《模具制造工藝》-模塊六

模塊六模具工作零件的其他成形方法任務一掌握型腔的冷擠壓加工任務二認識快速成形技術任務三認識超塑成形工藝任務四其他成形工藝上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工一、冷擠壓加工的特點冷擠壓加工是在常溫條件下，將淬硬的工藝凸模壓入模坯，使坯料產生塑性變形，以獲得與工藝凸模工作表面形狀相同的內成形表面。冷擠壓方法適用于加工以有色金屬、低碳鋼、中碳鋼、有一定塑性的工具鋼為材料的塑料模型腔、壓鑄模型腔、鍛模型腔和粉末冶金壓模的型腔。冷擠壓加工型腔和其他加工方法相比具有以下特點：①可以加工某些難于進行切削加工的形狀復雜的型腔。②擠壓過程簡單迅速，生產率高，一個擠壓沖頭可以多次使用。③加工精度高（可達IT7或更高），可達Ra<0.16

m。④冷擠壓的型腔材料纖維不切斷，型腔強度高。下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工⑤若需要很高的壓力、緩緩的擠壓速度，最好使用專用油壓機。⑥適用于塑性較好的材料。對于塑性較差的材料，只能擠壓形狀較簡單、深度較淺的型腔。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工二、冷擠壓加工方式型腔的冷擠壓形式有敞開式和封閉式兩種。1.敞開式冷擠壓如圖6-1所示，擠壓時在型腔毛坯外面不加護套。被擠壓金屬的塑性流動，不但沿工藝凸模的軸線方向，也沿半徑方向（圖中箭頭所示）流動。因此，敞開式冷擠壓只宜在模坯的端面積與型腔在模坯端面上的投影面積與之比較大，以及模坯厚度和型腔深度之比較大的情況下才采用。否則，坯料將向外脹大或產生很大的翹曲，使型腔的精度降低甚至使坯料開裂報廢。因此，敞開式冷擠壓只用于加工精度要求不高的淺型腔。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工2.封閉式冷擠壓如圖6-2所示，將坯料放在冷擠壓模套內進行擠壓加工，工藝凸模壓入坯料，因坯料的變形受到模套的限制，使金屬只能沿著與壓入相反的方向流動，迫使變形金屬與工藝凸模緊密貼合，提高了型腔的成形精度。由于金屬的塑性變形受到限制，需要的擠壓力較敞開式的大。封閉式冷擠壓宜用于精度要求較高、深度較大、坯料體積較小的型腔。由于封閉式冷擠壓是將工藝凸模和坯料約束在導向套與模套內進行擠壓，除使工藝凸模獲得良好的導向外，還能防止凸模斷裂或坯料開裂飛出，故安全性較高，但就油壓機本身來說仍需考慮安全措施。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工三、冷擠壓的工藝準備1.型腔冷擠壓壓力的計算型腔冷擠壓所需壓力的大小，與冷擠壓的方式、模坯材料及性能、擠壓時的潤滑情況等許多因素有關。一般采用以下公式計算：

F=10-6·pA（6－1）式中，F——冷擠壓所需要的壓力（N）；

A——型腔投影面積（mm2）；

p——單位擠壓力（MPa），見表6-1。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工2.冷擠壓設備選擇由于型腔冷擠壓所需要的單位擠壓力大、速度低、動作簡單、行程短、擠壓工具及坯料體積小，因此可采用構造不太復雜的小型專用油壓機。油壓機要求剛性好、柱塞導向準確、工作平穩、能方便觀察擠壓情況和反映擠入深度，并具有防止擠壓凸模斷裂和坯料崩裂而濺出的安全防護裝置。3工藝凸模工藝凸模在工作時要承受極大的擠壓力，其工作表面和流動金屬之間作用著極大的摩擦力，因此，工藝凸模應具有足夠的強度、硬度和耐磨性。在選擇工藝凸模材料及結構時，應充分考慮這些特點。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工為便于機械加工，工藝凸模材料應具有良好的切削加工性能。另外，材料的淬硬性要好、熱處理容易、變形小，擠壓軟材料時淬硬到60～63HRC，擠壓硬材料時淬硬到61～64HRC。表6-2列出了工藝凸模常用材料。藝凸模的結構如圖6-3所示，它由三個部分組成：（1）工作部分圖6-3中所示的

L1段。工作時這部分要擠入型腔坯料中，其尺寸應和型腔的設計尺寸一致，精度比型腔高一級，表面粗糙度Ra=0.32～0.08

m。一般將工作部分的長度取型腔深度的11～13倍。端部圓角半徑

r不應小于0.2mm。為便于脫模，在可能的情況下將工作部分做出1∶50的脫模斜度。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工（2）導向部分圖6-3中所示的

L2段，用來和導向套的內孔配合，以保證工藝凸模和工作臺面垂直，在擠壓過程中可防止凸模傾斜，保證正確壓入。一般取D=15d，L2>（1～15）D。外徑D與導向套的配合為D8/h7，表面粗糙度Ra=125

m。端部的螺孔是為了便于將工藝凸模從型腔中脫出而設計的。螺釘脫落情況如圖6-4所示。（3）過渡部分過渡部分是工藝凸模工作端和導向端的連接部分，為減少工藝凸模應力集中，防止擠壓時斷裂，過渡部分應采用較大半徑的圓弧平滑過渡，一般取R≥5mm。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工4.冷擠壓用模套在封閉式冷擠壓時，將型腔毛坯放在模套內進行擠壓。模套的作用是限制毛坯的徑向流動，使之處于三向應力狀態下，以提高模坯的塑性變形能力，防止坯料破裂。常用的模套有以下兩種：（1）單層模套圖6-5所示為單層模套。實驗證明，對于單層模套r2/r1

比值越大則模套的強度越大。但當r2/r1>4時，即使再增加模套的厚度，強度的增大也已不明顯，因此，在實際使用中常取r2/r1=4。（2）雙層模套圖6-6所示為雙層模套。雙層模套與相同外徑的單層模套相比具有較高的強度，其強度可提高30%～50%。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工它是由內、外兩層模套組成的，內、外套采用過盈配合，過盈量一般為0.008d（d為過盈配合的直徑，mm），給內套形成一定的預應力。各模套尺寸分別為：r3=（35～4）r1，r2=（17～18）r1，內模套與坯料接觸部分的表面粗糙度Ra=1.25～0.16

m。經熱處理后的硬度為43～48HRC。單層模套和內模套的材料一般用45號鋼、40Cr、30CrMn，熱處理硬度為43～48HRC。外模套材料為Q235或45號鋼。5冷擠壓用坯料冷擠壓坯料應采用在退火狀態下硬度低、塑性好、便于加工，以及淬火后能達到硬度和耐磨性高、韌性好、變形小的材料，如10、20、20Cr、T8A、T10A、3Cr2W8V。必須根據模具類型、產品數量、型腔復雜程度等綜合考慮，常用材料見表6-3。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工坯料在機加工后，必須進行退火處理（低碳鋼完全退火至硬度為100～160HB，中碳鋼球化處理至硬度為160～200HB），以提高材料的塑性，降低強度以減小擠壓時的變形抗力。在確定模坯的形狀尺寸時，應同時考慮模具的設計尺寸要求和工藝要求，模坯的厚度尺寸與型腔的深度的比值，以及模坯的端面積與型腔在端面上投影面積之間的比值都要足夠大，以防止在冷擠壓時模坯產生翹曲或開裂。封閉式冷擠壓坯料的外形輪廓，一般為圓柱體或圓錐體，其尺寸按以下經驗公式確定［圖6-7（a）］。

D=（2～25）d（6－2）

h=（25～3）d（6－3）上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工式中，D——坯料直徑；

d——型腔直徑；

h——坯料高度；

h1——型腔深度。有時為減小擠壓力，可在模坯底部加工出減荷穴，如圖6-7（b）所示。減荷穴的直徑d1=（06～07）d，減荷穴處切除的金屬體積約為型腔體積的60%。但當型腔底面需要同時擠出圖案或文字時，坯料不能設置減荷穴，應將模坯頂面做成球面［圖6-8（a）］，或在模坯底面墊一塊和圖案大小一致的墊塊，如圖6-8b所示，以使圖案文字清晰。冷擠壓坯料的頂面，擠壓后成為型腔的工作表面，因此，坯料加工時應保證頂面的粗糙度

Ra≤0.32

m。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工6.冷擠壓時的潤滑在冷擠壓過程中，工藝凸模與坯料通常要承受（2～35）×109MPa的擠壓力。為提高型腔表面的質量和便于脫模，以及減小工藝凸模與模坯之間的摩擦力，從而減少工藝凸模破壞的可能性，提高凸模的使用壽命，在坯料與工藝凸模之間要施加必要的潤滑。常用的潤滑方法如下：①為保證良好潤滑，防止在高壓下潤滑劑被擠出，最簡單的潤滑方法是將經除油清洗過的工藝凸模和坯料，在硫酸銅飽和溶液中浸漬3～4s，并涂凡士林或用機油稀釋的二硫化鉬潤滑劑。應注意防止潤滑劑浸到文字或花紋里，以免影響文字和花紋的清晰。上一頁下一頁返回任務一掌握型腔的冷擠壓加工②將工藝凸模進行鍍銅或鍍鋅處理，再將坯料除油清洗后，放入磷酸鹽溶液中浸漬，使坯料表面產生一層不溶于水的金屬磷酸鹽薄膜。該薄膜厚度一般為5～15

m，能承受高溫、高壓，具有多孔性組織，能儲存潤滑劑。擠壓時再用機油稀釋二硫化鉬潤滑劑，涂于工藝凸模和坯料表面，可以保證在高壓下使坯料和工藝凸模隔開，防止工藝凸模與坯料的黏附現象。上一頁返回任務二認識快速成形技術一、快速成形方法快速成形方法是直接根據產品CAD的三維實體模型數據，經計算機處理后，將三維模型轉化為許多平面模型的疊加，再通過計算機控制、制造一系列平面模型并加以聯結，形成復雜的三維實體零件。這樣，產品的研制周期可以顯著縮短，并可節省研制費用。1.快速成形原理快速成形技術不同于傳統的在型腔內成形毛坯切削加工后獲得零件的方法，而是在計算機控制下，基于離散/堆積原理采用不同方法堆積材料最終完成零件的成形與制造的技術。從成形角度看，零件可視為“點”或“面”的疊加而成。下一頁返回任務二認識快速成形技術從CAD電子離散模型中得到點、面的幾何信息，再與成形工藝參數信息結合，控制材料有規律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。從制造角度看，它根據CAD造型生成零件的三維幾何信息，控制多維系統，通過激光束或其他方法將材料逐層堆積而形成原型或零件。快速成形技術是由CAD模型直接驅動的快速制造復雜形狀三維物理實體的技術的總稱，其基本過程是：①由CAD軟件設計出所需零件的計算機三維曲面或實體模型，即數字模型或稱電子模型。②根據工藝要求，按照一定的規則將該模型離散為一系列有序的單元，通常在Z向將其按一定厚度進行離散（習慣稱為分層），把原來的三維電子模型變成一系列的二維層片。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術③根據每個層片的輪廓信息進行工藝規劃，選擇合理的加工參數，自動生成數控代碼。④由成形機接受控制指令制造一系列層片并自動將它們連接起來，得到一個三維物理實體。這樣就將一個物理實體的復雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，并且成形過程的難度與待成形的物理實體形狀和結構的復雜程度無關。2.快速成形技術的特點（1）高度柔性快速成形技術的最突出特點就是柔性好，它取消了專用工具，在計算機管理和控制下可以制造出任意復雜形狀的零件，把可重編程、重組、連續改變的生產裝備用信息方式集成到一個制造系統中。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術（2）技術的高度集成快速成形技術是計算機技術、數控技術、激光技術與材料技術的綜合集成。在成形概念上，它以離散/堆積為指導，在控制上以計算機和數控為基礎，以最大的柔性為目標。因此只有在計算機技術、數控技術高度發展的今天，才有可能誕生快速成形技術。（3）設計制造一體化快速成形技術的另一個顯著特點就是CAD/CAM一體化。在傳統的CAD/CAM技術中，由于成形思想的局限性，致使設計制造一體化很難實現。而對于快速成形技術來說，由于采用了離散/堆積分層制造工藝，能夠很好地將CAD/CAM結合起來。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術（4）快速性快速成形技術的一個重要特點就是其快速性。由于激光快速成形是建立在高度技術集成的基礎之上，從CAD設計到原型的加工完成只需幾小時至幾十小時，比傳統的成形方法速度要快得多，這一特點尤其適合于新產品的開發與管理。（5）自由成形制造（FreeFormFabrication,FFF）快速成形技術的這一特點是基于自由成形制造的思想。自由的含義有兩個方面：①根據零件的形狀，不受任何專用工具（或模腔）的限制而自由成形。②不受零件任何復雜程度的限制。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術由于傳統加工技術的復雜性和局限性，要達到零件的直接制造仍有很大難度。RP技術大大簡化了工藝規程、工裝準備、裝配等過程，很容易實現由產品模型驅動直接制造或稱自由制造。（6）材料的廣泛性由于各種RP工藝的成形方式不同，因而材料的使用也各不相同，如金屬、紙、塑料、光敏樹脂、蠟、陶瓷，甚至纖維等材料在快速成形領域已有很好的應用。3快速成形技術的應用（1）產品設計評估與功能測驗RP技術的第一個重要應用是產品的概念原型與功能原型制造。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術采用RP技術制造產品的概念原型，用于展示產品設計的整體概念、立體形態和布局安排，進行產品造型設計的宣傳，可用于產品展示、投標、面市等。功能原型用于產品的結構設計檢查，裝配干涉檢驗，靜、動力學試驗和人機工程等，從而優化產品設計。同時還可以通過產品的功能原型研究產品的一些物理性能、機械性能。通過RP技術快速制造出產品的功能原型，可以盡早地對產品設計進行測試、檢查和評估，縮短產品設計反饋的周期和產品的開發周期，大大降低產品的開發費用，大幅度提高產品開發的成功率。（2）快速模具制造先進快速模具制造技術是近年來模具制造業中十分活躍的領域之一。限制產品推向市場時間的主要因素是模具及模型的設計時間。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術由于現代社會產品競爭十分激烈，產品快速推向應市場往往是競爭制勝的關鍵，所以模具快速制造顯得尤為重要。傳統模具制造的方法如數控銑削加工、成形磨削、電火花加工、線切割加工、鑄造模具、電解加工、電鑄加工、壓力加工和照相腐蝕等，工藝復雜、時間長、費用高，影響了新產品對于市場的響應速度。傳統的快速模具（例如中低熔點合金模具、電鑄模、噴涂模具等）又由于工藝粗糙、精度低、壽命短，很難完全滿足用戶的要求，特別是常常因為模具的設計與制造中出現的問題無法改正，而不能做到真正的“快速”。因此，應用RP技術制造快速模具，在最終生產模具開模之前進行產品的試制與小批量生產，可以大大提高產品開發的一次成功率，有效地節約開發時間和費用。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術在RP原型制造出來之后，以此原型作為基礎，采用一次轉換或多次轉換工藝，制造出實際的大批量生產中或產品試制中零件使用的模具，稱為間接模技術。間接模技術目前是RP技術最重要的應用領域。（3）醫學上的仿生制造RP技術在醫學方面有許多應用，如根據CT掃描或MRI核磁共振的數據，采用RP技術可以快速制造人體骨骼和軟組織的實體模型。這些人體器官實體模型可幫助醫生進行病情輔助診斷和確定治療方案，具有巨大的臨床價值和學術價值。這些模型可以為每個個體的人單獨設計和制造，提供了個性化服務。（4）藝術品的制造上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術藝術品和建筑裝飾品是根據設計者的靈感構思設計出來的，采用RP可使藝術家的創作、制造一體化，為藝術家提供最佳的設計環境和成形條件。（5）直接制造金屬型RP技術不僅應用于設計過程，而且也延伸到制造領域。在制造業中，限制產品推向市場時間的主要因素是模具及模型的設計時間，RP是快速設計的輔助手段，而更多的廠家則希望直接從CAD數據制成產品，所以RM技術就更令人關注。有關專家預測未來零件的快速制造將越來越廣泛，也就是說RM將很可能逐漸占據主導，使設計和制造更緊密地連接在一起。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術RP出現的新工藝大部分都與直接制造金屬型有關，例如三維焊接成形（Three-DimensionalWeldingShaping）、氣相沉積成形（SelectiveAreaLaserDeposition）、激光工程化凈成形技術（LaserEngineeringNetShaping）、液態金屬微滴沉積技術（LiquidMetalDropletEjectionandDepositionTechniques）和熱化學反應的液相沉積型（ThermoChemicalLiquidDeposition）等。最近TerryWohlers提出“RPwillmeanrapidproduction”（RP將意味快速生產）的新定義更加明確了這一發展方向。目前RP技術與其他領域出現的新結合點是：生物制造、微納米制造和激光制造技術。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術快速成形制造技術是一種新穎的、與傳統制造方式迥然不同的制造技術，盡管問世時間不長，目前還不夠成熟，但其發展卻異常迅猛，受到人們的廣泛重視。據專家預測，這一新型制造技術對制造業的影響完全可與數控技術相媲美。快速成形技術屬于先進制造技術的范疇，該技術在制造思想的實現方式上具有革命性的突破，它可以自動、快捷地將設計思想物化為具有一定結構和功能的原型產品，從而可以對產品設計進行快速評價、修改及功能實驗，有效地縮短了產品的研制周期。快速成形技術的出現，開辟了不使用刀具、模具等傳統工具而制作各類零部件的新途徑，并為目前尚不能制作或難以制作的零件和模型提供了一種新的制造手段。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術快速成形制造技術可為CAD／CAM系統提供極具實用價值的技術支持，使通過CAD獲得的幾何圖形實體化。毫無疑問，這一具有革命性的制造技術的出現和發展，必將為科學研究、醫療、機械制造、模具制造等各個領域的技術創新帶來突破性進展。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術二、快速成形制模法1）立體平板印刷法立體平板印刷法（簡稱SLA）又稱立體光照成形法，是使用各種光敏樹脂為成形材料、以激光為能源、以樹脂固化為特征的快速成形方法。（1）成形原理首先采用計算機輔助設計形成零件的計算機三維立體模型，通過計算機軟件對模型進行平面分層（一般為0.01～0.02mm），得到每一層截面的形狀數據。然后由計算機控制氦—鎘激光器1發出的激光束2，按照截面的形狀數據，從基層形狀開始逐點掃描，如圖6-9所示。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術當激光束照射到液態光敏樹脂4時，被照射的液態樹脂產生交聯而固化，即可形成一層薄薄的固化層，即零件的截面形狀。升降臺沿Z軸下降一個分層厚度，掃描第二層的形狀，新固化層粘在前面的固化層上。就這樣逐層地進行照射、固化、下沉，最終堆積成三維模型實體，得到設計的零件。常用的光敏樹脂材料有丙烯酸樹脂、乙烯樹脂和環氧樹脂。（2）立體平版印刷裝置立體平版印刷裝置由計算機和激光成形裝置兩大部分組成。計算機的作用是進行零件的三維立體造型，將立體造型進行分層處理，形成每層截面的二維形狀數據。激光成形裝置由計算機控制系統、激光發生器、機械運動系統和樹脂循環系統組成。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術計算機控制系統控制造型機構的運動軌跡；機械運動系統驅動升降臺作

Z軸運動，X、Y

軸的激光掃描以及刮平器對樹脂液面進行刮平，樹脂循環系統控制樹脂的液面和溫度。由于樹脂黏度較大，流動性差，固化層表面還有張力作用，若靠樹脂本身自然流動達到液面靜止，則時間過長，因此可采用刮平器幫助液態樹脂附著在固化層上，使液面穩定下來。對分層厚度、光束直徑、掃描速度和樹脂液溫度等成形工藝參數可分別進行控制調整。2）物體疊層制造法疊層制造法（簡稱LOM）是采用激光束切割薄層材料并使其依次黏結形成立體形狀的成形方法，其工作原理如圖6-10所示。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術薄層材料可以是紙片、塑料薄膜或復合材料等。它單面涂敷一層很薄的熱敏感黏結劑（一般為熱熔膠），當薄層材料表面達到一定溫度后，其上的熱敏感黏結劑將薄層材料粘在一起。物體疊層制造法同立體平板印刷法一樣，首先用計算機構建零件的三維模型，然后進行分層處理，生成每層的二維形狀輪廓數據。激光器發出的激光束沿XY

平面運動，按每層形狀的內外輪廓進行切割，然后新薄層材料疊加在上面，由加熱輥加熱壓合黏結，再切割新層、膠貼，如此逐層堆積，直至完成。3）選擇性激光燒結法上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術選擇性激光燒結法（簡稱SLS）是采用粉末材料為原材料，將粉末鋪成一薄層（100～200

m），利用大功率的二氧化碳激光器對粉末進行加熱燒結，然后再鋪一層進行燒結，一層層堆積而最后成形的方法，如圖6-11所示。一般燒結后還要進行打磨烘干。造型用的材料有石蠟粉、ABS塑料粉、金屬粉和陶瓷粉等。4）熔絲沉積制造法熔絲沉積制造法（簡稱FDM）也稱熔融沉積造型，它是以熔絲為原料，由計算機控制加熱成半熔狀的熔絲，經噴嘴噴涂到預定位置。在逐點噴涂生成一層截面（厚度為0.025～0.762mm）后,Z軸工作臺下移,然后在前一層基礎上再按新截面形狀噴涂、堆積而成零件的方法,如圖6-12所示。常用的熔絲材料有石蠟、尼龍和ABS等。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術二、快速成形制模法選擇激光燒結法除用于制作模型外，還可用來直接制作金屬模具。首先將金屬粉末用易消失的聚合物樹脂包覆，通過選擇激光燒結法得到樹脂金屬黏結實體，將樹脂在一定條件下分解使之消失，即可得到成形后的金屬黏結實體。再將金屬黏結實體在高溫下燒結，而形成多孔狀的金屬低密度燒結件，最后再滲入熔點較低的金屬，完成金屬模具制造。采用這種選擇性激光燒結制作的鋼銅合金塑料注射模，模具壽命可達5萬件以上。物體疊層制造法利用金屬薄箔為原料，熔絲沉積制造法用金屬熔絲為原料，都可以直接制造金屬模具（一般僅限于塑料注射模）。上一頁下一頁返回任務二認識快速成形技術以上制模法稱為直接制模法，而采用快速成形技術制作非金屬母模，再利用母模制造金屬模具的方法稱為間接制模法。根據母模材料及模具的不同，可分別采用電鑄、精密鑄造、陶瓷型鑄造等方法制取模具。快速成形間接制模法的種類和特點見表6-4。上一頁返回任務三認識超塑成形工藝一、超塑成形工藝的概念金屬的超塑性是指金屬在特定的溫度及應變速率下，以極小的變形力（約為正常值的1/10～1/20，一般＜10MN）獲得極大的伸長率，

可達100%～2000%。而一般有色金屬伸長率

為50%～60%，黑色金屬伸長率

＜40%，而不發生縮頸和斷裂的特性。金屬材料經超塑性處理后，使其組織具有5

m以下的穩定超細晶粒，即可獲得超塑性。超塑性狀態的模具坯料擠壓后形成的型腔表面光潔，其表面粗糙度Ra為3.2～0.4

m，尺寸精度可達IT8～IT6，它可以成形難以用機械加工、電加工、冷擠壓加工的復雜型腔，成形的細微部分輪廓清晰。下一頁返回任務三認識超塑成形工藝利用超塑性成形模具型腔，材料不會因大的塑性變形而斷裂，也不硬化，對獲得形狀復雜的型腔十分有利，并可以大大縮短制造周期，降低成本。超塑性金屬目前已有100多種,有的已經在工業生產中得到廣泛應用。目前用于模具制造的超塑料金屬主要是ZnAl22（鋅鋁合金）。二、超塑合金ZnAl22的性能超塑合金ZnAl22的成分和性能見表6-5。這種材料為鋅基中含鋁（WAl

為22%），在275℃以上時是單相的

固溶體，冷卻時分解成兩相，即

（Al）+

（Zn）的層狀共析組織（也稱珠光體）。上一頁下一頁返回任務三認識超塑成形工藝如在單相固溶體時（通常加熱到350℃）快速冷卻，可以得到5

m以下的粒狀兩相組織。在獲得5

m以下的穩定超細晶粒后，當變形溫度處在250℃時，其伸長率

可達1000%以上，即進入超塑性狀態。在這種狀態下將工藝凸模壓入合金材料的內部，能使合金產生任意的塑性變形，其成形壓力則遠小于一般冷擠壓時所需的壓力。經超塑性成形后，再對合金進行強化處理，獲得兩相層狀共析組織，其強度

b

可達400～430MPa。與各種常用的鋼材相比，ZnAl22的耐熱性能和承壓能力比較差，因此，多用于制造塑料注塑成形模具。為增強模具的承載能力，常在超塑合金外圍用鋼制模框加固。在注射成形模具溫度較高的澆口部位采用鋼制鑲件結構來彌補合金熔點低的缺陷。上一頁下一頁返回任務三認識超塑成形工藝三、型腔的超塑性成形工藝用ZnAl22制造塑料模型腔的工藝過程如圖6-13所示。1.坯料準備由于以ZnAl22為型腔材料的凹模大都制成組合結構，型腔的坯料尺寸可按體積不變的原則（即模坯成形前后體積保持不變），根據型腔的結構尺寸進行計算。在計算時應考慮適當的切削余量（壓制成形后的多余材料用切削方法去除）。坯料與工藝凸模接觸表面的表面粗糙度Ra為0.63

m以下。一般ZnAl22合金在出廠時均已經過超塑性處理，因此，只需選擇合適類型的原材料，經切削加工成形腔坯料后即可進行擠壓。上一頁下一頁返回任務三認識超塑成形工藝若材料規格不能滿足要求，則可將材料經等溫鍛造成所需形狀，在特殊情況下還可以用澆注的方法來獲得大規格尺寸的坯料，但經重新鍛造或澆注的ZnAl22已不具有超塑性能，必須進行超塑性處理。2.工藝凸模工藝凸模可采用中碳鋼、低碳鋼、工具鋼、HPb59－1鉛黃銅等材料制造，工藝凸模一般可不進行熱處理。在確定工藝凸模的尺寸時，要考慮模具材料及塑料制件的收縮率，其計算公式如下：

d=D［1-

1

1+

2（

1

-

2）+

3

2］（6-4）式中，d——工藝凸模的尺寸（mm）；

2可在0.003～0.006范圍內選取，

1、

3

可按照工藝凸模及塑料類別從有關手冊查得。上一頁下一頁返回任務三認識超塑成形工藝3.護套ZnAl22在超塑性狀態下，屈服極限低、伸長率高，工藝凸模壓入毛坯時，金屬因受力會發生自由的塑性流動而影響成形精度。因此，按圖6-14所示使型腔的成形過程在防護套內。由于防護套的作用，變形金屬的塑性流動方向與工藝凸模的壓入方向相反，使變形金屬與凸模表面緊密貼合，提高了型腔的成形精度。防護套的內部尺寸由型腔的外部形狀尺寸確定，可比坯料尺寸大0.1～0.2mm，內壁表面粗糙度

Ra<0.63

m，并加工成1∶50的錐度，以保證易于脫模。護套可采用普通結構鋼制造，壁厚不小于2.5mm。護套高度應略高于模坯高度。護套熱處理硬度在42HRC以上。上一頁下一頁返回任務三認識超塑成形工藝4擠壓設備及擠壓力計算對ZnAl22的擠壓可以在液壓機上進行。根據合金材料的特性和高要求，壓制型腔的液壓機必須設置加熱裝置，以便將ZnAl22加熱到250℃后保持恒溫，并以一定的壓力實現超塑性成形。擠壓力與擠壓速度、型腔形狀的復雜程度等因素有關。可采用下列經驗公式進行計算：

F=10-6pA

（6－5）式中，F——擠壓力（N）；

P——單位壓力（Pa），一般為（2～10）×107Pa；

A——型腔的投影面積（mm2）；

=

1

2

3——修正系數；上一頁下一頁返回任務三認識超塑成形工藝

1——根據型腔的復雜程度在1～12的范圍內選取；

2——根據型腔的尺寸大小在1～13的范圍內選取；

3——根據擠壓速度在1～16的范圍內選取。5.潤滑合理的潤滑可以減小ZnAl22流動時與工藝凸模之間的摩擦力，降低單位擠壓力，同時可以防止金屬黏結，易于脫模，獲得理想的型腔尺寸和表面粗糙度。所用潤滑劑應能耐高溫，常用的有295硅脂、201甲基硅油、硬脂酸鋅等。使用時其用量不能過多，應涂抹均勻，避免ZnAl22不充滿潤滑劑堆積部位，影響型腔精度。圖6-15（a）是用ZnAl22注塑模制作的尼龍齒輪，其加工過程如圖6-15（b）所示。上一頁返回任務四其他成形工藝一、合成樹脂模具的制造目前最常用的合成樹脂為環氧樹脂。在新產品試制或制品批量較小的情況下，為了快速制模，降低成本，可采用環氧樹脂來制作中小型的注射模型腔，其壽命約為四五千次。環氧樹脂模具的結構如圖6-16所示。環氧樹脂用來制作型腔，其余部分仍由金屬材料制成。由于環氧樹脂的機械性能較差，不能承受注射過程中的反復合模和注射壓力，所以必須用金屬框架加強。環氧樹脂模的制作工藝過程大致如圖6-17所示。環氧樹脂混合料的配方種類很多，表6-6所示是常用的一種配方。按配方稱量好各種材料，然后按下列順序配制：下一頁返回任務四其他成形工藝加入環氧樹脂6207及順丁烯二酸酐→加入甘油→加入環氧樹脂634→加入鋁粉攪拌均勻并抽真空至無氣泡→取出澆注。將澆注好的模具放入90℃的烘箱中保溫3h，升溫至120℃保溫3h，再升溫至180℃保溫20h，然后緩慢冷卻，開模取出模型。如需要可對環氧樹脂型腔進行機加工修整。二、陶瓷型鑄造工藝陶瓷型鑄造是在砂型鑄造基礎上發展起來的一種精密鑄造新工藝，在模具制造中，常用來制造鍛模、玻璃模、塑料模、拉伸模等模具的型腔。陶瓷型制造澆鑄時的尺寸誤差為0.1～0.5mm，表面粗糙度Ra一般為63~16

m。1.工藝過程上一頁下一頁返回任務四其他成形工藝用陶瓷漿料作材料，灌漿成形，經噴燒和烘干后完成造型，再經合箱、澆注金屬液鑄成零件。工藝過程如圖6-18所示。在陶瓷鑄造成形中，只是型腔表面為一層5～8mm厚度的陶瓷材料，其余是普通鑄造型砂構成的砂套。造型中先將這個砂套造好（圖6-21所示為砂套造型時用粗母模），砂套與母模配合，形成5～8mm的間隙，此間隙即為所需澆注的陶瓷層厚度。2.陶瓷鑄造成形的特點①便于模具的復制，如對鑄造大批量用的熱鍛模效果較好。②減少模具型腔切削加工工時，節約金屬材料，模具報廢后可重熔澆鑄。③生產周期短，一般有了母模后2～3天內即可鑄鑄件。④工藝設備簡單。上一頁下一頁返回任務四其他成形工藝三、硅橡膠模具硅橡膠模具是一種由彈性體硅橡膠澆注成形的型腔，是結構最簡單的模具。它可以直接利用產品實樣作為工藝凸模放在底板上，圍以模具框，把液狀硅橡膠澆入后經室溫固化而成。硅橡膠模具的結構特點：模具不需設計，制造方便，周期短（制造一副硅橡膠模具連同澆出產品零件，一般只需2～3天），可精確地復制形狀復雜的零件。由于硅橡膠模是彈性體凹模（沒有凸模），所以在澆注成形后可以很順利地從模具中取出，但其使用壽命短，不易澆注深孔薄壁零件。硅橡膠模具適用于澆注多品種小批量或單個生產的樹脂類小零件，特別適于新產品未定型或在金屬模具制造之前試生產時期用，也可用于配補某種樹脂類小零件。上一頁下一頁返回任務四其他成形工藝制造硅橡膠模具時，以零件實樣作為工藝凸模，準備簡單的模具框。當實物表面粗糙時，則應預先嵌填涂補，使之光潔。無實樣時，可用塑料、有機玻璃、膠木或金屬等制出工藝凸模。硅橡膠模具制造的工藝要點如下：1.制模框模框包括套圈及底板，常用硬聚氯乙烯、金屬薄板等材料制成。用玻璃或陶瓷底板時，應涂油防止硅橡膠黏結。為保證模具強度及節約硅橡膠，壁厚要適當（常用5～10mm），由此確定模框大小。2.配料及澆注根據模框內腔容積估算所需重量，并按配比分別稱量：室溫硫化硅橡膠100%，正硅酸脂2%～5%，有機錫（二丁基月桂酸錫）15%～25%。上一頁下一頁返回任務四其他成形