进行折弯.由小到大进行折弯.先折弯特殊形状,再折弯一般形状.前工序成型后对后继工序不产生影响或干涉.折床常见用途: 成型,抽凸包,压垫脚,压线,压印字,铆钉,铆静电导轨,压接地符,抽孔,铆合,压平,压三角补强等.
折床的加工精度: 一折: +/-0.1mm 二折: +/-0.2mm 二折以上: +/-0.3mm 常见折刀形状: 常见V槽形状: 注意:选用什么样的V槽与材料的厚度和折弯的形状有关系 孔到折弯边的最小距离
板料厚度 0.6～0.8 0.9～1.0 1.1～1.2 1.3～1.4 1.5 1.6～2.0 2.2～2.4 最小距离 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 5.5 以上尺寸是孔到内折弯边的距离,如果超过这个距离则折弯会引起孔变形,在这种情况下,可以通过其他加工方式来解决变形问题,如先折弯,后用镭射割孔,或者压线割线处理,或者直接开模具生产,担这样会增加加工成本,在条件允许的情况下,设计的时候尽量满足这些最小距离 钳加工
钳加工的常见种类: 1.铆钉机 用途: 铆螺母 铆导向销 铆螺柱
铆防静电手腕座 铆螺钉 所用模具: 铆合模
钳加工的常见种类: 2.攻牙机, 用途: 攻丝(攻牙)所用模具: 丝锥
钳加工的常见种类: 3.抽孔机, 用途: 翻边抽孔 所用模具: 上模 ,冲子, 凹模 钳加工的常见种类: 4.拉丝机, 用途: 表面拉丝 所用模具: 砂带(不同规格)钳加工的常见种类: 4.整平机, 钳加工的常见种类: 5.钻孔机 用途: 钻孔 所用模具: 钻头 模具加工 模具加工的特点: 1.快捷 2.精度高
3.适用于大批量生产 4.成本低 5.尺寸管控好 模具的分类: 1.落料模 2.成型模 3.整平模 4.压铆模 5.连续模
一般模具示意图,一般零件都由好几套模具连续生产而成型.表面处理 1.电镀: 通过化学反应,在材料表面附上一层其他金属,用来增加金属的防腐蚀性能,且能达到一定的美化外观作用,是常用的一种表面处理方式,如:电镀锌,电镀镍等.2.烤漆: 通过喷涂,高温烘烤等方式,在材料表面喷上一层各种颜色的涂料,用来美化外观,且能增加材料的防腐蚀性能.是常用的表面处理方式,一般有液体烤漆和粉体烤漆两种,其中粉体烤漆最常见.如烤华为蓝,华为黑等,烤漆表面是不导电的.有EMC要求的区域不允许烤漆.3.丝印: 在材料表面丝印上各种标识的工艺,一般有平板丝印和移印两种方式,主要原理与照相机菲林成像原理一样,也是一个曝光的过程.平板丝印主要用于一般平面上,但如果遇上有较深的凹坑的地方,就需要用到移印.4.表面拉丝
将材料放在拉丝机的上下绲轮之间,绲轮上附着有砂带,通过电机带动,让材料通过上下砂带,在材料表面拉出一道道痕迹,根据砂带的不同,痕迹粗细也不相同,主要作用是美化外观.一般都是铝材才考虑用拉丝的表面处理方式.5.喷砂: 通过喷砂机的风力将砂粒打到工件表面上,在工件表面形成一层密布的凹坑,主要作用是去除工件表面的脏污,增加工件表面的附着力,为后续表面处理方式做准备,在我们公司不常用.6.氧化: 将工件表面的金属氧化,在工件表面形成一层致密的保护膜,增加工件的防腐蚀性.一般有化学氧化和阳极氧化两种方式,是一种常用的表面处理方式,如散热器表面的阳极氧化发黑.钣金连接方式 常见钣金连接方式: 1.铆钉铆合: 这种铆钉常称为拉钉,将两块板材通过拉钉铆合在一起称之为拉铆,.常见铆合形状如图: 2.点焊: 工件组合后通过电极施加压力利用电流接头的接触面及附近区域产生电阻热进行焊接,点焊的总厚度不得超过8mm.3.抽孔铆合: 其中的一零件为抽孔,另一零件为沉孔,通过铆合模使之成为不可拆卸的连接体.优越性:抽孔与其相配合的沉孔的本身具有定位功能.铆合强度高,通过模具铆合效率也比较高.4.TOX铆合: 定义:通过简单的凸模将被连接件压进凹模.在进一步的压力作用下,使凹模内的材料向外”流动”.结果产生一个既无棱角,又无毛刺的圆连接点,而且不会影响其抗腐蚀性,即使对表面 有镀层或喷漆层的板件也同样能保留原有的防锈防腐特性,因为镀层和漆层也是随之一起变形流动.材料被挤向两边,挤进靠凹模侧的板件中, 从而形成TOX连接圆点.如下页图所示: 小结：
成型加工实验 篇3
在电火花成型加工中, 随着加工深度不断增加, 工具电极进入放电区域的时间是从端部向上逐渐减少的。实际上, 工件则壁主要依靠工具电极底部端面的周边加工出来的。因此加工造成的损耗也必然从底端向上逐渐减久形成损耗锥度。工具电极的损耗锥度反映到工件加工型面上, 即形成加工斜面[1]。故而工具电极的损耗直接影响到被加工件的尺寸精度和仿形精度, 因此研究与电极损耗有关的因素, 是十分重要的。
1 电极损耗的物理本质
从电火花加工原理可知, 在电火花加工中, 阳极和阴极表面分别受到电子和正离子的轰击, 在瞬时高温的作用下, 它们都会受到腐蚀。所以在对工件加工过程中, 不可避免地工具也要发生损耗。单位时间内工件的电蚀量称之为加工速度;单位时间内工具的电蚀量称之为工具损耗速度。单从损耗速度不能衡量出工具耐损耗的程度, 还要看同时能达到的加工速度。因此, 一般在生产实际中采用相对损耗θ作为衡量工具电极耐损耗的指标, 即
电火花加工是通过工具和工件放电时产生的高温来熔化、气化蚀除金属材料的。因此, 放电能量在两个电极上的分配对它们的电蚀量的影响是一个极为重要的因素。设单个脉冲放电能量为W p, 忽略击穿延时时间可得:
式中:为脉冲宽度 (s) ;为放电电压 (V) ;为放电电流 (A) 。
对于矩形放电波形, 的取值如下[2]:
式中:为峰值电流 (A) ;为正整数序列;为脉冲间隔 (s) 。
W p共消耗在三个地方:
(1) 传递给工件的能量。
(2) 传递到工具电极的能量。
(3) 工作液吸收能量。对加工没有贡献, 加工中应尽量减小这部分能量损耗。因此有:
单个脉冲能量中工具电极吸收的部分为
其中, 为工具电极的能量分配系数, 与电极对材料、极间介质、极间间隙等有关。
对于一段加工时间T, 工具电极吸收的能量可看成所有单个的总和[3],
此时, 工具的放电腐蚀量可表示为:
其中, 为比例系数, 与加工极性、极间介质、工具材料、工件材料、电极形状、加工时间以及脉冲电源的各项参数都有密切关系。
由于电火花放电的微观物理过程非常复杂, 每次火花腐蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。、与电极材料、极间间隙、工作液等许多因素有关, 而且放电产生的等离子通道中温度分布不均匀, 、的具体值很难确定。但从上面分析可知峰值电流, 脉冲宽度, 占空比对工具能量有着重要的影响。因此本文对这三个影响因素做了实验分析, 研究这三个因素对电极损耗的影响。
2 实验条件和实验内容
2.1 实验条件
机床:HCD300K型电火花机床, 控制柜型号为MD20。
工具电极:紫铜柱状电极, 直径为6.48mm。
工件采用4 5#钢。
工作液:电火花机床专业煤油。
加工极性:负极性加工。
2.2 实验内容
实验重点考虑的参数:脉冲宽度、峰值电流、占空比 (脉冲宽度与脉冲间隔之比) , 其他电加工试验参数设定根据机床本身要求给定。每次加工直径为6.4 8 m m, 深为2 m m的盲孔, 记录下加工所需时间和工具电极损耗的长度。
3 实验结果与分析
3.1 实验结果
实验加工参数如表1所示。
各组加工的实验结果及处理结果如表2所示。
3.2 实验分析
从上述实验结果可以看出, 工具电极相对损耗受到峰值电流、脉冲宽度、占空比共同的影响。
3.2.1 单因素分析
(1) 峰值电流:从前三组实验可以看出, 在其它加工条件相同的情况下, 随着峰值电流的增大, 电极相对损耗也增大, 如图1所示。这是因为在负极性加工中, 工具的损耗主要是由电子流的轰击造成的, 峰值电流的增大, 意味着电子流密度的增大, 造成了工具的较大损耗。另外, 峰值电流的增大也会引起电弧放电的增加, 造成工具的烧伤, 使工具相对损耗增大。再者, 脉冲峰值电流增大, 脉冲能量在短时间过于集中, 不利于“覆盖效应”的利用, 而且火花间隙变小, 间隙电容增大, 从而引起电极损耗的增加。
(2) 脉冲宽度:以第2、4及第5组实验结果比较可见, 在一定的加工条件下, 随着脉冲宽度的增大, 工具相对损耗迅速减小, 如图2所示。这是因为单位时间内脉冲放电次数减少, 使放电击穿引起电极。同时由于工具电极表面沉积的碳胶团厚度相应增加, 起到保护电极的作用并且脉冲宽度的增加使得放电间隙内的粘结现象增强, 这也起到了补偿工具损耗的作用, 最终致使阳极的蚀除减缓, 而此时阴极的蚀除量一直在按放电次数的增加按比例增大, 结果导致了工具相对损耗迅速减小。
(3) 占空比:比较第6、2及第7组实验结果, 一定脉宽时, 刚开始时占空比增大, 工具相对损耗变化不大, 这主要是因为随着占空比的增大, 脉冲频率提高, 工具损耗速度增大, 但同时加工速度也增大, 因此工具相对损耗变化不大。但占空比继续增大时, 即脉冲间隔时间减少, 使得电极表面温度升高, 有利于碳黑膜的形成, 从而电极损耗大幅度地降低。占空比总体上对相对电极损耗的影响如图3所示。
但占空比过大时, 使得放电间隙的电离状态来不及消除, 电蚀产物不能有效地扩散排除, 会产生电弧放电, 以致烧伤工件, 影响正常加工。所以, 实际加工过程中占空比的选择应根据具体情况, 灵活运用, 一般在粗加工和半精加工时, 占空比为1 0至2;精加工时为0.2至0.1[4]。
3.2.2 奇异数据分析
(1) 第2组和第8组实验结果分析。
按前面分析, 峰值电流的增加, 工具电极损耗理论上应该是增加的, 但从2、8组实验结果却出现了减小的现象。拿电极表面图 (图4) 比较可以看出, 第2组的电极表面较洁白, 而第8组的表面有明显的一碳黑层。这主要是由于第2组的脉冲间隔较大, 不利于在前一个放电点附近形成重复放电, 不易形成碳黑层。同时, 由于脉冲间隔较大, 脉冲频率变小, 加工速度变慢, 从而使得工具电极的相对损耗比第8组的损耗大。
(2) 第4组和第9组实验结果分析。
比较第9组和第4组的实验, 二者脉宽相同, 前者的峰值电流比后者的大, 同时, 前者的占空比后者小, 这两个因素都导致前者的工具电极相对损耗都比后者大, 但实验结果却是二者的工具电极相对损耗几乎相等。这是由于实验测量的是电极损耗的长度, 仅能获得单一方向上的电极损耗状态, 在径向方面没有考虑, 从图5可以看出, 由于一直没有修正和更换电极, 使得工具电极凸台, 则测出来的电极损耗应该比实际的小的多, 即测量问题导致了第4组和第9组的电极相对损耗相近的结果。
图5所示的工具电极成了明显的凸台的形状, 造成如此形状的原因是由于一直使用同一根电极加工, 工件表面不是很平整, 电极损耗各部位损耗不均匀, 而且工作液中的电蚀产物增加导致的二次放电, 使得工具电极的边角部分出现了严重的损耗, 故而工具电极形成了凸台状。用有明显凸台状的电极在加工时, 将导致加工中无法达到实际加工尺寸, 而且加工出的形状不能满足要求。因此, 有必要对电极进行修正或更换。若是不能进行修正或更换电极时, 只能通过电极损耗的在线补偿技术保证被加工件的尺寸精度和仿形精度。
4 结语
由实验结果可知, 这些实验基本上与符合一般情况下的电火花加工电极损耗的规律, 即在碳氢化合物为加工液, 采用负极性加工时, 小电流、宽脉冲、窄脉冲间隔都使电极损耗减少。在实际电火花加工中应根据加工的要求以及电极与工件材料、加工工艺指标、经济效果等因素来合理地转换和匹配电参数, 方能在粗加工中使工件蚀除速度最高, 工具电极损耗最小。
同时, 在模具型腔加工中, 加工了一段时间后, 电极将会出现明显的钝化, 形成明显的凸台状, 从直接影响到被加工件的尺寸精度和仿形精度, 因此应该及时修正或更换电极。由于在某些场合电极的损耗难以减小, 而且电极的修整或更换不可能频繁进行, 解决电极损耗问题的根本策略是电极损耗的在线补偿技术, 如采用电极等损耗加工的方法进行工具电极的补偿或利用数学工具计算, 对加工过程电极损耗进行数值仿真实现电极的补偿, 从而降低电极损耗, 使其满足被加工件的尺寸精度和仿形精度。
摘要：本文在进行了电火花机床加工盲孔的实验的基础上, 从实验结果分析了峰值电流、脉冲宽度和占空比对电极相对损耗的影响。并从实验加工后的电极形状出发, 说明了在不能修正和更换电极的情况下, 模具型腔加工中电极在线补偿的重要性。
关键词：电极损耗,峰值电流,脉冲宽度,占空比
参考文献
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[3]周勇, 刘正埙.电火花放电加工中工具电极损耗理论研究[J].电加工, 1998, 3, 16.
高分子材料加工成型原理作业 篇4
第二章 聚合物成型加工的理论基础
1、名词解释：牛顿流体、非牛顿流体、假塑性流体、胀塑性流体、拉伸粘度、剪切粘度、滑移、端末效应、鲨鱼皮症。
牛顿流体：流体的剪切应力和剪切速率之间呈现线性关系的流体，服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。
非牛顿流体：流体的剪切应力和剪切速率之间呈现非线性关系的流体，凡不服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。
假塑性流体：是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而降低的流动特性的流体，常称为“剪切变稀的流体”。
胀塑性流体：是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而升高的流动特性的流体，常称为“剪切增稠的流体”。P13 拉伸粘度：用拉伸应力计算的粘度，称为拉伸粘度，表示流体对拉伸流动的阻力。
剪切粘度：在剪切流动时，流动产生的速度梯度的方向与流动方向垂直，此时流体的粘度称为剪切粘度。
滑移：是指塑料熔体在高剪切应力下流动时，贴近管壁处的一层流体会发生间断的流动。P31 端末效应：适当增加长径比聚合物熔体在进入喷丝孔喇叭口时，由于空间变小，熔体流速增大所损失的能量以弹性能贮存于体系之中，这种特征称为“入口效应”也称“端末效应”。
鲨鱼皮症：鲨鱼皮症是发生在挤出物表面上的一种缺陷，挤出物表面像鲨鱼皮那样,非常毛糙。如果用显微镜观察,制品表面是细纹状。它是不正常流动引起的不良现象,只有当挤出速度很大时才能看到。
6、大多数聚合物熔体表现出什么流体的流动行为？为什么？P16 大多数聚合物熔体表现出假塑性流体的流动行为。假塑性流体是非牛顿型流体中最常见的一种，聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其黏度随剪切速率的增加而下降。此外，高聚物的细长分子链，在流动方向的取向粘度下降。
7、剪切流动和拉伸流动有什么区别？
拉伸流动与剪切流动是根据流体内质点速度分布与流动方向的关系区分，拉伸流动是一个平面两个质点的距离拉长，剪切流动是一个平面在另一个平面的滑动。
8、影响粘度的因素有那些？是如何影响的？
剪切速率的影响：粘度随剪切速率的增加而下降； 温度的影响：随温度升高，粘度降低； 压力的影响：压力增加，粘度增加；
分子参数和结构的影响：相对分子质量大，粘度高；相对分子质量分布宽，粘度低；支化程度高，粘度高；
添加剂的影响：加入增塑剂会降低成型过程中熔体的粘度；加入润滑剂，熔体的粘度降低；加入填料，粘度升高。
12、何谓熔体破裂？产生熔体破裂的原因是什么？如何避免？
高聚物熔体在挤出过程中，当挤压速率超过某一临界值时挤出物表面出现众多的不规则的结节、扭曲或竹节纹，甚至支离和断裂成碎片或柱段，这种现象称为熔体破裂。
原因：一种认为是由于熔体流动时，在口模壁上出现了滑移现象和熔体中弹性恢复所引起；另一种是认为在口模内由于熔体各处受应力作用的历史不尽相同，因而在离开口模后所出现的弹性恢复就不可能一致，如果弹性恢复力不为熔体强度所容忍，就会引起熔体破裂。
避免熔体破裂需注意：控制剪切应力与熔体温度；设计口模模唇时，提供一个合适的入口角，使用流线型的结构是防止聚合物熔体滞留并防止挤出物不稳定的有效方法。
第三章 成型用的物料及其配制
4、简述增塑剂的增塑机理，如何选用增塑剂？
增塑剂在加入聚合物大分子后，增塑剂的分子因溶剂化及偶极力等作用而“插入”聚合物分子之间并于聚合物分子的活性中心发生时解时结的联结点，由于有了增塑剂-聚合物的联结点，聚合物之间原有的联结点就会减少，从而使其分子间的力减弱，并导致聚合物一系列性能的改变。选用增塑剂要选择与树脂的相容性好、增速效率高、增塑效果持久、低温柔韧性好、电绝缘性好、耐老化性好、阻燃性好、毒性低等。
5、何谓稳定剂？简述热稳定剂的稳定机理。
凡在成型加工和使用期间为有助于材料性能保持原始值或接近原始值而在塑料配方中加入的物质称为稳定剂。热稳定剂的作用机理归纳如下：（1）捕捉降解时放出的HCL。(2）置换不稳定的氯原子（3）钝化具有催化作用的金属氯化物（4）防止自动氧化（5）与共轭双键结构起加成作用（6）能与自由基起反应。
8、何谓润滑剂？为什么润滑剂有内、外之分？
为改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的摩擦和粘附以及改进制品表面光亮度等，而加入的一类助剂称为润滑剂。
润滑剂中有一类与高聚物有一定的相容性，加入后可减少高聚物分子的内聚力，降低其熔融粘度，从而减弱高聚物分子间的内摩擦，此类润滑剂为内润滑剂。还有一类与高聚物仅有很小的相容性，它在加工机械的金属表面和高聚物表面的界面上形成一润滑层，以降低高聚物与加工设备之间的摩擦，此类润滑剂为外润滑剂。不同的相容性让润滑剂有了内外之分。
第五章 挤出成型
2、普通螺杆在结构上为何分段，分为几段？各段的作用如何？
螺杆的主要功能包括输送固体物料，压紧和熔化固体物料，均化、计量和产生足够的压力以挤出熔融物料，所以根据物料在螺杆上运转的情况可将螺杆分为加料、压缩和计量三段。
加料段是自物料入口向前延伸约4~8D的一段，主要功能是卷取加料斗内物料并传送给压缩段，同时加热物料；压缩段（又称过渡段）是螺杆中部的一段，在这段中物料除受热和前移外，主要是由粒状固体逐渐被压实并软化为连续的熔体，同时还将夹带的空气排出；计量段是螺杆的最后一段，其长度约为6~10D，主要的功能是使熔体进一步塑化均匀，克服口模的阻力使物料定量、定压的由机头和口模流道中挤出，所以这一段也称为均化段。
3、根据固体输送率的基本公式，分析当螺杆的几何参数确定之后，提高固体输送率的途径及工业实施方法。
提高固体输送率可从挤出机结构和挤出机挤出工艺两个方面采取措施。从挤出机结构角度来考虑，可增加螺槽深度；其次，可降低塑料与螺杆的摩擦系数，这就需要提高螺杆的表面光洁度；再者，可增大塑料与料筒的摩擦系数，料筒内表面要尽量光洁。
从挤出工艺角度来考虑，关键是控制送料段料筒和螺杆的温度。
9、何谓螺杆压缩比？为什么要有压缩比？在螺杆结构上如何实现？
通常将加料段一个螺槽的溶剂与计量段一个螺槽容积之比称为螺杆的压缩比。
压缩比对塑料挤出成型工艺控制有重要影响。挤出不同的塑料，根据塑料的物理性能选择螺杆的压缩比。
实现压缩比的途径：变动螺纹的高度或导程；螺杆根径由小变大或外径由大变小；螺纹的头数由单头变成二头或三头。
13、用方框图表示出挤出成型工艺，并注明各工艺环节所用的设备。
各工艺环节所用的设备：
原料的预处理和混合：烘箱或烘房； 挤出成型：挤出机、挤出机机头口模；
定性装置：真空定径（真空定径套、冷却水槽、真空泵等）和内压定径； 冷却装置：浸浴式冷却水箱或喷淋式冷却水箱； 牵引装置：滚轮式牵引机或履带式牵引机；
切割装置：圆盘锯切割机或自动星型锯切割机。
第六章 注射模塑
1、名词解释：塑化、塑化压力、注射压力
塑化是注射成型的准备过程，是指物料在料筒内受热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。
塑化压力：采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力，亦称背压。
注射压力：是指柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力，由油路压力换算而来。
2、注射成型方法适合于何种制品的生产？为什么？请用框图形式表示一个完整的注 射成型工艺过程。
适合于热塑性塑料及多种热固性塑料制品的生产。
注射成型的成型周期短、生产效率高，能一次成型外形复杂、尺寸精准、带有嵌件的制品；生产热固性塑料时，不仅使其制品质量稳定、尺寸精准和性能提高，而且使成型周期大大缩短，劳动条件也得到改善。
6、与挤出机的螺杆相比，注射机的螺杆在结构上、运动上及功能上有何特点？
（1）注射螺杆在旋转时有轴向位移，因此螺杆的有效长度是变化的；（2）注射螺杆的长径比较小，一般为10-15之间；（3）注射螺杆的压缩比较小，一般为2-2.5之间；
（4）注射螺杆因有轴向位移，因此加料段应该长，约为螺杆长度的一半，而压缩段和计量段则各为螺杆长度的四分之一；注射螺杆的螺槽较深以提高生产率；
（5）注射螺杆在转动时只需要它能对物料进行塑化，不需要它提供稳定的压力，塑化中物料承受的压力是调整背压来实现的；
（6）为使注射时不致出现熔料积存或沿螺槽回流的现象，应考虑螺杆头部的结构。
13、为什么要保压？保压对制品性能有何影响？
熔体注入模腔后，由于模具的低温冷却作用，使模腔中的熔体产生收缩。为了保证注射制品的致密性、尺寸精度和强度，必须使注射系统对模具施加一定的压力（螺杆对熔体保持一定的压力），对模腔塑件进行补缩，直到浇注系统的塑料冻结为止。
对制品的密度、克服制品表面缺陷、制品的致密性、尺寸精度和强度都有一定的影响。
第七章 压延成型 简述压延机的基本结构和工作原理。
各类压延机除辊筒数目及排列方式不同外，其基本结构大致相同，主要由机座、机架、辊筒、辊距调节装置、润滑系统、传动装置、紧急停车装置等部分组成。
浅谈塑料成型加工工艺 篇5
1.1 塑料成型加工的特点
无论是热塑性塑料还是热固性塑料,其成型都是在流动状态下进行的。所以,在选择原材料、考虑成型方法和决定工艺条件时,都必须认真研究不同品种塑料的流动性问题。在外力作用下,塑料高分子链由原来的形状渐变为与外力相适应的另外一种形状,高分子的形变不是发生在瞬间,而是随时间的延长逐渐发展的。从生产实践中发现,很多塑料熔体在成型过程中都伴有弹性变形发生。另外,塑料的工艺性能有吸湿性、收缩性、相溶性;塑料制品使用的主要原料和辅助材料包括合成树脂和各种添加剂。合成树脂是塑料中对添加剂起黏结作用的主要成分,一般占30%~100%,对塑料的基本性能有决定性的影响;添加剂则是为改善塑料的某些性能在生产时特意加入的成分。
1.2 塑料制品的一般生产过程
塑料制品的一般生产过程可分为4个阶段:配方设计、混炼、造粒、成型(见图1)。
2 注射成型及设备
2.1 注射成型方法的特点及原理
注射成型又称注塑。此方法不仅适用于全部热塑性塑料,而且也适用于部分流动性较好的热固性塑料制件的成型。
2.2 注射成型过程的工艺条件
一是需要控制机筒、喷嘴和模具的温度。二是需要注意注射成型过程中的塑化压力和注射压力,这关系到物料的塑化和充模成型质量。三要掌握好成型周期,完成一次注射成型过程所需要的时间称为成型周期或总周期。
2.3 注射成型机
按外形特征可分为立式、卧式、角式和转盘式注射机。按物料在机筒中被塑化的形式分为柱塞式和螺杆式两种,螺杆式又有单螺杆、双螺杆和多螺杆注射机之分。单螺杆往复式注射机是目前使用最广泛的注射成型机械,它的螺杆不仅可以转动,而且能像柱塞一样做轴向往复式运动,具有结构简单、注射速度快、塑化效率高的特点,并对不同物料和制件要求有较强的适应性。
3 挤出成型及设备
3.1 挤出成型的原理及特点
装入料斗的颗粒状物料被旋转的螺杆推入料筒,由于加热器的外热作用和螺杆对物料的搅拌、剪切、挤压、摩擦等产生的热作用,使物料沿螺杆轴线前进的方向不断升温熔融而呈流动状态,并不断推向机头(见图2)。
挤出成型是塑料加工工业中应用最早、用途最广、适用性最强的成型方法。
3.2 挤出成型的工艺要点
一是挤塑温度。在挤出工艺中,温度是影响塑化效果及产品质量的主要因素。二是螺杆转速。螺杆转速直接影响挤出机产量和制品质量,其值决定于螺杆及挤出制品的尺寸和形状,以及原材料的种类等。三是机头压力。增加熔融物料通过挤出机头时的压力,将导致产量降低,但能使产品质地实密,有利于提高制品的质量。四是牵引速度。基础成型是连续生产制品的过程,所以要求对制品的牵引速度均匀稳定,并与挤出速度相符。
3.3 挤出成型的设备
主要包括成型主机和辅助装置两大部分。挤出机是成型的主要设备,也称主机。为保证制品质量,除主机外,一套挤出设备还包括与之相配套的若干辅助装置。
4 压制成型及设备
4.1 压制成型的原理和特点
压制成型是热固性塑料的主要成型方法之一。压制成型有模压法(也称挤胶法、挤塑法、压塑法)和层压法两种。
4.2 模压成型的工艺条件
第一,温度是物料在模具中的软化流动、成型中的物理化学变化、直至最后阶段的硬化成型全过程的决定性因素。第二,压力在模压中的作用是促进熔料在塑模中加速流动、增加塑料的密实性、合紧塑模、固定制件的形状。第三,模压时间主要取决于模塑温度和压力。
4.3 压制成型的设备
压制成型所用的设备主要有液压机和层压机,它们都是液压传动的压力机械。
5 塑料的其他成型方法
5.1 压延成型
利用热的辊筒,将热塑性塑料经连续辊压、塑化和延展成薄膜或薄片的一种成型方法。
5.2 吹塑成型
吹塑成型是目前生产塑料制品的主要方法之一,用于生产热塑性塑料薄膜及中空制品,包括挤出吹塑和中空吹塑两种工艺方法。
5.3 真空成型
将热塑性塑料薄片或薄板(厚度小于6 mm)重新加热软化。
5.4 滚塑成型
把粉状或糊状塑料置于模塑中,通过加热并滚动旋转塑模,使模内物料熔融塑化,进而均匀散布到模具表面,经冷却定型即得到制品。
5.5 浇注成型
将加入了固化剂和其他辅助材料的液态树脂混合物料倒入成型模具中,使其在常温或加热条件下逐渐固化,成为一定形状的塑料产品。
5.6 缠绕成型
快速成型设备用于义齿加工的探讨 篇6
型技术, 是当今世界上飞速发展的制造技术之一。20世纪80年代起源于日本, 很快发展到美国和欧洲[1], 是基于材料堆积法的一种高新制造技术, 被认为是近年来制造领域的一个重大突破。它集机械工程、计算机辅助设计 (Computer Aided Design, CAD) 、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身, 可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件, 从而为零件原型制作、新设计思想的校验等提供了一种高效低成本的实现手段。
1 快速成型技术基本原理
与传统的机械切削加工, 如车削、铣削等“材料减削”方法不同, 快速成型采用离散堆积成型原理, 根据CAD模型, 对应不同的工艺要求, 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, 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[2]。该技术的基本特征是“分层增加材料”, 即三维实体由一系列连续的二维薄切片堆叠融接而成。RP的形成原理, 见图1。典型的快速成型工艺方法有光固化法、选择性激光烧结法、熔融沉积成型法、分层实体制造法、三维印刷法和其他快速成型工艺等[3]。
1.1 光固化法
光固化法 (Stereolithography Apparatus, SLA) 是目前最为成熟和广泛应用的一种快速成型制造工艺。这种工艺以液态光敏树脂为原材料, 在计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描, 使被扫描区的树脂薄层产生光聚合 (固化) 反应, 从而形成零件的一个薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树脂固化层后, 工作台下降一个层厚, 使固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描、固化, 新固化的一层牢固地粘接在上一层上, 如此反复直至完成整个零件的固化成型。
1.2 选择性激光烧结法
选择性激光烧结法 (Selective Laser Sintering, SLS) 是在工作台上均匀铺上一层很薄 (100~200μm) 的金属粉末, 激光束在计算机控制下按照零件分层截面轮廓逐点地进行扫描、烧结, 使粉末固化成截面形状。完成一个层面后, 工作台下降一个层厚, 滚动铺粉机构在已烧结的表面再铺一层粉末进行下一层烧结。未烧结的粉末保留在原位置起支撑作用, 这个过程重复进行直至完成整个零件的扫描、烧结。
1.3 熔融沉积成型法
熔融沉积成型法 (Fused Deposition Modeling, FDM) 这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出, 按照零件每一层的预定轨迹, 以固定的速率进行熔体沉积。每完成一层, 工作台下降一个层厚进行迭加沉积新的一层, 如此反复最终实现零件的沉积成型。
1.4 分层实体制造法
分层实体制造法 (Laminated Object Manufacture, LOM) 工艺是将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起, 位于上方的激光切割器按照CAD分层模型所获数据, 用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓, 然后, 新的一层纸叠加在上面, 通过热压装置和下面已切割层粘合在一起, 激光束再次切割, 如此反复逐层切割、粘合, 直至整个模型制作完成。
1.5 三维印刷法
三维印刷法 (Three Dimensional Printing, 3DP) 是利用喷墨打印头逐点喷射粘合剂来粘结粉末材料的方法制造原型。3DP的成型过程与SLS相似, 只是将SLS中的激光变成喷墨打印机喷射结合剂。
1.6 其他快速成型工艺
除以上5种方法外, 其他许多快速成型方法也已经实用化, 如实体自由成形 (Solid Freeform Fabrication, SDM) 、形状沉积制造 (Shape Deposition Manufacturing, SDM) 、实体磨削固化 (Solid Ground Curing, SGC) 、分割镶嵌 (tessellation) 、数码累计成型 (Digital Brick Laying, DBL) 、三维焊接 (Three Dimensional Welding, 3DW) 、直接壳法 (Direct Shell Production Casting, DSPC) 、直接金属成型 (Direct Metal Deposition, DMD) 、微滴喷射成型 (Multi-Jet Modeling, MJM) 等快速成型工艺方法。
2 快速成型技术在生物医学领域的应用[4]
2.1 手术策划
手术策划 (surgical pianning) 是根据患者病变器官的CT/MRI扫描结果快速成型的三维实体模型, 可以协助外科医生更清楚、正确地掌握病情, 策划复杂手术, 进行手术演练。
2.2 植入性假体
植入性假体 (implant prosthesis) 进行假体植入手术时, 通常是从标准产品中选择适合患者尺寸的假体, 当患者状况超出标准范畴时, 手术难以达到预期要求。采用快速成型技术后, 可根据患者具体状况精密地制作适合的假体, 因此能显著提高手术效果。
2.3 控制释放给药系统
一些药物必须小心地定时服用, 难于由病人自行管理。采用快速成型技术制作的控制释放给药系统 (controlled release drug delivery system) 能使药片具有精确、复杂的释放特性, 提高疗效与安全性。
2.4 组织工程支架
生长组织置换物的一个关键是如何制作形状复杂的多孔隙支架, 并将活细胞等均匀地置于支架中。快速成型是解决组织工程支架 (scaffold for tissue engineering) 的一个理想方法。
3 义齿加工工艺的发展状况
3.1 传统的义齿加工工艺
按照传统方法, 可摘局部义齿支架及固定义齿均采用手工操作, 主要流程是[5]:基牙预备、印模材提取印模、石膏灌注模型、复制技工工作模型、设计制作蜡型、包埋铸造、打磨抛光等。
3.2 数控切削技术在义齿加工领域的应用
CAD与计算机辅助制作 (Computer Aided Manufacturing, CAM) 的概念于20世纪70年代引入口腔修复领域, 1985年苏黎士大学Morman教授、Brandstini工程师与西门子公司合作推出首个商业化CAD/CAM系统[6]。目前应用于口腔修复的CAD/CAM系统主要采用数控切削技术, 用于完成固定修复, 可制作嵌体、高嵌体、嵌体冠、贴面、后牙全冠、前牙全冠、烤瓷冠的基底冠、全冠烤瓷的桥体等, 采用的材料主要为陶瓷块, 其他的材料根据需要选择塑料、复合树脂、金属、蜡等。可根据各类修复体采用不同类型的材料。目前在固定义齿加工上已被规模应用。由于可摘局部义齿支架的结构远比固定义齿复杂、切削加工材料利用率、加工效率、及其材料特性等因素, 数控切削技术在可摘局部义齿支架制作方面尚无规模应用。目前国内可摘局部义齿支架的制作主要还是采用传统方法手工加工。
3.3 快速成型技术在义齿加工领域的应用
快速成型机在国内多家大型技工加工企业都有应用, 但主要用于: (1) 固定冠桥的蜡型制作; (2) 根据远程传输来的数据制作技工工作模型, 在此基础上按照传统工艺手工加工。对于快速成型技术制作可摘局部义齿支架有众多学者进行了研究性实验。吴琳[7]等初步实现了对肯氏Ⅱ类牙列缺损模型的计算机辅助设计, 并用激光快速成型机加工出可摘局部义齿支架的树脂铸型。Witkowski等[8]利用SLA技术与失蜡法相结合给患者制作可摘义齿, 效果满意且大大缩短了制作时间。
4 快速成型设备用于义齿加工的探讨
4.1 义齿加工领域引入快速成型技术的必要性
(1) 传统方法手工加工对产品精度无法保证, 手工方法需多道工序, 每道工序的误差叠加, 影响最终产品精度。
(2) 传统方法手工加工对质量的稳定性无法保证, 技工的水平参差不齐, 状态起伏, 都会造成最终产品的质量差异。
4.2 义齿加工领域快速成型技术工艺方法的选择
(1) 直接生产。选择性激光烧结法可直接生产义齿, 但其设备成本高, 且在可摘局部义齿支架制作方面尚有变形、支撑设计等问题需解决, 目前在固定义齿内冠制作方面已有应用。
(2) 制作蜡型配合传统铸造生产。SLA是最传统也是最成熟的工艺, 该种工艺配合含蜡树脂材料可加工铸型, 结合传统铸造工艺完成义齿制作。目前还有一些结合传统快速成型工艺方法的新工艺, 采用喷涂与紫外光固化结合的方式, 提高了精度, 节约成型时间。采用上述方法制作蜡型可完全替代铸造前的手工工序, 目前已有应用但未在国内规模性生产中使用。
4.3 快速成型技术在义齿加工领域应用的可行性
(1) 快速成型技术在其他行业的精密铸造领域已有成熟应用, 如首饰加工、玩具制造、航空、航天、国防、汽车等。
(2) 义齿加工每一例都是度身定做的, 这与快速成型技术的工艺特点十分吻合。
4.4 义齿加工领域引入快速成型技术的优势
(1) 主要环节由计算机控制, 避免了操作人员不同带来的产品质量差异。
(2) 减少了多道工序, 从而避免了大部分的误差。
(3) 快速成型设备可24 h不间断工作;可通过网络传输数据, 节约模型传递时间;大幅度提高工作效率。
(4) 大幅度减少铸造后的打磨量, 节约打磨、抛光环节的人力和时间。
(5) 节约耗材, 由于蜡型精密度的提高, 可节约铸造材料, 这点在贵金属的铸造中尤为重要。
(6) 随着技术的不断更新和普及, 设备及材料的成本不断下降, 而人力成本不断上升。
4.5 快速成型技术在义齿加工领域的应用问题 (1) 目前快速成型设备及材料价格较高。
(2) 蜡型与铸造包埋的配合问题, 蜡型材料的变化需调整铸造包埋工艺。
(3) 模型数据的精确度决定最终结果, 目前临床直接扫描成像取模技术还未普及, 取模造成的误差还无法解决。
(4) 模型扫描装置与设计软件两者本身的性能和其与快速成型机的配合也决定着最终结果。
5 结论
快速成型技术已经在众多行业得到广泛应用, 其在医学及口腔医学领域的应用也十分普及。对于义齿加工这种个性化加工特色突出的行业, 快速成型技术是提高产品质量, 保证质量稳定性的一个最佳选择。
参考文献
[1]王秀峰, 罗宏杰.快速原型制造技术[M].2版.北京:中国轻工业出版社, 2001.
[2]孙维峰.快速成型 (RP) 的原理方法及应用[J].机电技术, 2008, 31 (3) :9-11.
[3]张国平.快速成型技术原理及应用案例[J].湖南工业职业技术学院学报, 2009, 9 (3) :2.
[4]张富强, 王运赣, 孙健, 等.快速成型在生物医学工程中的应用[M].北京:人民军医出版社, 2009.
[5]白天玺, 丁丙, 张本良, 等.现代口腔烤瓷铸造修复学[M].北京:人民军医出版社, 2000:388-406.
[6]刘宏臣, 步荣发, 胡敏, 等.口腔进修医师必读[M].北京:人民军医出版社, 2000.
[7]吴琳, 吕培军, 王勇, 等.中华口腔医学杂志[J].2006, 41 (7) :432-435.
浅谈新型金属材料成型加工技术 篇7
关键词：新型金属材料,成型加工,加工技术,技术创新
当前, 新型的金属复合材料已经得到了广泛的应用, 复合型材料虽然成本与技术要求都较高, 但其所具有的材料特性相较于普通的金属材料具有更高的性能优势, 成为工程建设的重要材料。除此之外, 更多的零部件制作采用新型金属材料, 也催生了很多先进的成型加工技术。那么在新时代背景下, 究竟如何才能进一步存进新型金属材料成型加工技术的发展与完善, 是当前的材料工程师应该重点关注的问题。
1 关于新型金属材料的综述
1.1 新型金属材料的固有特性
新型金属材料的种类繁多, 都涵盖在合金的范畴之内, 金属材料的固有特性包括以下几点:新型金属材料具有更好的延展性;新型金属的化学性较为活泼;新型金属具有特有的光泽与色彩等。当前应用广泛的新型金属材料包括形状记忆合金、高温合金、贮氢合金以及非晶态合金等。
1.2 新型金属材料的加工特性
1.2.1 焊接性
焊接性是金属成型加工的基础特性之一, 所指是金属材料通过焊接来完成二次成型并满足设计要求。新型金属材料的焊接性良好, 在焊接时可以保证没有气孔、没有裂缝等。新型金属材料具有好的焊接性通常收缩小、导热性能好。
1.2.2 锻压性
锻压性对于金属的成型加工的关键因素, 金属具有的锻压性能够使金属在锻压的过程中承受塑性变形, 并有效缓解冲压。除此之外, 金属的锻压性还会受到加工条件的影响。
1.2.3 铸造性
金属所具有的铸造性包括收缩性、流动性、偏析以及裂纹敏感性等具有相关性, 由于新型金属材料均为合金, 因此其中含有的高熔点元素会金属的流动性降低, 给材料成型加工增加了一定的难度。
2 新型金属材料成型加工的原则分析
应用于工程施工以及企业产品中的新型金属材料通常具备耐磨性良好、硬度高的特性, 具备这些特性的新型金属材料能够满足工程及产品的成型与质量要求, 却也为成型加工带来了一定的难度。通常情况下, 为了保障金属材料成型加工的质量, 针对不同的金属会采用不同的加工技术。例如有些特殊的金属复合金属材料只有通过金属基复合材料的纤维性增强, 才能实现成型加工。而其他特殊的新型金属材料在进行成型加工时需要更加复杂的技术, 因此, 在进行二次加工时要做到因材料的不同而采取有针对性的技术, 做到具体问题具体分析, 从而切实推进新型金属材料成型加工的实践进程。
当前, 新型金属材料的成型加工通常会涉及到焊接、挤压、铸造、超塑成型以及切削加工等加工技术, 笔者通在实际的工作中发现, 加工过程中的任何一个小的失误或者纰漏, 都会对材料的成型造成一定的影响, 因此, 在加工之前, 一定要对金属材料的物理及化学属性进行深入的、透彻的了解, 从而能够基于其可塑性实现成型加工, 这也是当前选择复合材料的重要原则与指标之一。
3 新型金属材料成型加工的技术
3.1 粉末冶金成型加工技术
粉末冶金法是应用于新型金属材料成型加工中的最早的技术之一, 主要用于制造复合材料零件、颗粒制造以及金属基复合材料中的晶须增强等, 且以上成型加工可以通过这一方法直接完成。粉末冶金加工技术的适用范围主要是针对尺寸较小、形状不复杂以及较为精密的零件, 因为粉末冶金技术的优势在于成型制作过程中能够根据实际中的需求来进行增强相含量的调节, 即颗粒含量在半数以上;制作中的增强相较为精密, 且组织更加细密, 除此之外, 粉末冶金法还具有界面反应少的优势, 有效提升了工作效率。例如, 美国的DWA公司在设备支撑架以及自行车架等的制作方面就充分应用了这一方法。
3.2 铸造成型技术法
铸造成型技术法已经经过了实践的检验, 成为当前最为成熟的铸造技术。铸造成型法能够满足笔者在上文中所提及的加工原则, 还被广泛应用于复合材料零件的生产与制作之中。当前, 随着实际加工情况复杂性的增加, 使得铸造成型法滞后性明显, 具体的参数设置以及工艺方法选择等都必须进行改进, 在成型加工的过程中, 流动性的增加以及熔体的粘度等都会受到材料中颗粒增加的影响, 除此之外, 高温也会使材料的化学属性发生变化。针对以上出现的问题, 具体有效的解决方法在于针对不同的材料成型加工采取熔模铸造、压铸、金属型铸造以及砂型铸造等方法。
3.3 机械加工铸造法
机械加工铸造法通常利用铣、车、以及钻等方法进行金属基复合材料的加工, 与其他金属的加工相同的是在精加工铝基复合材料中采用金刚石道具来进行成型加工。具体的方法有以下几种:首先是铣削的方法, 具体的材料包括l5%~20%的粘结剂、聚金刚石刀具以及端面铣刀, 在进行铣削时需要先利用切削液来实现冷却, 并增加铣削颗粒;其次是车削的方法, 利用乳化液进行冷却, 刀具为硬质合金刀具;最后则是钻削的方法, 利用外切削液进行冷却, 通常采用PCD镶片麻花钻头。
3.4 电切割技术法
电切割法是指在成型加工过程中根据零件形状的负极来决定采取怎样的几何切割形状, 在材料切割时利用正极溶解的基本方式来实现材料的切割。对于零件成型加工中存在的残屑以及未溶解的纤维等, 可以利用零件与负极之间的间隙来实现清洗。与传统的放电加工法相比, 显著优势在于在介电流液中浸入移动的电极线, 从而能够通过液体压力冲刷以及局部高温实现对零件的成型加工。利用电切割法进行成型加工时, 非导体复合材料通常会由于放电效果差而产生一定的影响。如在铝基复合材料加工时, 由于切割速度慢以及切口粗糙等问题, 就不能沿用传统的切割参数。
3.5 焊接技术法
焊接技术法作为成型加工的重要方法之一, 通常被应用于金属及复合材料成型构建中, 例如航天飞机、汽车传动轴以及自行车等。焊接熔池的流动性以及粘度等易发生变化, 并受到增加物的影响。成型加工中, 金属的化学反应通常发生在基体金属与增强物之间, 对焊接速度造成了一定的限制, 面对这一问题, 通常的解决办法有以下几种:首先是基于惯性摩擦, 将其中一个部件进行轴对称旋转;其次是熔化焊的基本处理方法;除此之外, 还可以利用扩散焊的方法进行焊接。
3.6 模锻塑性成型法
模锻塑性成型法在镁基复合材料与铝基础复合材料中有广泛的应用, 成型法涉及到超速成型、模锻以及挤压等方法。利用此方法生产出来的零器件性能好、组织更加细密。但是在应用的过程中需要注意以下几方面:第一方面是通过挤压温度的适度提高, 可以对应提高金属材料的塑性;第二方面是在模具表面进行涂层或者使用润滑剂等实现摩擦条件的改善, 降低材料成型的难度;第三方面则是挤压速度受到增加物的影响, 为了防止零件产生横向裂纹, 一定要控制好挤压速度。
4结语
新型金属材料作为一种现代化的先进材料, 拥有更为广泛的实际应用价值, 而其所具有的高模量、高韧性以及高强度的特性使其更具生命力。成型加工作为二次加工, 涵盖了金属学、物理学、传热学等多个学科, 这就使得在在成型加工时需要进行更加深入的、广泛的探究。笔者相信, 在现代科学技术迅速发展的今天, 通过对新型金属材料成型加工技术的探究, 能够为金属材料的广泛应用提供可能, 同时为金
属产业结构的调整与优化奠定基础。
参考文献
[1]候立强, 郭秋颖.新型金属材料成型加工技术分析[J].科技研究, 2014 (5) :124.
成型加工实验 篇8
生物质能是世界上第三大能源,每年满足全世界14%的能源消耗,是一种取之不尽、用之不竭的可再生的清洁能源[1]。农业秸秆是生物质的重要组成部分,我国是一个农业大国,农业秸秆数量大、种类多、分布广,是农村方便的替代能源[2]。由于农业秸秆的热值低、容积密度小、物理形态不规则,给能源化利用带来很多困难,导致利用率低,大量被丢弃或在田间焚烧,造成资源浪费和环境污染[3]。生物质致密成型技术是解决以上问题的有效方法,即利用机械力将生物质压缩或挤压成为容积密度较大、热效率较高、便于运输和储藏的固体成型燃料。其容积密度可提高到原来的10倍以上(>600kg/m3),形状和尺寸统一,使用方便,易于燃烧,是煤和薪柴优秀的替代燃料[4]。
目前,生物质成型燃料主要有两种:颗粒燃料和压块燃料。颗粒燃料和压块燃料的加工原理和生产原料完全一致,只是外形尺寸和加工方法及设备不一致。从外形尺寸上来看,颗粒燃料尺寸较小,直径一般在6~12mm,长度一般为直径的4~5倍;而压块燃料尺寸较大,直径一般大于25mm,长度一般大于50mm[5]。从加工方法来看,颗粒燃料一般由制粒机挤压成型;而压块燃料一般由压块机挤压或压缩成型。另外,颗粒燃料对原料的加工条件一般高于压块燃料。在原料湿度较大、粒径较粗的条件下,可以加工出高质量的压块燃料。目前,加工颗粒燃料的制粒机主要有平模式和环模式两种,而加工压块燃料的压块机主要有活塞式、螺旋式和对辊式3种。本文首先全面介绍了各种主要的制粒机和压块机的组成及其工作原理,并对它们的工作条件和工作性能进行了对比分析,旨在为我国生物质成型设备的开发和研制提供参考,从而促进我国生物质成型燃料产业的发展。
1 国内外生物质成型燃料加工方法及设备
1.1 平模制粒机
平模制粒机是人们最早使用的颗粒燃料成型机。其主要工作部件是水平放置的平模和与其配合的两个圆柱形压辊。平模制粒机按照其工作时平模和压辊的运动方式可分为两种:一种是平模静止而压辊转动,称为动辊式;另一种为平模转动而压辊静止,称为动模式[6]。图1所示为动辊式平模制粒机。工作时,原料从料斗加入,由于重力和刮板的作用,原料被均匀地铺在平模上;同时电机转动,通过传动箱带动主轴转动,安装在主轴上的压辊由于主轴的带动和摩擦力的作用产生公转和自转,原料被压辊不断挤入平模孔内固化成型。平模制粒机的特点是结构简单、质量轻、移动性好、易于操作,而且价格便宜,操作过程中可视性好,易于监控产品质量,所以深受小型颗粒燃料加工厂及个体农户的青睐。但是,由于压辊在工作过程中内侧和外侧所碾压的距离不一致,导致其磨损不均匀,维护保养难度大;而且压辊和平模接触面小、压力小、产量低,颗粒成型质量较差。
1.电机2.传动箱3.主轴4.平模5.压辊6.料斗
1.2 环模制粒机
环模制粒机是平模制粒机的升级设备,是目前使用最广泛的颗粒燃料制粒机。它一般由输料箱、原料调节箱、制粒系统、减速箱和电机组成,如图2所示。
1.输料箱2.原料调节项3.制粒系统4.减速箱5.出料口6.电机
工作时,原料由输料箱螺旋输送器输送到调节箱,根据不同的生物质原料要求将湿度调节到理想值,并充分搅拌后输送到制粒系统。制粒系统由1个环模和2~3个压辊组成(见图3),压辊和环模之间有一定的间隙。工作时,电机经减速器减速,带动压辊旋转,将环模和压辊之间的原料不断挤入环模模孔中,在高温、高压下原料固化成型并挤出模孔,环模外面的切刀及时将颗粒燃料切断,形成直径和长度一致的颗粒燃料。可见,环模制粒机和平模制粒机工作原理基本相同,只是环模替代平模后,增大了压辊和环模间的挤压面积,增加了挤压力,提高了工作效率,提高了颗粒燃料的品质。环模制粒机能够较好地解决压辊磨损不均匀的问题,有利于设备的维护和保养,延长设备使用寿命;但不足之处是环模制粒机结构复杂、能耗高、价格昂贵,所以目前主要适用于大、中型的颗粒燃料加工厂。
1.压辊2.环模3.切刀
1.3 活塞式压块机
活塞式压块机一般由活塞、模、螺旋输送器及料斗组成,如图4所示。工作时,活塞在机械或液压力的作用下做返复直线运动;活塞向左运动时,原料经料斗、螺旋输送器输送到活塞前方的压缩室内;活塞向右运动时,推动压缩室内的原料向前运动并压实成型;活塞继续前行,将压块燃料从出料孔推出,完成一个工作过程,可见活塞式压块机是间歇式生产。活塞式压块机在工作过程中原料翻转小,工作阻力较小,能耗较低。活塞式压块机有机械式和液压式两种,其中机械式工作压力高,产量也比较高,压块燃料品质也比较好,适用于大型压块燃料企业生产。
1.4 螺旋式压块机
螺旋式压块机(见图5)一般由料斗、加热元件、螺旋推进器、套筒、模和切刀组成。工作时,螺旋推进器高速旋转(600r/m),原料经料斗被持续向套筒推进;套筒在外层包裹的加热元件的作用下,温度升高到200~250℃,使表层原料受热软化并固结。在螺旋推进器推力、套筒阻力及原料颗粒间阻力的相互作用下,原料颗粒之间间隙减少,密度提高;在经过锥型模孔时,进一步挤压成型,成为密度较高的压块燃料,然后从出料口挤出,在切刀的切割作用下,形成直径和长度一致的压块燃料。与活塞式压块机相比,螺旋式压块机的生产是连续性的,机器运转平稳、质量较小、产品尺寸统一、品质好,而且在加工过程中,由于摩擦生热,部分原料在高温下碳化,有利于点火和燃烧。但是,原料在移动过程中由于不断翻转,与螺旋推进器和套筒的摩擦较大,机器工作部件磨损严重,能耗高。
1.活塞2.模3.螺旋输送器4.料斗
1.料斗2.加热元件3.螺旋推进器4.套筒5.模6.切刀
1.5 对辊式压块机
对辊式压块机由两个形状和尺寸相同的圆柱形对辊、螺旋推进器和料斗组成,如图6所示。圆柱对辊的表面具有成型窝眼,工作时原料在螺旋推进器和重力的作用下由料斗进入两个对辊之间填料空间,充实对辊上的窝眼;同时对辊绕水平方向的平行轴相向旋转,将窝眼中的原料对压成为饼状;对辊持续转动,窝眼中的饼状燃料随窝眼分离而落下,经出料口排除。可见,对辊式压块机也是持续性生产,其产量比前两种压块机要高;但是由于挤压时间短、燃料密度低,因此,品质较差[7]。
1.料斗2.螺旋输送器3.对辊
2 生物质成型燃料加工设备性能对比
在以上的生物质成型燃料设备中,对生物质颗粒原料的致密成型方法各有不同,加工出来的生物质成型燃料品质也不相同。本文从原料加工参数的要求(湿度和颗粒尺寸)、工作部件的磨损、能耗、产量、成型燃料容积密度、保养维护、燃烧性能以及不同用途的适应性等各方面对以上加工方法做一对比分析(见表1),为开发和研制我国的生物质成型设备提供参考。
3 结语
通过对比分析可以看出,在4种生物质成型设备中,螺旋式压块机对原料的要求最高,生产的压块燃料品质最好,燃烧性能最好;但磨损大,能耗高,产量低。对辊式压块机产量高,但是压块燃料品质差。而环模制粒机和活塞式压块机能耗小,产量较高,成型燃料品质也较好。
参考文献
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成型加工实验 篇9
很长一段时间以来, 高分子材料的成型加工技术得以迅速地发展。我国的一些尖端产业 (像是国防、航空等) 对应用的高分子材料的要求非常之高。并且, 在人们持续提升物质生活条件的影响下, 汽车领域的发展迅速。当前时期, 汽车领域的发展目标是美观、高速、环保、节能, 日益发展壮大的汽车领域, 推动了汽车零部件和有关材料工艺的发展。为了使汽车生产费用减少, 以及实现汽车性能的提升, 持续地提升高分子材料的成型加工技术变得非常迫切。当今, 汽车生产工艺过程中, 日益重视应用塑料取代金属零部件, 汽车生产工艺当中的大部分零部件都是借助模具成型。当今, 高分子材料的成型加工可以实现高生产效率、高性能、低费用。在制成品上逐步地发展成为小尺寸、轻便化, 可以实现生产效益地大大提升, 以及能够发展为零污染和低能耗。
2 高分子材料的关键成型加工技术
(1) 挤出成型加工技术。通常来讲, 高分子材料挤出成型加工技术, 是根据管状材料的形状来冷却成型, 再放到水槽当中通过冷却来处理, 在完成冷却后, 通过牵引设备输送到切割设备当中完成切割, 可以把它切割成为要求的长度。当前, 有关高分子材料的挤出成型当中, 主要存在两种, 即内径成型和外径成型。
(2) 吹塑成型加工技术。所谓的吹塑成型, 指的是通过机口地方的罅隙圆筒挤出塑料, 再通过机头中心的地方将压缩过的空气吹入, 把膜管吹成大直径的膜管状的一种工艺技术。吹塑成型技术可分为下引法与上引法。
(3) 注塑成型加工技术。当前, 在热塑型塑料的成型当中, 主要应用注射成型技术, 也能够在一部分热固定性塑料成型技术当中应用注射成型技术。其成型的原理是, 在注射机的料筒间放上颗粒料, 以及进行加热, 最后的时候, 基于剪切作用力的影响下, 粘性流动状态形成。这样一来, 能够借助柱塞或者是胡螺杆来施加压力, 确保溶体迅速地经过喷嘴到达膜枪当中, 再加以冷却固化。
(4) 塑料激光成型加工技术。近些年以来, 塑料激光成型技术, 是新出现的一种加工技术。当前, 塑料激光成型技术重点, 是借助高度聚焦的激光垂直照射在一起塑型的模板上。然而塑料缺少可以直接吸收激光的能力, 为此务必需要将一些能够吸收热量的涂料涂在塑型的位置上。在温度的影响下, 塑料会出现变形。
(5) 半结晶塑料激光成型加工技术。半结晶塑料激光成型技术, 是在吸收激光能量的基础上, 确保塑料的一个面可以变形。塑料表面的温度务必在材料结晶溶解温度之下, 才可以实现理想的塑料性能。在塑料的弯曲强度和拉伸应力上, 务必确保至少60℃的温度才可以出现变形, 不然会导致残缺。
(6) 激光烧结成型加工技术。激光烧结成型技术, 是借助CAD辅助技术来加工处理塑料, 这样能够使模具生产上的费用结算节省。激光烧结成型技术十分具备发展潜能, 其可以实现生产成本的减少, 相比较于塑性技术, 其具备显著的节能环保特色。针对零部件的生产上有着显著的效果, 这种塑料成型技术有着非常大的发展潜能。
3 高分子材料成型加工技术的发展趋势
(1) 聚合物动态反应加工技术。当前时期, 我国的聚合物动态反应加工技术依旧处在初期。在经济持续发展的影响下, 会进一步地探究聚合物的动态反应, 这会推动我国聚合物动态反应加工技术的持续进步。我国要求生产数以万吨的有关聚合物材料, 应用的反应加工装置都是传统型的混合器械, 在加工冶炼制品和传播热感的过程中, 面临着一些不足之处, 较难控制化学反应的程度, 以及较难把握反应产物当中的分子的分布。与此同时, 有关的设备需要比较大的资金投入, 以及需要消耗比较多的能源, 也存在比较严重的光污染和噪音污染。应用传统的加工方式, 这导致反应加工在技术以及原理上面临着相应的缺陷。聚合物动态反应加工无论是对要求的技术, 还是对要求的装置, 都非常严格。如此的技术, 需要工作者务必在聚合物的反应物质当中引入电磁场的磁波, 从而体现控制的功能, 确保反应制品和生成物都可以具备化学和物理特性。针对聚合物动态反应加工技术而言, 不管是从理论上, 还是从实践上, 都克服了传统塑造技术的不足之处, 有效地处理了震动力影响之下的动能平衡和反应质量问题, 以及由技术层面上完善了装置构造的不足。新型的装置在重量、体积、噪音污染、能耗等方面, 都优越于固有的装置。聚合物动态反应加工技术, 让我国有关层面的加工技术能够处在全球的前列, 以及快速地占有关键的位置。
(2) 信息存储光盘盘基成型技术。信息存储光盘盘基成型技术, 可以完善传统技术工艺当中的一系列缺陷。传统意义上的信息储存方式, 需要比较长的周期, 且会消耗较大的能量, 以及在储存的时候非常地容易受到污染。而当前应用的PC树脂来存储和生产以及光盘成型技术工艺, 可以实现节能和环境保护的效果, 以及可以提高产品的质量。
4 结束语
总而言之, 我国需要走富有自身特点的高分子材料的加工成型技术之路, 逐步地掌握技术前沿, 从而推动我国高分子材料成型加工技术产业的不断进步。
参考文献
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