成型工艺分析范文

成型工艺分析范文（精选12篇）

成型工艺分析 第1篇

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

LD-34流水式中药粉碎机(温岭市大海药材器械厂生产),贝利粉体机(济南贝利粉体生产),JB200-D型强力电动搅拌机(上海标本模型厂生产),AEL-40SM型电子天平(日本岛津生产),卡波姆940(上海人民制药厂生产,批号:20100421);氮酮、丙二醇、三乙醇胺均为药用规格;其他试剂均为分析纯;水为重蒸馏水。

1.2 血竭药材的处理

血竭敲碎,再粗粉碎,于贝利粉体机中进行超细粉碎,得100目细粉。

1.3 其他药物成分的处理

采用水提醇沉法处理蒲公英和红花等中药成分。

1.4 凝胶剂基质的选取

在预实验结果的基础上,选取卡波姆940、甘油、三乙醇胺作为凝胶剂的基本基质,并确定其用量范围。

1.5 统计学方法

采用SPSS 13.0统计学软件进行数据分析。计数资料以率(%)表示,实验结果比较采用χ2检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2 药物与基质配比L9(34)正交实验

2.1 基质配比L9(34)正交实验因素水平设计

在预实验基础上,选取卡波姆940(A)、甘油(B)、三乙胺醇(C)用量为3个影响因素,每个因素设立3个用量作为考察水平,设计L9(34)正交实验。所考察的3个因素对凝胶剂成型工艺的影响顺序依次为:B>A>C。因素A和B对制剂的成型影响有显著性差异(P<0.05),而其他因素均无显著性差异(P>0.05)。见表1。

注:用药物成分的量调整上述基质总量为凝胶剂总量的90.0%。(如水平1加入药物成分54.5%,水平2为39.0%,水平3为23.5%)

2.2 考察指标与评分标准

采用感观指标综合评分进行质量评价,即以凝胶剂样品中主药血竭的含量、各项物理性状(涂展性、外观、均匀性、凝固性等相结合)为考察指标,进行综合评分。感官指标及外观评价标准:(1)均匀性:凝胶色泽好,整体均匀一致,无颗粒团块、气泡等。满分2分,根据均匀的程度和团块、气泡的大小、多少给予不同的分数。(2)凝固性:以2500r/min的转速离心30min,不出现分层或药物析出现象,仍为半固态的凝胶状,满分2分,稍有分层1.5分,分层1分,严重分层0分。(3)耐寒耐热性:取已包装好样品置55℃烘燥箱内恒温放置12h,另取样品置-15℃冰箱内放置24h,凝胶应均匀无分层现象。参照上项凝固性评分标准。(4)涂展性:凝胶应有弹性,容易涂抹,皮肤表面舒适。有弹性,容易涂抹,满分2分;稍难涂抹1分;难以均匀涂抹0分。(5)外观:应为半透明的红褐色凝胶。红褐色的半透明凝胶2分;颜色稍混浊1分;十分混浊0分。对制得的复方血竭凝胶制剂用以上5个指标分别进行评价,按照所制得凝胶以上述各个方面性状的实际情况对其进行等级评定,然后给予相应的得分。

2.3 正交实验及结果

根据凝胶剂基质配比正交实验设计表,按L9(34)正交实验组合进行实验,按考察评分标准进行综合评分。物理性状等感官指标为评价凝胶品质的重要指标,如上所述共设5项考察指标(均匀性、稳定性、耐寒耐热性、涂展性、外观),每项满分2分,根据实际情况给予相应得分。综合评分结果为各部分得分之和,即满分合计10分。结合表2直观分析结果,确定优选配比为A2、B2、C1,即卡波姆940 1%、甘油30%、三乙胺醇15%,加纯化水至足量。结果见表2、表3。

注:F0.1(2,2)=9.00,F0.05(2,2)=19.00

2.4 验证实验

用优选工艺条件制备三批样品,主药含量较高、均匀性、凝固性、外观等均较好,根据考察指标和评分标准综合评分,得分分别为9.7分、9.8分、9.8分。因此,最终确定基质组方配比为:卡波姆940 1%、甘油30%、三乙胺醇15%。按此组方配比制得的凝胶剂,凝胶透明、细腻、色泽一致,无颗粒状胶团,无气泡,涂抹舒适。

3 讨 论

3.1 水提醇沉法操作和注意事项

水提醇沉法(水醇法)系指在中药水提浓缩液中,加入乙醇使达不同含醇量,某些药物成分在醇溶液中溶解度降低析出沉淀,固液分离后使水提液得以精制的方法。操作过程是将中药水提液浓缩至1∶1~1∶2(ml∶g),药液放冷后,边搅拌边缓慢加入乙醇使达规定含醇量,密闭冷藏24~48h,滤过,滤液回收乙醇,得精制液。操作时应注意以下问题:(1)药液应适当浓缩,以减少乙醇用量。但应控制浓缩程度,若药液过浓,有效成分易包裹于沉淀中而造成损失。(2)浓缩的药液冷却后方可加入乙醇,以免乙醇受热挥发损失。(3)选择适宜的醇沉浓度。一般药液中含醇量达50%~60%可除去淀粉等杂质,含醇量达75%以上大部分杂质均可沉淀除去。(4)慢加快搅。应快速搅动药液,缓缓加入乙醇,以避免局部醇浓度过高造成有效成分被包裹损失。(5)密闭冷藏。可防止乙醇挥发,促进析出沉淀的沉降,便于滤过操作。(6)洗涤沉淀。沉淀采用乙醇(浓度与药液中的乙醇浓度相同)洗涤可减少有效成分在沉淀中的包裹损失。

3.2 超细粉碎

超细粉体是近几十年发展起来的一门新技术,它是借助于特殊的机械力、射流能力或物理化学作用,使普通物质超细化,从而产生一系列奇特的物理、化学及表面与界面物质。超细粉体的粒度大小目前尚未统一,国外定义比较严格的较多采用粒径<3μm的粉体为超细粉体。根据我国超细粉体技术领域的现状和国情,国内多数将d90<30μm的粉体为超细粉体。

3.3 基质的筛选

卡波姆在水中溶胀,但吸湿成团块者难以溶胀,未溶胀的本品经碱中和后会形成白色半透明状物,影响成品质量。配制时应将粉末慢慢地、均匀地撒于水表面,稍加搅拌后放置数小时,以使其完全溶胀。水温不宜过高,一般宜在40℃以下。可将中和剂(如三乙醇胺)配成一定浓度的溶液,缓缓加入卡波姆溶胀液中,卡波姆水分散液的黏稠度会随着pH值的升高而逐渐升高,直至变为透明性凝胶(一般在pH值为6~11时最稠)。用卡波姆配制水性凝胶时,其浓度一般为0.5%~2.0%。在制备好的基质中再加入药物(调整基质的量为有效的实验值)、保湿剂(如甘油)等就可以制备成所需的凝胶剂。

摘要：目的 研究制定复方血竭凝胶基质成型工艺,确定适宜的基质及其配比。方法 在查阅文献及预实验的基础上确定复方血竭凝胶基质的种类及用量范围,以制剂的均匀性、凝固性、手感、色泽、耐热、耐寒情况等方面作为考察指标进行综合评分,采用L9(34)正交实验优选其基质的配比。结果 优选的复方血竭凝胶基质配比为:卡波姆940 1%,甘油30%,三乙胺醇15%,氮酮、乙醇适量。结论 研制的复方血竭凝胶具有良好的涂展性,主药含量高、稳定性好。通过制剂成型工艺为中药复方血竭凝胶的进一步开发奠定了良好的基础。

压缩成型工艺教案 第2篇

压缩成形工艺

一、压缩成形原理及特点

压缩成形又称压塑成形、模压成形、压制成形等，将松散状(粉状、粒状、碎屑状或纤维状)的固态成形物料直接加入到成形温度下的模具型腔中，使其逐渐软化熔融，并在压力作用下使物料充满模腔，这时塑料中的高分子产生化学交联反应，最终经过固化转变成为塑料制件。

压缩成形的优点有可采用普通液压机，压缩模结构简单(无浇注系统)，生产过程较简单，压缩塑件内部取向组织少、性能均匀，塑件成形收缩率小等。其缺点是成形周期长，生产效率低，劳动强度大，生产操作多用手工而不易实现自动化生产;塑件经常带有溢料飞边，高度方向的尺寸精度难以控制;模具易磨损，因此使用寿命较短。

压缩成形主要用于热固性塑料，也可用于热塑性塑料(如聚四氟乙烯等)。其区别在于成形热塑性塑料时不存在交联反应，因此在充满型腔后，需将模具冷却使其凝固才能脱模而获得制件。典型的压缩制件有仪表壳、电闸板、电器开关、插座等。

二、压缩成形工艺过程

压缩成形工艺过程一般包括压缩成形前的准备及压缩过程两个阶段。（1）压缩成形前的准备

主要是指预压、预热和干燥等预处理工序。a)预压

利用预压模将物料在预压机上压成质量一定、形状相似的锭料。在成形时以一定数量的锭料放入压缩模内。锭料的形状一般以能十分紧凑地放大模具中便于预热为宜。通常使用的锭料形状多为圆片状，也有长条状、扁球状、空心体状或仿塑件形状。

b)预热与干燥

成形前应对热固性塑料加热。加热的目的有两个:一是对塑料进行干燥，除去其中的水分和其他挥发物;二是提高料温，便于缩短成形周期，提高塑件内部固化的均匀性，从而改善塑件的物理力学性能。同时还能提高塑料熔体的流动性，降低成形压力，减少模具磨损。

生产中预热与干燥的常用设备是烘箱和红外线加热炉。

（2）压缩成形过程

模具装上压机后要进行预热。一般热固性塑料压缩过程可以分为加料、合模、排气、固化和脱模等几个阶段，在成形带有嵌件的塑料制件时，加料前应预热嵌件并将其安放定位于模内。a)加料

加料的关键是加料量。定量的方法有测重法、容量法和计数法三种。测重法比较准确，但操作麻烦；容积法虽然不及测重法准确，但操作方便；计数法只用于预压锭料的加料。物料加入型腔时，需要合理堆放，以免造成塑件局部疏松等现象。

b)合模

加料后即进行合模。合模分为两步：当凸模尚末接触物料时，为缩短成形周期，避免塑料在合模之前发生化学反应，应加快加料速度；当凸模接触到塑料之后，为避免嵌件或模具成形零件的损坏，并使模腔内空气充分排除，应放慢合模速度，即所谓先快后慢的合模方式。c)排气

压缩热固性塑料时，在模具闭合后，有时还需卸压将凸模松动少许时间，以便排出其中的气体。通常排气的次数为一至两次，每次时间由几秒至几十秒。d)固化

压缩成形热固性塑料时，塑料依靠交联反应固化定型，生产中常将这一过程称为硬化。在这一过程中，呈黏流态的热固性塑料在模腔内与固化剂反应，形成交联结构，并在成形温度下保持一段时间，使其性能达到最佳状态。对固化速率不高的塑料，为提高生产率，有时不必将整个固化过程放在模具内完成(特别是一些硬化速度过慢的塑料)，只需塑件能完整脱模即可结束成形，然后采用后处理(后烘)的方法来完成固化。模内固化时间应适中，一般为30秒至数分钟不等。时间过短，热固性塑件的机械强度、耐蠕变性、耐热性、耐化学稳定性、电气绝缘性等性能均下降，热膨胀、后收缩增加，有时还会出现裂纹；时间过长，塑件机械强度不高、脆性大、表面出现密集小泡等。e)塑件脱模

制品脱模方法分为机动推出脱模和手动推出脱模。带有侧向型芯或嵌件时，必须先用专用工具将它们拧脱，才能取出塑件。

（3）压后处理

塑件脱模后，对模具应进行清理，有时对塑件要进行后处理。a）模具的清理

脱模后必要时需用铜刀或铜刷去除残留在模具内的塑料废边，然后用压缩空气吹净模具。如果塑料有黏膜现象，用上述方法不易清理时则用抛光剂拭删。

b)后处理

为了进一步提高塑件的质量，热固性塑料制件脱模后常在较高的温度下保温一段时间。后处理能使塑料固化更趋完全，同时减少或消除塑件的内应力，减少水分及挥发物等，有利于提高塑件的电性能及强度。

三、压缩成形工艺参数

压缩成形的工艺参数主要是指压缩成形压力、压缩成形温度和压缩时间。

（1）压缩成形压力

压缩成形压力是指压缩时压力机通过凸模对塑件熔体在充满型腔和固化时在分型面单位投影面积上施加的压力，简称成形压力。

施加成形压力的目的是促使物料流动充模，提高塑件的密度和内在质量，克服塑料树脂在成形过程中因化学变化释放的低分子物质及塑料中的水分等产生的胀模力，使模具闭合，保证塑件具有稳定的尺寸、形状，减少飞边，防止变形。但过大的成形压力会降低模具寿命。

压缩成形压力的大小与塑料种类、塑件结构以及模具温度等因素有关，一般情况下，塑料的流动性愈小，塑件愈厚以及形状愈复杂，塑料固化速度和压缩比愈大，所需的成形压力亦愈大。

（2）压缩成形温度

压缩成形温度是指压缩成形时所需的模具温度。它是使热固性塑料流动、充模并最后固化成形的主要工艺因素，决定了成形过程中聚合物交联反应的速度，从而影响塑件的最终性能。

压缩成形温度高低影响模内塑料熔料的充模是否顺利，也影响成形时的硬化速度，进而影响塑件质量。随着温度的升高，塑料固体粉末逐渐融化，黏度由大到小，开始交联反应，当其流动性随温度的升高而出现峰值时，迅速增大成形压力，使塑料在温度还不很高而流动性又较大时充满型腔的各部分。

在一定温度范围内，模具温度升高，成形周期缩短，生产效率提高。如果模具温度太高，将使树脂和有机物分解，塑件表面颜色就会暗淡。由于塑件外层首先硬化，影响物料的流动，将引起充模不满，特别是模压形状复杂、薄壁、深度大的塑件最为明显。同时，由于水分和挥发物难以排除，塑件内应力大，模件开启时塑件易发生肿胀、开裂、翘曲等；如果模具温度过低，硬化不足，塑件表面将会无光，其物理性能和力学性能下降。

（3）压缩时间

热固性塑料压缩成形时，要在一定温度和一定压力下保持一定时司，才能使其充分交联固化，成为性能优良的塑件，这一时间称为压缩时间。压缩时间与塑料的种类(树脂种类、挥发物含量等)、塑件形状、压缩成形的其他工艺条件以及操作步骤(是否排气、预压、预热)等有关。

压缩成形温度升高，塑件固化速度加快，所需压缩时间减少，因而压缩周期随模具温度提高也会减少。对成形物料进行预热或预压以及采用较高成形压力时，压缩时间均可适当缩短，通常塑件厚度增加压缩时间会随之增加。

压缩时间的长短对塑件的性能影响很大。压缩时间过短，塑料硬化不足，将使塑件的外观性能变差，力学性能下降，易变形。适当增加压缩时间，可以减少塑件收缩率，提高其耐热性能和其他物理力学性能。但如果压缩时司过长，不仅降低生产率，而且会使树脂交联过度而使塑件收缩率增加，产生内应力，导致塑件力学性能下降，严重时会便塑件破裂。

第四节 压注成形工艺

一、压注成形原理及特点

压注成形又称传递成形，它是热固性塑料的重要成形方法之一，是在压缩成形基础上发展起来的一种热固性塑料的成形方法。

成形原理：

先将固态成形物料(最好是预压成锭或经预热的物料)加入装在闭合的压注模具上的加料腔内，使其受热软化转变为黏流态，并在压力机柱塞压力作用下塑料熔体经过浇注系统充满型腔，塑料在型腔内继续受热受压，产生交联反应而固化定型，最后开模取出塑件。

压注成形和注射成形的相同之处是熔料均是通过浇注系统进人型腔，不同之处在于前者塑料是在模具加料腔内塑化，而后者则是在注射机的料筒内塑化。压注成形是在克服压缩成形缺点、吸收注射成形优点的基础上发展起来的。

主要优点有：

(1)压注成形前模具已经闭合，塑料在加热腔内加热和熔融，在压力机通过压注柱塞将其挤人型腔并经过狭窄分流道和浇口时，由于摩擦作用，塑料能很快均匀地热透和硬化。因此，制品性能均匀密实，质量好。

(2)压注成形时的溢料较压缩成形时少，而且飞边厚度薄，容易去除。因此，塑件的尺寸精度较高，特别是制件的高度尺寸精度较压缩制件高得多。(3)由于成形物料在进大型腔前已经塑化，对型芯或嵌件所产生的挤压力小，因此能成形深腔薄壁塑件或带有深孔的塑件，也可成形形状较复杂以及带精细或易碎嵌件的塑件，还可成形难以用压缩法成形的塑件。

(4)由于成形物料在加料腔内已经受热熔融，因此，进人模腔时料温及吸热量均匀，所需的交联固化时司较短，致使成形周期较短，生产效率高。

缺点: 成形压力比压缩成形高；工艺条件比压缩成形要求更严格，操作比压缩成形难度大；压注模比压缩模结构复杂；成形后加料腔内 总留有一部分余料以及浇注系统申的凝料，由于不能回收将会增加生产中原材料消耗；存在取向问题，容易使塑件产生取向应力和各向异性，特别是成形纤维增强塑料时，塑料大分子的取向与纤维的取向结合在一起，更容易使塑件的各向异性程度提高。

二、压注成形工艺过程

压注成形的工艺过程和压缩成形基本相似。它们的主要区别在于：压缩成形是先加料后闭模，而压注成形则一般要求先闭模后加料。

三、压注成形工艺参数

压注成形主要工艺参数包括成形压力、成形温度和成形时间等，它们均与塑料品种、模具结构、塑料情况等多种因素有关。

（1）成形压力

成形压力是指压力机通过压注柱塞对加料腔内塑料熔体施加的压力。由于熔体通过浇注系统时有压力损失，故压注时的成形压力一般为压缩时的2~3倍。

（2）模具温度

压注成形的模具温度通常要比压缩成形的温度低一些，一般约为130°C~190°C，因为塑料通过浇注系统时能从摩擦中取得一部分热量。加料室和下模的温度要低一些，而中框的温度要高一些，这样可保证塑料迸人通畅而不会出现溢料现象，同时也可以避免塑件出现缺料、起泡、接缝等缺陷。

（3）成形时间

成型工艺分析 第3篇

关键词：TC4钛合金；薄壁球形封头；成型工艺；数控车加工工艺

中图分类号： TG379 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）23-149-2

0 引言

TC4（Ti6Al4V）钛合金以其较高的耐腐蚀性、较高的质量性能因子而被广泛作为航空航天压力容器的制造材料。球形封头是航天压力容器中的主要承压部件，其加工精度要求较高，主要集中在壁厚均匀性及重量控制方面。为了达到航天用TC4球形封头的要求。本文主要从成型及精加工两方面进行分析，采用了特有的板材冲压成型方法，及数控加工内外表面，确保了壁厚均匀性及重量要求。

1 TC4球形封头冲压成型过程

薄壁半球形零件属于典型的冲压件，在配套模具的作用下，由平面板料经过塑性变形而成，成型过程中主要问题表现为起皱和破裂两个方面。成型过程如图1所示，通过凸模的下压过程，对板料施加压力，在凹模的约束下，最终形成半球形封头。

1.1 TC4球形封头冲压成型缺陷分析

TC4钛合金是一种强度较高的α-β型两相合金，该合金拥有优异的综合性能，在航空和航天工业中获得了最广泛的应用。

由于重量的高要求，封头均为薄壁尺寸，所以成型过程易出现起皱与破裂问题。其中一部分板料未与凹凸模表面接触，呈现无约束悬空状态，易发生褶皱，称为球面起皱；另一部分位于凹模表面的平面板料，也易发生褶皱，称为凸缘起皱；随着起皱的发生，会使球面部分板料所受的拉力增大，最终发生破裂（如图2所示）。其中引起破裂的另一部分原因为较大的压边力，对于薄壁板材，增大压边力会减小凸缘起皱，但如果对压边力控制不当，则容易发生破裂（如图3所示）。

球形封头冲压成型过程一直伴随着板材的塑性变形，通过监测成型过程球面不同点的位移，得到了球面形成过程的塑性变形情况，如图4所示：

由图4可得球形封头的成形过程，球面各点均发生了塑性变形，其中从球顶（A点）至球冠（F点）的拉伸形变逐渐增大，球冠处到达最高点，所以对于冲压成型的球形封头，其球冠处的壁厚减薄量最大。

由于TC4钛合金的高比强度，其球形封头必须采用热成型的方式，由图4可得成型过程板坯必须具有一定的塑性。薄壁TC4钛合金球形封头，根据公式（1）可得，板材厚度越小，散热越快，塑性降低的就会越快，成型过程易发生开裂现象。

t=α·K·D（1）

其中，t——加热或散热时间（min或s）；α——加热系数（min/mm或s/mm）；D——工件的有效厚度（mm）；K——装炉条件修正系数，通常取1～1.5。

所以TC4钛合金球形封头的成型，其板坯必须具有一定的厚度，保证冲压过程热量散失不能过快。

1.2 TC4球形封头冲压成型工艺分析

通过对TC4球形封头成型缺陷的分析，得到了板坯必须具有一定的厚度，这样既能保证冲压过程材料具有一定的塑性，又能防止凸缘起皱的发生。为了不增加加工成本，尽量选取较薄的板坯，采用上下夹板的方式增加其“厚度”，如图5所示：

成型后的板坯进行冲压，可看作厚壁板封头冲压成型过程。该过程由于厚板坯料在位于凹模凸缘处可抵抗较大的平行与板面的压应力，不需要较大的压边力，即可防止凸缘起皱的发生。经过实践分析，得到如图6的工艺流程：

经过改进后的成型工艺进行冲压，得到了合格的TC4球形封头，尺寸合理，可以进行数控车加工。

2 TC4球形封头车加工过程

成型后的TC4球形封头，必须经过内外表面加工才能满足航天用球形封头的标准，一般航天用封头粗糙度要求高于1.6，封头的壁厚误差在0.05mm范围内。由于加工精度较高，必须对可能产生误差的原因进行分析，制定合理的车加工工艺，确保误差满足要求。

加工过程中误差产生的原因较多，主要有以下几种：

①加工残余应力的影响：经过热冲压成型的球形封头，其塑性变化较大，随着温度的降低，会产生较大的内应力，加工过程中，随着壁厚的减薄，应力会逐渐释放，影响到成型后的尺寸精度。

②装夹受力变形：球形封头在车加工前，整体尺寸较薄，在加紧力的作用下，容易发生变形，直接导致加工基准发生变化，最终影响整体尺寸。

③加工振动变形：加工过程中，在切削力的作用下，由于工件壁厚较薄，容易产生振动而变形，进而影响工件的表面质量。

④刀具的影响：TC4钛合金导热性差，使用导热性差的刀具，会使工件表面产生较大的切削热，工件受热后刚性较差，尺寸难于控制。

根据以上误差产生的原因，采取相应的控制措施，确保工件的尺寸精度。

①成型后热处理。

冲压成型后的封头，在去除内外夹板之前，进行消应力热处理。热处理温度600℃～650℃，保温1～4h，空冷。热处理后可减小加工残余应力。

②采取合适的工装。

封头车加工前，首先要确定基准，整个加工过程中，基准不能发生变化。可在封头口部组焊一圆环作为封头后期的加工基准（如图7所示），车加工时直接夹持圆环，可减少因装夹力对封头尺寸的影响。

③车加工工艺。

TC4钛合金的难加工性及壁厚尺寸的限制，要制定合理的车加工工艺才能达到航天用球形封头的精度尺寸。通过理论与实践分析，得到如图8所示的车加工工艺流程：

④刀具选择。

TC4钛合金的高强度和高硬度特性，对加工刀具要求具备较高的强度和硬度；热传导性较差，切削加工过程中产生的热量无法及时散失，导致刀具磨损加剧，进而影响加工表面质量；选择刀具时必须考虑以下几种特性：a刀具材料好的导热性；b刀具材料较高的韧性；c车刀的前角与后角的大小。

3 结论

①TC4钛合金薄壁球形封头冲压成型时，可通过组对上下夹板增加“厚度”的方式减小起皱与破裂问题的出现；

②成型后的封头进行数控车加工，可组焊一圆环作为基准，便于夹持；选择合适的刀具有利于表面质量及尺寸要求；

③TC4钛合金球形封头成型必须制定合理的冲压成型及车加工工艺，冲压成型后的热处理非常必要；合理的车加工工艺可提高成品合格率。

参 考 文 献

[1] 《中国航空材料手册》编辑委员会.中国航空材料手册 第四卷 钛合金、铜合金[M].中国标准出版社，2002：104-131.

[2] 石晓强，孙韬，王红梅.星用压力容器封头数控加工误差控制研究[J].兰州物理研究所，数控加工，2009，1（2）：40-42.

[3] 李振杰.半球形冲压件起皱因素分析[J].河南工程学院，锻压技术，2014，5（39）：56-60.

注塑成型工艺及模拟分析 第4篇

1 注塑成型原理与工艺过程

常用的注塑成型方法按照模具结构大体可分为两种, 一种是非旋转模具式, 另一种是旋转模具式。前者又可细分成两类:后退型芯式和跷跷板式。后退型芯式双色注塑注射原理如图1所示。型芯1由液压装置控制, 可以上下运动。闭模后, 型芯1处于上部位置, 与定模板紧密贴合, 第一次注塑材料首先充满大型腔;经过一定时间的保压冷却后, 活动型芯1后退, 形成一个新的小型腔, 然后第二次注塑材料再进行填充, 最后得到双组份塑件。后退型芯式注塑模具具有结构简单、体积较小、对设备要求较低的特点。

在后退型芯式的基础上又发展出了跷跷板式结构。跷跷板式的工作原理是将靠破针的顶部加工出和第二次注塑部分相同的形状, 作为型芯的一部分。当第一次注塑时, 靠破针在跷跷板的作用下往上运动, 在第一次注塑的产品中占据和第二次注塑部分形状相同的位置;第二次注塑时, 靠破针在跷跷板的作用下往下运动, 让出相应的型腔孔, 使得二次料能够流入并封闭该区域, 最终完成注塑。跷跷板结构主要用在键盘、按键或开关上数字、字母、提醒标志等的注塑成型。

旋转模具式注塑注射原理如图3所示, 模具的定、动模板分别安装在注塑机定模固定板和可旋转的动模固定板上, 一副模具的两个型腔或两副模具按1800排列。模具合模后, 熔融塑料首先注塑充满小型腔1, 待熔体冷却固化成一定形状后开模, 塑件留在动模, 随动模固定板旋转1800, 然后再闭模进行第二次大型腔2的注塑, 再次开模后即完成塑件的注塑。

除了这些常见情况外, 有时产品的结构要求两个公模结构有所不同, 则需要应用脱板旋转式模具结构 (也叫中板模结构) 。其工作原理是:注塑机在完成一次注塑后, 两幅公模不动, 模具的中心旋转轴先把脱板顶出, 然后使脱板旋转180°, 脱板回落后再进行二次成型。这样, 公模的一二次部位可以做成不同的形状, 完成相应塑件的双色注塑成型。

2 注塑流动成形模拟技术

注塑成型流动模拟技术利用上一节所述的方法, 在模流分析软件中模拟熔融塑料在模具浇注系统以及模具型腔中的充填流动以及保压冷却过程, 计算出浇注系统及模具型腔中的塑件在不同状态、不同位置和时间点的压力、温度、速度、剪切应变速率和剪切应力的分布, 最后用图表、云纹图和等值线图的方式将分析结果直观地显现在软件窗口上。注塑成型流动模拟技术发展至今, 先后历经了中面流技术、双面流技术和实体流技术三个重要阶段。

2.1 中面流技术

所谓中面是指位于模具型芯面和型腔面中间的层面, 一般需要用户自己提取。基于中面流技术的模流分析软件的数值方法都是基于中面进行的, 主要包括有限元法、有限差分法和控制体积法。中面流技术在模拟运算中具有算法简单、运算速度快等优点, 但其缺点也很明显, 主要有:

(1) 用户必须手动构造出中面模型, 对于一些复杂的模型往往费时费力, 甚至不可能完成。

(2) 注塑产品的结构千变万化, 难易不一, 虽然许多CAD软件可以自动由产品模型直接生成中面模型, 但大都成功率不高, 效果不好。

(3) CAE阶段抽取的中面模型与CAD阶段使用的产品模型不统一, 需要二次建模, 而采用中面流技术的注塑成型流动分析软件的造型功能又都较差, 操作困难难以达到理想的要求。

(4) 中面流技术由于只是抽取了注塑零件中间平均厚度的一个面来运行分析计算, 忽略了塑料熔体在厚度上各因素的影响, 造成分析精度不高。因此中面流技术适用于结构简单、形状规则、壁厚均匀的塑料塑件分析, 在实际的应用中具有较大的局限性。

2.2 双面流技术

双面流技术是指将模具型腔或塑件在厚度方向上分成上下两部分, 在型腔或塑件的表面划分有限元网格, 使其在流动过程中塑料熔体在上下两表面的流动保持同时与协调。

双面流技术所应用的原理与方法在本质上与中面流技术是相同的, 只不过双面流技术通过相应的算法, 将中面流技术中的单股熔体流动转变为沿模型上下表面协调流动的双股熔体流动。双面流技术在模拟过程中计算了每一流动前沿沿厚度方向的物理量, 与中面流技术相比具有更高的分析精度。目前双面流技术的难点在于上下表面处的划分的网格在形状、方位与大小方面都不能做到上下完全匹配, 使模拟的上下表面的熔体流动前沿存在一定的差别, 对分析精度有一定的影响。而且双面流分析中, 仅考虑了熔体沿上下表面的流动, 忽略了在厚度方向上的流动, 导致分析数据不完整, 与实际情况存在一定的差异。

2.3 实体流技术

实体流技术与中面流技术的实现原理也是相同的, 但它们的数值分析方法并不相同。在中面流技术中, 一般塑件的厚度远小于熔体流动方向的尺寸, 因此可以忽略熔体压力沿厚度方向的变化, 忽略熔体速度在厚度方向的分量, 将熔体的充填流动当做扩展层流。经过这样的简化, 可以使用二维有限元法求解流动方向的压力与温度等各待求量, 用一维有限差分法求解厚度方向的各待求量和时间变量等。两种方法交替进行, 最终完成整个求解过程。在实体流技术中, 采用立体网格进行实体划分, 熔体在厚度方向的速度分量以及压力在厚度方向的变化都不再被忽略, 利用三维有限元法或三维有限差分法模拟分析熔体的充填流动。与中面流和双面流技术相比, 使用实体流技术的模流分析软件可以进行更符合实际情况的模拟, 提供精度更高的分析结果。但其缺点也很明显, 即计算数据量巨大、计算时间过长, 与高质量、低成本和短周期的虚拟制造宗旨相悖, 大大限制了其应用。但随着计算机技术的不断进步以及模拟算法的不断优化, 相信实体流技术会逐渐成为注塑流动模拟分析的主流技术。

3 结语

随着人们对注塑塑件质量要求的提高, 以及注塑机械工业和自动控制技术水平的发展, 注射的应用越来越广泛, 但是对双色注塑成型工艺的模拟分析还没有很完全的理论指导, 本文对注塑成型工艺和模拟方法进行分析, 可以对以后相关的模拟提供很好的借鉴。

摘要：本文阐述注塑成型的机构原理和工艺过程, 包括非旋转模具式结构和旋转模具式结构, 然后分析了注塑流动成形模拟技术中的中面流技术、双面流技术和实体流技术三个技术的优缺点, 从根本上了解了整个注塑过程的模拟分析方法。

关键词：注塑成型,工艺,过程模拟

参考文献

[1]胡开元.注塑技术及其应用研究[D].镇江:江苏大学, 2010.

[2]余卫东.CAE技术-塑料模具设计发展的必然趋势.美国Moldflow公司上海办事处.2008:15.

[3]邓康清, 姜兆华.表征高分子形态、表面和界面的新方法——激光扫描共聚焦荧光显微镜法[J].化学与粘合, 2009, 31 (4) :33-50.

成型工艺主管岗位职责 第5篇

1、工作内容

1.1编制和完善成型车间的管理制度。

1.2编制成型车间工艺文件并监督执行。

1.3与烧成工序沟通，做好成型车间月中排产，转产安排计

划工作

1.4组织成型技术人员对成型工艺技术进行研究提高对生产质量、缺陷进行分析。整改和攻关

1.5负责对模具质量验收工作。

1.6负责产品打板、交板工作。

1.7制订成型车间年终检修计划并组织实施。

《塑料成型工艺学》教改初探 第6篇

关键词：教改；教学手段；互动；教学方法

一、引言

随着我国高等教育课程改革的深入，专业课程的教学改革也是大势所趋。我校高分子材料工程专业是国家重点学科，《塑料成型工艺学》是该专业最重要的必修课之一。《塑料成型工艺学》是一门综合性强、知识性强、实践性强的专业基础课程，其内容几乎涵盖了塑料成型加工工业中所有的成型方法。教师在授课过程中扮演的角色，对学生能否理解塑料成型工艺方法、掌握专业知识，起着至关重要的作用。本文结合我院高分子材料科学与工程专业的实际教学情况以及笔者在教学过程的切身体会，谈谈教师在《塑料成型工艺学》教改中的尝试。

二、改进现有的教学手段

随着科学技术的发展，众多多媒体技术已应用到教学过程中。目前，郑州大学几乎所有的教室都安装了多媒体教学设备，这的确对提高教学效果、减轻老师的板书负担发挥了很大的作用。然而，很多教师的多媒体课件只是把课本内容简单地复制并粘贴到PPT中，这和传统的教学模式没什么本质的区别。高分子成型加工是一个综合性、实践性很强的专业技术，这些年来新技术、新产品层出不穷。因此，为提高教学效果，在教学中应做到如下几点：①按照教学大纲和教材内容要求，重新编排课件。充分利用网络优势以及本校图书馆的电子资源，坚持做到每年都要对电子课件中的内容进行修改、完善或补充，和塑料成型加工工业技术发展相同步。如，利用Google、Baidu等搜索引擎的“图片搜索”或“视频搜索”模块，把与课程内容相关的图片、动画适当地链接到课件中，或播放一些专业动画仿真或工厂实际生产过程的录像。比如，我上课的时候，在讲到注塑、挤出、压缩或吹塑等工艺方法时，我就会播放北京东方动画仿真的仿真软件，或播放生产实习的时候在工厂拍摄到的具体生产工艺过程录像，这样让学生对实际的生产过程有个真切的理解和认识，更让他们感受到理论来源于生产实际。甚至也可以将自己科研实验中的相关内容作为辅助材料添加到课件中，比如我在讲授“塑料成型理论基础”一节中的“聚合物的结晶”部分的时候，就把我实验过程中聚丙烯结晶过程的偏光图片和录像按照时间先后顺序播放出来，或把不同结晶形貌的图片列出，以让学生对结晶过程和结晶形貌有更好的理解，同时这能够提高学生对科研的兴趣。②强化案例教学。塑料制品已经在我们的生产、生活、工业等诸多领域发挥着重要的作用，并成为不可或缺的产品。那么在讲到具体的成型工艺方法的时候，如注射成型、挤出成型或吹塑的时候，就把生活中用这些成型方法来成型加工的制品（塑料玩具、手机外壳、排水管道、木塑地板、纯净水瓶、塑料门窗异型材等）带到教学课堂进行讲解。并引导同学们就这些制品的成型工艺方法、使用的原料配方等方面进行讨论、启发思考，让学生在看得见、摸得着等真实制品实例中理解课本理论知识，大大提高学习效率和学习效果。③强化现场教学。《塑料成型工艺学》课程的实践性非常强，现场教学是学生课后实际操作训练的重要补充。在讲授具体成型方法的时候尽量带学生到实验室参观操作学习，如在讲到注塑成型工艺的时候，如果没有现场教学的话，学生可能感觉到比较抽象和枯燥，可以带学生到实验室面对真实的注塑机讲述注塑成型机的结构构造及功能、工作原理以及具体的工艺参数设置等。注射成型工艺过程中使用了注射成型模具，由于本科生已经学过《塑料注射成型模具设计》以及《塑料注射成型模具加工》等专业课程，那么可以让本科生结合模具设计和加工，去思考注射成型工艺与模具型腔结构以及浇注系统的关系等问题。但有一点要注意，由于学生还不会操作，老师最好亲自操作，开机演示挤出工艺的实际流程，让学生对教材理论有一个更直观的印象。现有教学手段的改进，必将去除教师机械地、照本宣科地传授教材内容，缺乏理论联系实际，学生被动地学习等传统教学中出现的一些弊端。

三、改进教学过程中的互动和语言表达方式

尽管丰富多彩、生动活泼的多媒体课件可以让同学们对专业知识更容易理解和把握，但是课堂互动以及老师的语言表达方式在传授知识过程中发挥的作用也不可小觑。互动式和启发式教学方法是现代最为推崇的教学方法。教学过程是一个非常复杂、特殊的认知过程，更是一个多级信息交流互动的过程。老师在课堂上一个人滔滔不绝地演“独角戏”是永远不会让学生系统地学习并掌握专业知识的。因此，必须发挥学生的主观能动性，让学生也参与到课堂教学中来。如，在讲完“注射成型”这一章节后，可以给学生留出1～2个课时开一个专题讨论会，让他们给出生活中的实例来说明哪些塑料制品是采用注射成型来加工的，这些产品有何结构特点。而且还可以结合同学们所学的《塑料成型模具》，让同学们了解制备生活中这些塑料产品所使用模具的特点如何。这样让同学们在掌握专业知识的同时，也让他们意识到我们的生活原来和塑料成型加工密切相关。此外，为了活跃课堂气氛，激发同学们的求知欲望，让他们在短时间内把握专业问题的实质，课堂语言的改进也非常重要。在此方面，笔者常用对比、比喻、成语等语言形式进行教学。如把注射成型过程中流动分子链取向比喻成河中顺流而下的竹排；在讲述聚合物成型加工基础部分的结晶的时候，关于晶体尺寸和成核的关系时候，可以把晶体比喻成白菜，而晶核就是种下的菜籽，种下的菜籽密集，每个菜籽发芽后的生长空间有限必然影响白菜的大小；以生活中常见的面粉为例，同样的面粉经过不同的加工方法做成的汉堡包、面包、馒头、面条具有不同的口感以及价格，以说明成型加工工艺是影响制品最终结构和性能的关键因素。

总之，《塑料成型工艺学》教学改革是塑料加工技术日益发展与现代教学改革的必然要求。笔者经过多年的教学实践和探索，充分认识到：教学是一个系统工程，如何在有限的课堂时间内让学生真正掌握专业知识是我们每一个专业基础课任课老师的责任和义务。只要我们专业基础课任课老师注意不断改进教学手段和教学方法，鼓励学生主观能动性的发挥，就能大大提高教学效果。在今后的教学实践中，如何以学生为中心，实现教学方法上的互动、生动，教学手段的多样化，还需进一步探索并总结经验。

参考文献：

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[2]付敏.塑料成型加工课程教学的初探研究[J].科技文汇，2010，7（3）：120-121.

[3]李泽清.浅谈《塑料成型工艺学》课程教学的改革与实践[J].科技文汇，2009，6Z（8）：89-91.

[4]陈璞.“塑料成型工艺及模具设计”多媒体课件制作浅谈[J].广东工业大学学报（社会科学版），2007，14（7）：182-183.

[5]张晓黎，刘保臣，逯晓勤.高分子成型与模具专业英语教学探索[J].科技创新导报，2008，10（5）：230-230.

成型工艺分析 第7篇

塑料产品具有质量轻、化学稳定性好、耐冲击性好、比强度高、耐磨损性好、消音减振、绝缘性好、便于加工等特点,因此,塑料注射成型技术的应用范围越来越广泛,注射成型的工艺参数以及注射模具技术在CAD/CAE技术研究领域越来越受到关注[1]。本文以手机后盖注射成型工艺分析及模具设计为例,应用Moldflow软件进行分析和设计。

1 手机后盖的注射工艺分析

1.1 手机后盖塑件结构及尺寸

手机后盖塑件的具体结构尺寸如图1所示。该塑件的尺寸较小,长度为100mm,宽度为50mm,高度为10mm,壁厚为1 mm。由软件分析计算得到塑件的体积V=6.28cm3。

1.2 材料的选用

根据各种材料的注射性能及加工使用性能,综合市场价格,选择手机后盖塑件材料为ABS,即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

1.3 塑件的工艺性分析

塑件所用材料为ABS,采用MT3级精度,无公差值者按MT5级精度取值。

模具的表面粗糙度直接决定了成型零件的表面粗糙度,本产品的外观要求高,故要求有较高的表面粗糙度。一般地,模具的表面粗糙度要高于塑件1 级~2级,塑件的表面粗糙度为Ra1.6~Ra3.2,本塑件选取Ra1.6[2]。

本塑件结构简单,但外表面质量要求较高,故采用侧浇口,将浇口设置在塑件边缘。

为保证塑件容易脱模,防止脱模时模具型芯或凸起部分拉住塑件,模具应当设置脱模斜度。本塑件属于壳类零件,选取型腔的脱模斜度为35′~1°30′,型芯的脱模斜度为30′~40′。

2 注射模拟分析

2.1 塑件的网格划分

表面网格模型是由三角形单元组成的,网格创建在模型的上下表面,对于一般的薄壁塑件,均采用表面网格进行划分。手机后壳为薄壁塑件,所以采用表面网格进行划分。网格边长为2 mm,模型的匹配率要大于85%,取网格最大纵横比为6,对划分好的网格进行修补处理[3]。

2.2 注射工艺参数设置

2.2.1 成型工艺参数设置

模具温度:根据选用材料的特性选择模具表面温度为70 ℃。

熔体温度:根据选用材料的特性选择熔体温度为275 ℃。

模拟方式:采用“自动控制方式”进行。

速度-压力切换:采用“自动”的方式来设置速度-压力切换。

保压控制:根据充填压力的百分比与充填时间的关系来进行保压控制,充填压力等于保压压力,保压时间设置为10s。

开模时间:设置开模时间为5s。

注射+保压+冷却时间:冷却分析使用注射+保压+冷却的时间和来定义模具与塑料接触的时间。本例冷却时间为20s。

2.2.2 分析类型设置

在做翘曲分析时,以“冷却+流动+翘曲”作为首选的分析类型。

(1)冷却分析:分析塑件和模具的温度、冷却时间等,其目的是判断制品冷却效果的优劣,计算出冷却时间,确定成型周期。

(2)流动分析:用来预测热熔体在模具型腔内的流动情况,其目的在于得到最佳保压阶段参数。

(3)翘曲分析:用来判定热塑性制品成型后是否会出现翘曲现象,若出现翘曲,排查翘曲原因。

2.3 浇注系统的创建

2.3.1 浇口位置

合理的浇口设计对注射件质量的影响巨大。利用分析软件,可以给用户提供最佳浇口位置的参考,本注射件软件分析结果如图2所示。

2.3.2流道设计

根据塑件结构,在浇注系统中采用潜薄片式浇口,分流道为梯形。由于塑件两侧有通孔,需两侧采用侧抽芯机构,因此采用一模两腔的结构,其流道设计如图3所示。

2.3.3浇口与流道的网格划分

对于设计的流道和浇口,必须要进行网格划分才能进行之后的计算与分析。设定单元网格边长为3mm,对设计的流道和浇口进行网格划分,划分完成后对网格状态进行统计,确认无误后即可。

2.4冷却系统的创建

本例采用手工创建冷却系统,水管的直径为Φ10mm,水管与制品间的距离为10mm,管道数量为8条,定模管道中心之间的距离为20mm,动模管道中心距离为30mm,管道超出制品边缘的距离为30mm。冷却管布局如图4所示。

设定单元网格边长为15mm,对设计的冷却管进行网格划分,划分完成后对网格状态进行统计,确认无误后即可。

3 模拟结果分析

3.1 流动结果分析

3.1.1 充填时间

充填时间是一项非常重要的结果,为聚合物熔体从进入模具到充填满模具的时间。充填时间的分析结果主要是通过不同的颜色来显示熔接痕流动时的形状变化和熔体的充模过程,通过该结果可以知道型腔内充填情况。经计算,本例充填过程全部完成需要0.684 9s。

一般注射生产中,注射时间不宜过长,因为随着注射时间的延长,塑料熔体的流动长度缩短。所以,在改善塑料熔体的充填性时,应尽量减少充填时间,这样也可显著提高生产效率[4]。

3.1.2 流动前沿温度分析

流动前沿温度主要是分析熔体填充的中间流温度,它代表了截面中心的温度,故其变化不大。流动前沿温度图可与熔接痕图相结合使用,如图5所示。

注射前沿温度与熔体温度近似相等,故易于成型。塑件的温度差约为13 ℃,塑件温度分布均匀,说明熔体流动平衡,可以保证塑件具有较好的表面质量。

3.1.3 注射压力分析

注射位置压力也是注射成型工艺参数中重要的参数之一,它直接决定了注射机的最小压力,通过计算,得知注射该塑件的最小压力为125 MPa。

3.1.4 气穴分析

当材料从各个方向流至一个节点时,往往会形成气穴,但如果气穴处于分型面,气体可以通过分型面排出。气穴可能造成欠注以及保压不充分等问题,从而造成严重的缺陷,因此应该消除制件的气穴。

图6所示圆圈处为塑件气穴位置。从气穴位置来看,汇聚在型腔表层或塑件内部的气泡大多在熔体流动的末端,并且集中于分型面,气体可以很容易地通过分型面间隙排出,不会造成困气现象,能够有效地避免由于气穴的形成导致塑件表面空穴、焦痕等缺陷。

3.1.5 熔接痕分析

图7为塑件熔接痕。熔接痕主要集中在塑件的孔洞处,该处为工艺孔或安装按键部分,不会影响塑件外观。对于表面上出现的熔接痕是不可避免的,即使更换浇口位置也会有熔接痕出现在表面上。这些熔接痕所在的位置对塑件的外观要求影响可以忽略,然而,熔接痕的存在将会造成产品的力学性能下降,故应该尽量减少熔接痕的数量,并要求保证产生熔接痕区域的机械强度。

3.1.6 锁模力分析

锁模力是选择注射机的重要参考之一。经过计算,注射过程中的最大锁模力约为600kN。

3.2 冷却结果分析

冷却分析结果主要信息包括产品上表面温度、产品下表面温度、产品的温度差异、冷凝时间和水路中冷却液的雷诺数;次要信息包括水路中冷却液的流动速度、冷却液的温度和水路的管壁温度等。

3.2.1 产品的上表面和下表面温度

表面温度对制品质量具有重要影响。产品上表面和下表面温度显示产品与模具接触面的温度分布,所以该结果也叫做模具表面温度,反映了在成型周期中模具表面的平均温度。本制品的表面温度最高为41.18℃。

3.2.2冻结时间

冻结时间可用来估计制件成型的周期,其长短会直接影响产品生产。本塑件冻结时间为0.945 6s,冷流道的冻结时间为16.61s。

3.2.3水路中冷却液的温度

水路中冷却液的温度反映冷却液在水路中的温度变化。冷却液的温度变化要均匀,温度的变化应不超过3℃。本冷却水的温差为0.04℃,符合要求。

3.2.4回路管壁温度

回路管壁内温差较均匀,并且与冷却介质温度差不到2℃,可见冷却效果比较理想。

3.3翘曲结果分析

塑件不同区域的收缩不均匀,在与材料分子取向平行、垂直的方向上收缩不均匀都会造成翘曲现象。

制件的冷却、收缩以及材料分子的取向都会导致制件翘曲,考虑了所有产生翘曲的因素后,得到了塑件的总变形云图,如图8所示。

经分析可知,对制件翘曲影响最大的是收缩变形导致的翘曲,冷却和分子取向导致的变形很小,可以忽略不计。收缩导致的塑件变形云图如图9所示。

4 手机后盖注射模具总装图

经上述分析后,设计完成的手机后盖注射模总装配图如图10所示[5]。

5 结语

通过CAD模型与Moldflow软件,可进行部分性能和注射工艺分析;借助于CEA技术,不仅可以缩短注射模具的设计和制造周期,而且还可以将在实际生产中可能出现的问题通过专用软件及早暴露,以便于工艺参数的优化与模具结构的改善,这可以帮助模具设计师与制造厂商节省大量的时间,节约大量的成本,是未来工业发展的方向。

摘要：本着“优化设计”的理念,通过计算机软件Moldflow分析了手机后盖注射模具的浇口位置、模具温度、锁模力、熔体充填时间、注射压力等成型所需的工艺参数,以及塑件可能形成气穴的位置、熔接痕位置和翘曲变形程度等注射缺陷,综合软件分析结果设计了注射模具。

关键词：手机后盖,注射模具,工艺

参考文献

[1]李德群,肖祥芷.模具CAD/CAE/CAM的发展概况及趋势[J].模具工业,2005(7):9-12.

[2]杨永顺.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:机械工业出版社,2011.

[3]张维合.注射模具设计实用手册[M].北京:化学工业出版社,2011.

[4]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:高等教育出版社,2006.

成型工艺分析 第8篇

齿轮是航空发动机的重要传动件,其性能优劣在一定程度上决定着整个产品的质量水平。本文对航空发动机齿轮某锻件的锻造工艺进行设计和分析,并利用Deform-3D软件建立有限元模型,对该锻件的锻造成型过程进行了仿真模拟研究。零件如图1所示。

该锻件在高温下应具有高强度、高疲劳性能和良好的塑性。通过确定分模面的形状和位置、加工余量、锻件公差和锻造余块、模锻斜度、圆角半径等得出锻件图2。

2 模拟参数的设置

根据材料耐高温高压的要求,实际材料为PYRO53(Ni合金),选取材料库中的相近材料A-286[1800F(980C)],初始锻造温度为1 050℃,上、下模的温度为350℃,上模运行速度为10 mm/s,模具和工件的摩擦系数是0.3。

3 试验结果及分析

3.1 不同坯料温度对变形抗力的影响

影响航空发动机齿轮锻件成型过程的一个重要因素就是毛坯成型温度,是否选择了合适的成型温度直接影响了锻件成型的好坏。在10 mm/s的下压速度、15 mm的下模型腔圆角半径等条件不变的情况下,对坯料温度在900~1 200℃之间时工件受到的变形抗力进行分析,模拟结果如图3所示。

由表1可以看出,随着温度的增加,锻件的变形抗力逐渐降低,且在1 050℃时出现了最低值,之后继续提高温度,变形抗力又会增加。主要原因是随着锻造温度的升高,金属作用力变小,表现为材料的变形抗力变小,流动性较好。但温度太高,会发生再结晶晶粒长大,出现粗晶及组织转变,影响产品的综合力学性能。综合考虑选定1 050℃的锻造温度。

3.2 上模运行速度对变形抗力的影响

在通常情况下,材料的变形抗力受变形速度影响,从工艺性来看,提高变形速度对锻件成型是有利的:第一,速度提高会降低摩擦系数,从而降低变形抗力,使变形趋于均匀,锻件质量提高;第二,减少热成型时的热量散失,毛坯温度降低少,毛坯温度较均匀,这对形状复杂而材料锻造温度范围又较窄的情况是有利的。在1 050℃的温度、15 mm的下模型腔圆角半径等条件不变的情况下,对上模运行速度在10~25 mm/s之间时工件受到的变形抗力进行分析,模拟结果如图4所示。

由表2可以看出,随着速度的增加,变形抗力逐渐降低,当速度达到15 mm/s时,变形抗力达到最低,之后继续增大速度,变形抗力又会逐渐增大。主要原因是:随着变形速度的增加,毛坯与模具间的阻力降低,这种变化有利于毛坯中的金属流动,使得坯料变形抗力降低。但随着变形速度的继续增加,变形时间也越来越短,位错运动的发生与发展的时间不足,又使变形抗力增加。因此,在满足锻造成型要求的前提下,同时考虑生产成本和效率,变形速度选择15 mm/s较为合适。

3.3 金属流动分布规律

金属流动规律,即毛坯内部金属发生了塑性变形而产生的塑性流动规律,它反映了在一定条件下,金属锻造成型时自身内部发生的位移运动与速度运动的变化规律。由于受到相对摩擦力的影响,金属流动过程中,心部区域金属的流动速率高于表面。图5展示了毛坯在成型过程中的金属流动分布规律。

图5(a)是在锻造毛坯前期,由于上模开始对坯料施加向下的力,金属开始往下流向下模。(b)和(c)是锻造毛坯中期,由于坯料不断被压缩,中心部分受挤压变粗,金属既有向下的流动,也有沿着侧方向的流动。(d)是锻造毛坯的最后阶段,金属充满模腔以后,多余的金属流向边槽,由于热传递等综合因素影响,毛坯温度下降,使得金属在飞边槽的流动受阻,金属发生反挤压充满模具型腔。故此时上部的金属仍向下流动,中部的金属则向侧方向流动,下部的金属也开始向侧方向流动。

4 结论

(1)本次采用热锻,始锻温度是1 050℃,模具也预热到350℃,这样可以避免坯料和模具接触时温度发生突变,提高最终锻件质量。

(2)模具的工作速度在15 mm/s时,能锻造出质量较好的锻件。工作速度过高,位错运动的发生与发展的时间不足,会使得变形抗力会增大,不利于锻造成型。

摘要：以航空发动机齿轮某锻件为研究对象,根据零件图制定其锻造工艺,并运用有限元Deform-3D软件对锻造过程进行数值模拟。对不同坯料温度及上模运行速度对变形抗力的影响以及金属流动分布规律进行模拟分析,并得到较优的成型工艺参数。

关键词：发动机,齿轮,成型工艺,数值模拟

参考文献

[1]鲁永建.航空发动机高速齿轮接触有限元分析[D].沈阳:沈阳航空工业学院,2010.

[2]韩涛.横向锻造成型工艺研究[J].特钢技术,2013,19(3):30-33.

[3]龙威,侯文峰,刘科研,等.弧形模锻件的模具设计及其锻压工艺简析[J].轻合金加工技术,2013,41(12):40-41.

[4]孙统辉,李昌义,庞庆海,等.液压锤锤砧胎模锻成型模拟及应用[J].模具工业,2015,41(10):56-58.

[5]贾杨,王松林.铝合金叉形模锻件的制坯工艺研究[J].轻合金加工技术,2014,42(1):57-59.

[6]陈文豪,周晚林,张付军.GH4169合金涡轮盘锻造成型的数值模拟和分析[J].计算机辅助工程,2014,23(5):68-72.

[7]黎燕.钩尾框成形辊锻数值模拟优化设计及工艺调试[D].重庆:重庆大学,2014.

某产品外壳成型工艺研究 第9篇

1 零部件合格率低原因分析及改进方法研究

1.1 外壳组件原结构。

该组件为两个零件焊接为一体, 其中筒零件采用压弯后焊接成型, 底采用拉深翻边成型。见图1。现外壳的加工工艺方法经常出现以下几种质量问题:a.成型后强度低;多次出现从焊缝处开裂现象;b.成型精度低;c.密封性差, 焊缝处容易出现焊接不严、虚焊等缺陷;d.表面质量差, 由于加工过程中采用焊接, 焊缝不可避免, 严重影响零件外表面的质量。同时上述加工方法在实际生产过程中也存在操作难度较大、对操作工人技术水平要求高、生产组织困难等缺点。所以, 有必要对零件一次成型进行研究。

1.2 一次成型加工过程工艺研究。

初步总体技术方案如下:1.2.1根据拉深零件的特点与相关人员进行协商确定适合于拉深的设计结构;1.2.2选择适合于拉伸成形润滑剂种类等;1.2.3进行工艺计算, 初步确定三次拉深工序和一次整形工序 (或整形带有变薄拉深工序) , 计算确定初次和中间拉深毛坯形状, 拉伸过程中的润滑、退火以及酸洗等辅助工序视情况增加和确定;1.2.4.设计制造专用模具 (三副拉深模具和一副整形模具) 。

2 零件成型加工方案研究

2.1 初步确定零件结构。

拉深又称拉延或引伸。它是利用拉深模具在压力机的压力作用下, 将预先剪裁或冲裁成一定形状的平板毛坯一次或多次拉制成立体空心件的加工方法。拉深成型是板材立体成形的最重要方法。此外壳零件应该是典型的拉深件, 可以采用多次拉深成型。

2.2 初步确定零件拉伸所用润滑剂种类。

该零件材料为铝合金板, 常用拉伸的润滑剂为植物 (豆) 油、工业凡士林等。

2.3 初步确定零件工艺参数和选用设备。

工艺计算:

2.3.1. 零件横截面的类比:由于零件横截面为八边形, 形状比较复杂, 只能将零件类比为角部带有圆角的方形盒, 然后再根据现有资料进行计算。

我们将外壳横截面较短的一边转化为圆角, 并希望类比后带有圆角的正方形周长与现有的八边形周长相等, 为此我们将八边形较短的边比拟为张角θ为60度的圆弧:因此计算如下:

取R=14mm, 可以计算出其周长相等。

原横截面和比拟后的横截面图形参见图表4。

2.3.2 拉深次数的确定:根据工件相对高度h/B≈1.75和相对高度t/B×100=1.2÷80×100=1.5, 可以查出零件拉深次数为n=3。

2.3.3 拉深系数的确定:根据毛坯相对t/D×100≈0.5可以查出材料铝材的极限拉深系数一般为:首次拉深系数m1取0.52~0.55, 以后各次拉深系数mn取0.70~0.75。

由于矩形拉深件和圆筒形拉深件的定义有所不同, 矩形拉深件的各次拉深系数可以取得小一些。

2.3.4 模具所需行程和拉深力的计算和校核。双动冲床内滑块最大行程为550mm, 最大压力36T, 内滑块最大行程为500mm, 最大压力6 3 T;100T油压机的主油缸最大行程为800mm, 最大压力100T, 负油缸最大行程为300mm左右。

第三道拉深模具行程最大, 模具行程为:

其中h3为拉深零件高度;h2为倒数第二道拉深毛坯高度, h上、h下为上下模座高度, 故此只要h上+h下小于550-430=120即可。

各次拉深力为

其中P拉伸力 (公斤) ;

dn为首次及以后各次拉深直径 (毫米) ;

t材料厚度 (毫米) ;

σb抗拉强度 (公斤/毫米2) ;

K1修正系数 (决定于拉深系数m) 。

首道拉深力最大, 计算如下:

小于双动冲床 (双动冲床36T, 油压机最小100T) 可提供的压力。

因此此零件完全可以采用我分厂的双动冲床或者油压机任何一个完成拉深。初步确定选用63T双动冲床完成拉深。

2.4 拉深模具结构和工作部分初步设计。

双动冲床是由内外两个滑块组成。外滑块沿机身导轨滑动, 在拉深中往往用来安装压边圈, 落料拉深时安装落料凸模 (兼作压边圈) 。内滑块沿外滑块内导轨滑动, 用来安装拉深凸模。两个滑块同时作用, 可对毛坯料进行拉深或落料拉深。

初步确定三道拉深模均为带压边圈的双动冲床拉深模, 首道拉深模结构, 二道拉深模结构, 三道拉深模结构, 首道拉深模具列出了模具零件明细表, 二道、三道拉深模具结构与第一道拉深模具相近, 零件明细表可参考首道拉深模零件明细表。

拉深模工作部分设计主要是确定凸凹模结构、凸凹模圆角半径、凸凹模间隙、凸模通气孔以及凸凹模工作部分的尺寸和公差。

我们将拉伸毛坯修整边缘后进行了初步试装, 结果比较满意。同时对比原焊接件和拉伸件, 拉伸件未起皱面的表面质量、零件强度、零件密封性等均优于焊接件, 同时零件成型精度、一致性等都非常高。见图2

3 工艺过程的确定

根据试模过程和试装情况, 我们确定该零件工艺过程如下:备料φ255—〉双动冲床首道拉深—〉双动冲床第二道拉深—〉车高度不大于138mm—〉酸洗—〉热处理退火 (可根据情况选择) —〉油压机第三道拉深 (注意拉深与退火之间的时间间隔) —〉油压机校整—〉车高度—〉油压机 (或冲床) 翻边—〉酸洗—〉去应力退火—〉车高度—〉钳工校整、做孔等。

4 结论

不锈钢城轨车辆冲压成型工艺 第10篇

目前轨道交通行业的不锈钢成型工艺主要包括: 折弯成型、拉弯成型、模具拉深成型、辊轧成型等,下面主要介绍折弯成型、拉弯成型和拉深成型3种工艺。

1折弯成型工艺

折弯成型是冲压零件成型中最常用到的一种方法,是将板材、型材或管材等弯成一定曲度和角度, 形成一定零件形状的工序。折弯成型工艺原理如图1所示。

1.1折弯成型展开料的计算

普通薄板不锈钢、不锈铁如0Cr18Ni9等的展开料计算按照加减料厚的方法即可,厚板大于标准圆角半径R的零件展开料按照中性层计算。

SUS30L系列材料的零件展开料计算按照日本的计算标准执行,具体算法如表1所示。薄板大圆弧件按理论计算方法计算。

/mm

1.2折弯成型的缺点及解决方法

受操作人员技术水平的影响,折弯工艺生产出的产品公差较大,一致性较差,尺寸大小不稳定且互换性较差,所以提高操作者的操作能力是提高折弯成型质量的关键因素。零件在折弯时经常出现压痕、拉伤问题,特别是表面件,折弯压痕成了制约料件质量的重大瓶颈,板材越厚,材料越软表现得越突出。由于不锈钢本身特性,与折弯机下胎的摩擦力大,成型特别困难,表面存在拉伤,同时影响折弯胎的使用寿命。所以无压痕折弯是冲压工艺一直在努力实现的一个方向,国外有些厂家是通过圆柱无压痕折弯胎来实现的,但这种折弯胎制作成本高。目前最常用的方法是加工厚板料件时用2件薄的角铁垫在V形槽的两侧,加工薄板件时用8层塑料布垫在下模上面,这样加工出来的零件就可以避免压痕的出现。

2拉弯成型工艺

拉弯成型就是把金属板材、管材和型材弯曲成一定曲率、形状和尺寸的工件的冲压成型工艺。

型材拉弯成型技术是车体钢结构中车顶弯梁、 侧柱等主要结构件生产的关键技术,直接决定这些构件的成型精度和产品质量。但是型材拉弯成型工艺的技术难度大,成型缺陷多,单件成型质量不好控制,从而影响车体车身的制造质量。因此,研究型材的拉弯成型技术,解决拉弯件成型中的各种缺陷问题,对于提高车体拉弯件的成型精度和质量,提高城轨车辆的产品质量和整体制造水平是非常有意义的。不锈钢型材拉弯成型主要追求2个目标: ( 1) 确保制品整体外形轮廓尺寸精度高,也就是回弹量要小; ( 2) 确保弯曲截面畸变小,也就是截面凹陷、 隆起、起皱、扭曲等变形量要小,拉伸面变薄量要小, 更不能出现截面断裂现象。

2.1拉弯成型工艺流程

拉弯成型工艺流程为: 预拉紧→弯曲成型→补拉定形。第1步: 拉伸缸施加预拉力把型材拉伸到屈服极限状态; 第2步: 型材在拉紧状态下通过摇臂的旋转进行弯曲成型; 第3步: 拉伸缸施加补拉力进行定型,补拉过程采用位置控制( 延伸率控制) 方式,如图2所示。预拉伸控制和终拉伸控制能在极小位移变化状态下,监控拉弯力的变化,以保证拉弯件的精度。

2.2拉弯成型工艺模拟研究

在以往的生产过程中,拉弯工艺参数主要是通过操作者生产经验及不断的试错来确定的,此种方法时间长,成本高,而且精度难以控制,最终的工艺参数还需要人工校核才能确定。随着计算机技术的不断革新,特别是CAD/CAE技术的不断发展,拉弯工艺参数可以通过计算机仿真模拟来确定。

目前冲压用的拉弯模拟软件是PS2F。该软件具有拉弯工艺模拟优化、模具设计、坯料计算和自动生成拉弯成型控制程序等功能。利用PS2F软件模拟不锈钢车顶弯梁等件的拉弯,可以直观地看到成型过程中的各项参数变化,通过在软件中修正这些参数即可得到高精度成型的拉弯件,可大大减少传统工艺中的修模次数,节省人力物力,提高生产效率,降低生产成本。图3所示为不锈钢车辆车顶弯梁拉弯过程,图4所示为车顶弯梁拉弯成型的成品。

2.3拉弯成型调修工艺研究

就目前的拉弯成型工艺而言,成型后或多或少都会有一定的缺陷、回弹和扭曲,所以调修工艺成了解决拉弯后成型问题的重要手段,目前的主要调修方法是靠制作调修胎、调修样板和手工木槌调修,角型弯梁调修前的状态为: 中间大圆弧处缝隙为5 mm左右,两端大圆弧处缝隙达7 ~ 8 mm,经过调修后缝隙在0. 5 mm左右,完全达到工艺要求,图5是立柱调修前后状态对比。

2.4影响拉弯成型质量的因素

影响拉弯质量的主要因素包括原料质量、工艺参数、设备性能等,在拉弯生产过程中要对影响质量的各项因素实施控制。其中,选择合适的加工参数是拉弯成型工艺的关键,影响拉弯成型质量的主要工艺参数有拉弯过程中的拉伸力、变形量、模具变化等。拉弯断裂、截面尺寸变形量过大是实际生产过程中首先要考虑的2个拉弯工艺参数。选择拉弯工艺参数的重要依据之一就是要尽量减小弹性恢复量,回弹量的确定以往主要是依靠多年的生产经验及不断的试错来解决,随着计算机辅助技术的发展, 在软件环境下通过修改模具的型面即可调整回弹量。在实际生产过程中,要根据产品要求制订选择标准,分别进行评价,确保原材料各项性能指标能满足生产需要,然后再考虑价格。对型材拉弯生产过程要进行重点控制。工艺文件的编制,应当根据配方配比、混料工艺、挤出工艺等进行合理的规定。

3模具拉深成型工艺

拉深是利用拉深模具将平板毛坯压制成各种开口空心工件的一种成型工艺。用拉深工艺可以制得筒形、阶梯型、球形、锥形、抛物线型等旋转体零件, 图6所示为拉深成型的示意图。

1—压边圈; 2—凸模; 3—毛坯; 4—凹模。

3.1拉深变形过程分析

( 1) 凹模口凸缘部分。这部分材料在径向拉应力和切向压应力的共同作用下,材料发生塑性变形而逐渐进入凹模[1]。

( 2) 凹模圆角部分。这部分材料除了上述区域那样为径向拉应力和切向压应力以外,还承受凹模圆角处的压力、摩擦力和弯曲作用而产生的压应力, 这是一个过渡区。

( 3) 筒壁部分。这部分材料已经成为筒形,材料不会有大的变形。

( 4) 凸模圆角部分。这部分材料承受着凸模圆角作用的径向和切向拉应力。还承受凸模圆角的压力和弯曲作用在厚度方向上的压应力。

( 5) 筒底部分。材料在拉深过程中保持平坦, 不产生大的变形,只是由于凸模拉伸力的作用,材料承受双向拉应力而略为变薄。

3.2废品产生原因和解决措施

拉弯成型工艺废品的产生形式有很多,表2主要分析开裂、起皱和变薄现象。

4结束语

明代紫砂壶成型工艺比较研究 第11篇

关键词：紫砂壶；供春；成型工艺

明代是紫砂壶发展的繁盛时期，从有史料记载的龚春到明，宜兴紫砂壶由初期草创阶段经过不到一百年发展繁盛，器型艺术的变化改革，千姿百态。有质朴简练，突出使用功能的造型，也有生意傲然、千奇百巧、颇具玩赏意味的造型。所谓“方非一式，圆不相一”，即使是同一种类造型，也会根据泥料，工具使用，制壶人的技艺，精神修养等等有着天壤之别。同时也发展出种类繁多，造型各异的紫砂壶器型。

成型工艺是形成紫砂壶造型的关键，是制壶者们通过拍打，钻孔，镶嵌等等动作，对泥料进行形态上的变幻，这种变化也就形成了造型的变化。成型工艺于明晚期就已经发展出打身筒、镶身筒这两种主要的两种手工成型方式。时大彬是这一创造性变革开拓人，这一改变在紫砂壶发展史上是一座里程碑。这一次变革从原料配比变革、工艺革新、器型设计创新、赋予紫砂壶内在内涵都具有创新性的历史意义。

据清《宜兴瓷壶记》周容，记载：“今吴中较茶者壶必宜兴瓷云，始万历间，大朝山寺僧（金沙寺僧）传龚春。龚春者，吴氏小史也。至时大彬，以寺僧始止削竹如刃，刳山土为之，龚春更斫木为模，时悟其法，则又弃模。而所谓削竹如刃者，器类增至今日，不啻数十事”。根据以上文献记载，至晚明时大彬时期紫砂壶的成型工艺可以归纳为如下进程表：日用陶器阶段（紫砂壶出现之前）——日用陶器——拉坯成型工艺。

第一阶段（紫砂壶出现及萌芽）：以金沙寺僧为代表——手捏成型（并未得到历史证实）；第二阶段（草创阶段）：龚春——模制成型工艺；第三阶段（成熟阶段）：时大彬——弃模，泥片成型。

据史料记载可考，或者有传记可以证明最早的紫砂壶制作名手，约明正德年间的金沙寺僧和龚春首当其推。在其之前的很长一段历史时期，紫砂壶艺术并未从日用陶器中分离出来，日用陶器相对紫砂艺术是粗糙手工业制品。日用陶器是紫砂壶艺术孕育而生的基础，这是一个漫长的孕育阶段，给紫砂艺术萌芽培育了沃土。

日用陶器阶段：明代早期的紫砂制品多数是为了满足市民日常生活需要而烧制的紫砂日用陶器，于后期发展成为具有艺术价值的紫砂壶。紫砂壶的成型工艺同样也是从日用陶器中逐步发展而来。 日用陶器的成型方式主要有泥条盘筑法，轮制法。泥条盘筑法。至明代，宋应星《天工开物》陶埏一章中，对当时日用陶器拉坯成型工艺做了翔实的记载：“凡陶家为缶属，其类百千。大者缸瓮，中者钵孟，小者瓶罐，款制各从方土，悉数之不能。造此者必为圆而不方之器。试土寻泥之后，仍制陶车旋盘。功夫精熟者视器大小掐泥，不甚增多少，两人扶泥旋转，一捏而就。其朝迁所用龙凤缸（窑在真定曲阳与扬州仪真）与南直花缸，则厚积其泥，以俟雕镂，作法全不相同，故其直或百倍或五十倍也。”

第一阶段：关于金沙寺僧的制壶方式在《宜兴瓷壶记中》《阳羡名陶录》中有相关如下记载：（清）周荣《宜兴瓷壶记》：“……以寺僧始止削竹如刃，刳山土为之……”吴骞《阳羡名陶录》：“……龚春，学先吴颐山家童也，颐山读书金沙寺中……窃仿老僧心匠，亦淘细土摶坯茶匙穴中，指掠内外，指螺纹隐起，可按胎必累按，故腹半尚现节腠……”吴梅鼎《阳羡茗壶赋》序言：“余从祖拳石公，读书南山，攜一童子，名龚春，见土人（应指当地制陶工人）以泥为缶，即澄其泥为壶，极古秀可爱……”

从文献记载中，其描述金沙寺僧或者当地土人的制壶方式是：淘细土做好茶壶的粗坯，这时的茶壶是一块完整的茶壶形坯子，再用极其简单的茶匙作为制壶工具，茶匙的作用是将茶壶粗坯中心泥土挖空，使茶壶空心，挖出茶壶的厚度。在挖出多余的泥之后，以手指来按压茶壶的内外壁，使其渐趋平整。茶壶的壶把也是后期直接黏合在外壁上的。这与明晚期成熟制壶工艺有着极大的区别，这说明在经过短短几十年，紫砂壶的制壶工艺已经有了非常大的进步。

但是至今为止，已发掘的出土文物中，并没有金沙寺僧或者土人所制紫砂壶的历史文物或者残片。所以我们只能从这些记载中寻找龚春所模仿金沙寺僧或者土人粗略制壶方式，但是据笔者粗浅阅读，发现其中有几个疑点：其一，历史记载寥寥数语，并无实物佐证。并且《宜兴瓷壶记》乃清周荣所写，周容在写此篇计时，并未提到金沙寺僧作品去向，或对金沙寺僧作品有精准的描述，并无史物进行佐证。令人质疑是否为主观臆断。其二，提及金沙寺僧及其制壶工艺，目前有记载的有（清）吴骞《阳羡名陶录》，（清）吴梅鼎《阳羡茗壶赋》，（清）周容《宜兴瓷壶记》。虽然其记载的制壶方式极其相近，但是都未注明从何史料考证而来。从上述两点归纳，明金沙寺僧的制壶工艺从实物证据和史料佐证两方面，都不完善，存在质疑。其三，吴骞《阳羡名陶录》中，“……窃仿老僧心匠，亦淘细土摶坯，茶匙穴中，指掠内外，指螺纹隐起，可按胎必累按，故腹半晌现节腠，视亦辩真……”其中描写金沙寺僧制壶工艺是借助龚春的模仿来间接言明金沙寺僧的制壶手法。这种间接证明就降低了其真实性，所以这也存在质疑。其四，在吴骞《阳羡名陶录》中所提到的是龚春是窃仿金沙寺的制壶技艺，而吴梅鼎《阳羡茗壶赋》序言中所说的是“余从祖拳石公，读书南山，攜一童子，名龚春，见土人（应指当地制陶工人）以泥为缶……”其中土人是指宜兴东南边的湖父山的当地制壶人，并未直接指出是金沙寺僧。所以龚春所窃仿的到底是金沙寺僧还是湖父山上的本地制壶艺人，无从知晓也无法考证其真伪。其五，制壶工具说法也不一致。《宜兴瓷壶记》中记载的是“寺僧始止削竹如刃”，所使用的工具是竹刃，而吴骞《阳羡名陶录》中所提到的制壶工具是茶匙，两者说法并不一致。所以根据以上几点质疑，史料中记载金沙寺僧或土人的制壶技艺并未完全得到历史证实，有作者推测或者坊间言论的可能性，这是笔者提出的几点质疑及结论。

第二阶段（草创阶段）：龚春——模制成型工艺。（清）吴梅鼎《阳羡茗壶赋》：“彼新奇兮万变，师造化兮元功。信陶壶之鼻祖，亦天下之良工。”先藏于中国历史博物馆，最先由储南强先生收藏的龚春树瘿壶高102mm，宽195mm，壶型较大，从成型工艺上说，由于龚春时期，紫砂壶处于刚刚萌芽的阶段，由于工艺并不成熟，首先从使用的泥料上，其泥料取材属于就近取材，由于宜兴本身就具有丰富的紫砂原料资源，文献中并未提及陶土的挖掘地，但从后世被传龚春树瘿壶的作品来看，其原料为甲泥，是宜兴常见的紫砂壶是用料。

塑料镜片射出成型工艺 第12篇

塑料镜片广泛用于镜头特别是小口径镜头中, 主要是作为非球面的镜片。塑料镜片的特点是通过模具的方式获得非球面的高精度表面。塑料镜片成本低, 产能大, 可以一模多穴, 最近已有一模32穴镜片的模具用于生产。其可以快速生产的特点, 特别适合一般大众型消费产品的生产。塑料镜片对厚度非常敏感, 厚度需要均匀。塑料本身对于温度也非常敏感, 其加工工艺对温度要求也颇高。

2 塑料镜片加工及检测工艺

2.1 塑料镜片用模具及其结构

(1) 塑料在注射机内加热成熔融状态并射出到模具中, 在模具中冷却后形成固态的镜片。塑料镜片的模具对镜片的质量影响非常大, 是生产中的关键因子。塑料镜片模具有如下几个特点: (1) 结构简单, 但加工精度要求高。 (2) 公母模座都设计有冷却水道来控制公母模具温度。 (3) 模具要求不可有油, 洁净度要求比较高。 (4) 模仁精度高, 表面镍层非常脆弱, 容易受损。模具结构图如图1、图2。

模具用零件材料表见表1。

(2) 模仁的制造

镜片的镜面为模仁成型, 模仁镀镍 (厚度约0.1mm) , 在镍层上采用超精密加工车床车削出需要的镜面回转曲面。新模具一般先制做一套镜面模仁, 并把该模仁组立入模具后, 试模并在射出的最佳状态下射出试模镜片, 并对试模的镜片进行面精度测量, 如果误差太大则在成品测量数据的基础上计算出对模仁修正所需要的加工量, 模仁进行二次超精密加工补正作业, 以使最终产品精度达到图纸要求。如果一次补正不行则进行二次补正, 直至满足图纸的要求。当首套模仁确认合格后, 再对其它穴的模仁进行复制作业, 复制的模仁再进行实际射出并确认, 如果不符合图纸要求则进行补正修改直到符合要求为止。模仁的曲面外形与最终射出完成品的曲面外形不一定完全相同, 其取决于镜片的结构状况等。

2.2 塑料镜片射出成型

成型过程在很大程度上会影响塑料产品的质量。我公司使用的是日本FANUC的射出机台, 公母模都使用水温计进行模具温度控制。使用的塑料颗粒在射出前先进行干燥处理, 确保成型品的质量稳定。

成型条件及设定参数包括: (1) 公母模模具温度; (2) 射出料管温度 (喷嘴、料管、进料口) ; (3) 射出及保压参数; (4) 模具动作设定; (5) 顶板动作设定; (6) 计量条件设定。其中第 (1) 、 (3) 项对成型镜片影响最大。

射出的整个循环如下:合模;射出;保压;计量;开模;推顶中。

射出及保压参数中:射出段数一般4~5段, 各段表示射出的塑料充填到模具的料头, 料杆, 进料口, 镜片主体各部位时的塑料料流速、压力及活塞活动距离等数值。当设定的切换条件 (位置或压力) 达到设定值的时候, 进入保压状态。保压也可分多段保压, 每段保压有相应的压力设定及保压时间。常用的2~~3段保压, 后段的保压比前段的压力下降。

射出稳定后, 机器手把射出的镜片从模具中夹出, 并用离子风扇吹至室温。射出的镜片温度降低为室温后放在相应治具上, 用表面轮廓仪测量面形精度, 如果发现与图面要求有差异, 修改射出条件待射出稳定后再进行成品测量。一般情况下射出可以改善的精度范围在1μm以内。

我公司所使用到的塑料材料有: (1) PMMA (日本三菱) ; (2) PC (日本帝人化成) ; (3) PS; (4) ZEONEX; (5) PMMA (日本旭化成) 。

在成型过程中既需要注意测量镜片的面形精度, 也需要注意测量镜片的机械尺寸, 因每次模仁的修正都要拆卸模仁, 每次组装模仁后都需要重新调整镜片的中心厚度和R1/R2面高度, 以达到图面要求。因模具上无法确定产品的中心厚度等, 故试模的时候就需要通过射出的镜片数据来反馈调整模具上中心厚度及R1/R2高的数值。

在成型过程中有一些客观的因素会导致产品的不良, 常见的有黑白点、白雾、刮伤线、流痕、红线等, 部分与模具有关, 部分与射出条件有关, 具体原因需要具体分析。

2.3 塑料镜片的镀膜

塑料镜片镀膜为真空冷镀, 通过镀膜材料汽化及离子化后打击在镜片表面以形成非常薄的薄膜。我公司现在可以在塑料镜片上镀的膜有:全反射铝膜、半反射膜、增透膜。其中所镀的半反射膜、增透膜都为多层膜, 每面5~7层。

因PMMA塑料不耐高温, 故镀膜时温度必须控制的比较低 (45℃以内) , 否则容易在镜片表面形成裂纹状的膜。PC耐候性较好, 可以承受的温度较高一些。塑料镀膜较玻璃镀膜设备多个低温度冷冻机, 用于降低镀膜室温度和抽取水分和氮气的功能。

塑料镜片镀膜后有几项评价项目:透过率;外观 (膜欠、烧蚀、白点、其它外观不良) ;膜强度;环境测试等。PIM塑料镜片镀增透膜后, 420~680nm波长的透过率大于95%。因直接测试镜片误差较大, 故每炉镀膜时放置一片玻璃测试片作为对当炉镜片镀膜质量好坏的评价。镀膜过程对所镀膜的透过率影响很大, 首先膜层厚度监控失灵所镀产品透过率将严重降低, 其次镀膜过程中氧气压如果发生异常, 所镀产品颜色无异常, 但透过率也会大幅度降低。半反射膜一般没有具体的透过率要求, 以实际肉眼颜色来做判定, 建立颜色限度样品来做规范。全反射膜理论透过率为零, 一般目视检查透过率状况, 以肉眼观察不到透过可见光为准。机台的运行状况对产品质量也有很大影响。膜强度以TAPE胶剥落测试为基本方法, 我公司所镀的三种膜都能达到抗2次TAPE测试, 并无任何膜的脱落和变异。也可以用酒精擦拭或热盐水浸泡来检查膜的强度, 但这些检查都只能作为参考。影响镀膜产品外观的因子比较多, 如镀膜环境、机台内部洁净程度、镜片受潮状况、治具状况、人员作业状况等等, 这些都直接影响镜片的外观质量。

2.4 塑料镜片的测试评价方法

(1) 表面轮廓仪测试非球面及球面精度。表面轮廓仪可以测量非球面的回转曲线, 并与图面设计曲线做出对比, 两条曲线对比的差异值即为RT值 (PV值) 。一般图纸都会对RT值做出要求, 一般在0.5~1.5μm范围内。一般图纸上非球面曲线的中心R值都会给出一个公差范围, 在此公差范围内选择不同的R值, 所测的RT值也有所不同, 在公差范围内选择R值以使测得的RT值最小为所谓的优化动作。Ra值表示整条测试曲线的粗糙程度, 一般要求在0.3~0.1μm左右。我公司的表面轮廓仪测量精度为0.0001μm。对于镜头镜片每个面测量两次, 与进料方向平行的为X轴, 与进料方向垂直的为Y轴, 只有在X与Y方向同时到达图面要求的时候, 才说明镜片符合要求。对于方形的目视镜镜片, 只测量一个轴方向即与进料点平行的方向 (因目视镜镜片要求较低, 故测试要求也没那么高) 。表面轮廓仪测量出来的数据打印出来数据图形, X轴即Y=0的红线表示理想的非球面曲线, 绿色曲线为镜片非球面曲线经过分析过的数据线。当绿线为“W”或“M”状况的时候, 基本上在成型上是不可能再有所改善精度了。当绿线为“n”或“u”型时, 还有在成型上改善精度的可能。表面轮廓仪器也可在一定程度上用于对球面进行分析。

(2) 干涉仪测量镜片球面亚斯、球面半径等。干涉仪可用于测量塑镜片的亚斯等, 多数时候塑料镜片的亚斯数据会低于图纸要求, 以实配为准进行确认。干涉仪也可测量镜片的球面半径, 但准确度并不很高。

(3) 镜片机械尺寸的测量, 镜片机械尺寸同样为镜片的重要性能参数。其中中心厚度, R1/R2面高度, 边厚, 目镜镜片的导孔内经及其垂直度等等都非常重要, 如果不能达到图面要求亦可造成解析不良或后焦不良等。机械尺寸可通过卡尺, 厚薄规, 工具显微镜, 塞规, 高度规等进行测量。边厚误差应在0.005mm范围内, 中心厚度R1/R2面高度一般在图面上都有做要求, 一般公差多为正负0.03mm。

(4) 投解机 (传统、数码) :投解机为镜片组立成镜头后, 通过镜头的投解状况来确认塑料镜片的质量的。我公司现在具有数码投解机及传统投解机各一台。在生产过程中对镜片投解用于确定镜片生产的稳定性, 但目镜镜片无法使用此种方法进行确认。

(5) 偏振光片:可用偏振光片对镜片的应力状况进行分析, 找出应力集中的地方并加以改善。也可通过应力的分析来做出一些对策。一般情况下PC材料镜片的应力会比较集中。

3 结语