塑料件加工工艺与材料（共6篇）
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塑料齿轮正朝着更大的尺寸、更复杂的几何形状、更高强度的方向发展，同时高性能树脂和长玻纤填充的复合材料起到了重要的推动作用。
塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程。今天它们已经深入到许多不同的应用领域中，如汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等，起到传递扭矩和运动形式的作用。除了现有的应用领域以外，新的、更难加工的齿轮应用领域将不断的出现，这种趋势还在深入发展中。
汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域，这一成功的变化是令人鼓舞的。汽车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统，他们需要的是马达和齿轮等而不是功率、液压或者电缆。这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域，从升降门、座位、跟踪前灯到刹车传动器、电动节气门段、涡轮调解装置等。
塑料动力齿轮的应用进一步拓宽。在一些大尺寸要求的应用领域，塑料齿轮经常用来替代金属齿轮，如使用塑料的洗衣机传动装置等，这改变着齿轮在尺寸上的应用限度。塑料齿轮也应用到其它很多领域，如通风和空调系统(HVAC)的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、公共休息室中的自动冲扫器、小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的螺砣仪以及操纵装置。大尺寸、高强度的塑料齿轮
由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大、高精度和高强度的特征，这是塑料齿轮得以发展的一个重要原因。早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于1英寸，传输能力不超过0.25马力的直齿轮。现在齿轮可以做成许多不同的结构，传输动力一般为2马力，直径范围为4-6英寸。预测到2010年，塑料齿轮成型直径可以达到18英寸，传送能力可以提高到10马力以上。
如何设计出一个齿轮构型，在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化，还面临着很多难题。这就对齿轮的同心性、齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求。某些斜齿轮，可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品，其它的齿轮在较厚部分需要使用芯齿来减少收缩。虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料、设备和加工技术达到了生产新一代塑料齿轮的能力，但是对于所有的加工者来说，将面临的一个真正的挑战是如何配合制造这种整个高精度产品。
控制的难点
高精度齿轮允许的公差一般很难用美国塑料工业协会(SPI)所说明的“好”来形容。但是今天多数成型专家使用最新的配有加工控制单元的成型机器，在一个复杂的窗口上，控制成型温度的精度、注射压力以及其它的变量来成型精密的齿轮。一些齿轮成型专家使用更先进的方法，他们在型腔里安置温度和压力传感器来提高成型的一致性和重复性。精密齿轮的生产商也需要使用专业的检测设备，如用来控制齿轮质量的双齿侧面的滚动检测器、评估齿轮齿面以及其它特征的电脑控制检测器。但是拥有正确的设备仅仅是个开始。那些试图进入精度齿轮行业的成型商也必须调整他们的成型环境来确保他们生产的齿轮，在每一次注塑、每一次型腔都尽可能的一致。由于在生产精密齿轮的时候，技工的行为往往是决定性的因素，因此他们必须着力于对员工的培训和操作过程的控制。
由于齿轮的尺寸容易受季节性温度变换的影响，甚至打开门让一个叉车通过引起的温度波动都能影响齿轮的尺寸精度，因此模塑厂商需要严格控制成型区的环境条件。其它需要考虑的因素还包括：一个稳定的动力供给，可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备，配有恒定的气流的冷却单元。有些场合使用自动化技术，通过一个反复的动作，将齿轮从成型的位置移开并放置在传送单元上，达到冷却方式的一致。
重要的成型冷却步骤
高精密零件的加工与一般成型加工的要求相比较，需要注意更多的细节问题以及达到精确测量水平所要求的测量技术。这一工具必须确保每一次成型的腔内成型温度和冷却速率相同。精密齿轮加工中最常见的问题是如何处理齿轮对称性冷却以及各模腔间一致性的问题。
精密齿轮的模具一般不超过4个型腔。由于第一代的模具只生产一个齿轮，很少有具体的说明，轮齿嵌入物经常用来减少二次切削的成本。
精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线，改变压力分布和收缩，影响齿轮公差。对于玻纤增强的材料，由于纤维沿着焊接线成放射状排列，使用多浇口时易造成半径的偏心的“碰撞”。
一个成型专家能控制好齿槽处的变形，获得可控的、一致性的、均匀的收缩能力的产品是以良好的设备、成型设计、所用的材料伸展能力以及加工条件为前提的。在成型时，要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。
最常见的塑料齿轮是直齿、圆柱形蜗轮和斜齿轮，几乎所有用金属制造的齿轮都可以用塑料来制造。齿轮常用分瓣模腔来成型。斜齿轮加工时由于注射时必须让齿轮或者形成齿的齿轮环进行旋转，所以要求注意其细节。
蜗轮运行时产生的噪音比直齿小，成型后通过旋出型腔或者用多个滑动机构移出。如果使用滑动机构，必须高精确操作，避免在齿轮上出现明显的分缝线。
新工艺和新树脂
更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法，通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法，使齿轮运行起来更安静，在齿轮突然停止运转时，能够较好的吸收振动，避免轮齿损坏。轮轴可以被重新模塑上其它材料，可以选择柔韧性更好或者价值更高、自润滑效果更好的复合材料。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法，作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。
除了齿轮本身以外，成型人员还需要注意齿轮的设计结构。结构中齿轮轴的位置必须成线性排列才能保证齿轮成一直线运行，即使在负荷和温度改变的情况下，因此结构的尺寸稳定性和精度是非常重要的。考虑到这个因素，应该使用玻纤增强材料或矿物填充的聚合物等材料做成具有一定刚性的齿轮结构。
现在，在精密齿轮制造领域，一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料，可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能，能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型，保证材料的充分结晶，否则在使用时由于温度升到成型温度以上，材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。
乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。
PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中。
聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。
聚苯硫醚（PPS）的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。
液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。
热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。
在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好；ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域。
使用塑料齿轮的优势
与同等尺寸的塑料齿轮相比，金属齿轮运行良好，温度和湿度变化时的尺寸稳定性好。但是与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。
与金属成型相比，塑料成型的固有的设计自由度保证了更高效的齿轮制造。可以用塑料成型内齿轮、齿轮组、蜗轮等产品，而这很难以一个合理的价格使用金属材料来成型。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。塑料齿轮同时也是一种满足低静音运行要求的重要材料，这就要求有高精度、新型齿形和润滑性或柔韧性优异的材料出现。
塑料制造的齿轮一般不需要二次加工，所以相对于冲压件和机造件金属齿轮，在成本上保证了50%到90%水平的降低。塑料齿轮比金属齿轮轻、惰性好，可用在金属齿轮易腐蚀、退化的环境中，例如水表和化学设备的控制。
和金属齿轮相比，塑料齿轮可以偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好的分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。许多塑料固有的润滑特征使得它们成了打印机、玩具和其它低负荷运转机构的理想齿轮材料，这里不包括润滑剂。除了运行在干燥的环境中，齿轮还可用油脂或油来润滑。
材料的增强作用
齿轮和结构材料的说明中，应该考虑到纤维和填料对树脂材料性能的重要作用。例如当乙缩醛共聚物填充25%的短玻纤（2mm或更小）的填料后，它的拉伸强度在高温下增大2倍，硬度升3倍。使用长玻纤（10 mm或者更小）填料可提高强度、抗蠕变能力、尺寸稳定性、韧性、硬度、磨损性能等以及其它的更多性能。因为可获得需要的硬度、良好的可控热膨胀性能，在大尺寸齿轮和结构应用领域，长玻纤增强材料正成为一种具有吸引力的备选材料。
塑料齿轮加工工艺及材料简介
塑料齿轮正朝着更大的尺寸、更复杂的几何形状、更高强度的方向发展，同时高性能树脂和长玻纤填充的复合材料起到了重要的推动作用。
塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程。今天它们已经深入到许多不同的应用领域中，如汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等，起到传递扭矩和运动形式的作用。除了现有的应用领域以外，新的、更难加工的齿轮应用领域将不断的出现，这种趋势还在深入发展中。
汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域，这一成功的变化是令人鼓舞的。汽车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统，他们需要的是马达和齿轮等而不是功率、液压或者电缆。这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域，从升降门、座位、跟踪前灯到刹车传动器、电动节气门段、涡轮调解装置等。
塑料动力齿轮的应用进一步拓宽。在一些大尺寸要求的应用领域，塑料齿轮经常用来替代金属齿轮，如使用塑料的洗衣机传动装置等，这改变着齿轮在尺寸上的应用限度。塑料齿轮也应用到其它很多领域，如通风和空调系统(HVAC)的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、公共休息室中的自动冲扫器、小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的螺砣仪以及操纵装置。
大尺寸、高强度的塑料齿轮
由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大、高精度和高强度的特征，这是塑料齿轮得以发展的一个重要原因。早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于1英寸，传输能力不超过0.25马力的直齿轮。现在齿轮可以做成许多不同的结构，传输动力一般为2马力，直径范围为4-6英寸。预测到2010年，塑料齿轮成型直径可以达到18英寸，传送能力可以提高到10马力以上。
如何设计出一个齿轮构型，在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化，还面临着很多难题。这就对齿轮的同心性、齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求。某些斜齿轮，可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品，其它的齿轮在较厚部分需要使用芯齿来减少收缩。虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料、设备和加工技术达到了生产新一代塑料齿轮的能力，但是对于所有的加工者来说，将面临的一个真正的挑战是如何配合制造这种整个高精度产品。
沙发大中小发表于 2009-6-10 16:05 只看该作者
控制的难点
高精度齿轮允许的公差一般很难用美国塑料工业协会(SPI)所说明的“好”来形容。但是今天多数成型专家使用最新的配有加工控制单元的成型机器，在一个复杂的窗口上，控制成型温度的精度、注射压力以及其它的变量来成型精密的齿轮。一些齿轮成型专家使用更先进的方法，他们在型腔里安置温度和压力传感器来提高成型的一致性和重复性。
精密齿轮的生产商也需要使用专业的检测设备，如用来控制齿轮质量的双齿侧面的滚动检测器、评估齿轮齿面以及其它特征的电脑控制检测器。但是拥有正确的设备仅仅是个开始。那些试图进入精度齿轮行业的成型商也必须调整他们的成型环境来确保他们生产的齿轮，在每一次注塑、每一次型腔都尽可能的一致。由于在生产精密齿轮的时候，技工的行为往往是决定性的因素，因此他们必须着力于对员工的培训和操作过程的控制。
由于齿轮的尺寸容易受季节性温度变换的影响，甚至打开门让一个叉车通过引起的温度波动都能影响齿轮的尺寸精度，因此模塑厂商需要严格控制成型区的环境条件。其它需要考虑的因素还包括：一个稳定的动力供给，可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备，配有恒定的气流的冷却单元。有些场合使用自动化技术，通过一个反复的动作，将齿轮从成型的位置移开并放置在传送单元上，达到冷却方式的一致。
重要的成型冷却步骤
高精密零件的加工与一般成型加工的要求相比较，需要注意更多的细节问题以及达到精确测量水平所要求的测量技术。这一工具必须确保每一次成型的腔内成型温度和冷却速率相同。精密齿轮加工中最常见的问题是如何处理齿轮对称性冷却以及各模腔间一致性的问题。
精密齿轮的模具一般不超过4个型腔。由于第一代的模具只生产一个齿轮，很少有具体的说明，轮齿嵌入物经常用来减少二次切削的成本。
精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线，改变压力分布和收缩，影响齿轮公差。对于玻纤增强的材料，由于纤维沿着焊接线成放射状排列，使用多浇口时易造成半径的偏心的“碰撞”。
一个成型专家能控制好齿槽处的变形，获得可控的、一致性的、均匀的收缩能力的产品是以良好的设备、成型设计、所用的材料伸展能力以及加工条件为前提的。在成型时，要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。
最常见的塑料齿轮是直齿、圆柱形蜗轮和斜齿轮，几乎所有用金属制造的齿轮都可以用塑料来制造。齿轮常用分瓣模腔来成型。斜齿轮加工时由于注射时必须让齿轮或者形成齿的齿轮环进行旋转，所以要求注意其细节。
蜗轮运行时产生的噪音比直齿小，成型后通过旋出型腔或者用多个滑动机构移出。如果使用滑动机构，必须高精确操作，避免在齿轮上出现明显的分缝线。
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板凳大中小发表于 2009-6-10 16:05 只看该作者
新工艺和新树脂
更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法，通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法，使齿轮运行起来更安静，在齿轮突然停止运转时，能够较好的吸收振动，避免轮齿损坏。轮轴可以被重新模塑上其它材料，可以选择柔韧性更好或者价值更高、自润滑效果更好的复合材料。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法，作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。
除了齿轮本身以外，成型人员还需要注意齿轮的设计结构。结构中齿轮轴的位置必须成线性排列才能保证齿轮成一直线运行，即使在负荷和温度改变的情况下，因此结构的尺寸稳定性和精度是非常重要的。考虑到这个因素，应该使用玻纤增强材料或矿物填充的聚合物等材料做成具有一定刚性的齿轮结构。
现在，在精密齿轮制造领域，一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料，可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能，能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型，保证材料的充分结晶，否则在使用时由于温度升到成型温度以上，材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。
乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。
PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中。
聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。
聚苯硫醚（PPS）的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。
液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。
热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。
在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好；ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域。
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地板大中小发表于 2009-6-10 16:06 只看该作者
使用塑料齿轮的优势
与同等尺寸的塑料齿轮相比，金属齿轮运行良好，温度和湿度变化时的尺寸稳定性好。但是与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。
与金属成型相比，塑料成型的固有的设计自由度保证了更高效的齿轮制造。可以用塑料成型内齿轮、齿轮组、蜗轮等产品，而这很难以一个合理的价格使用金属材料来成型。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。塑料齿轮同时也是一种满足低静音运行要求的重要材料，这就要求有高精度、新型齿形和润滑性或柔韧性优异的材料出现。
塑料制造的齿轮一般不需要二次加工，所以相对于冲压件和机造件金属齿轮，在成本上保证了50%到90%水平的降低。塑料齿轮比金属齿轮轻、惰性好，可用在金属齿轮易腐蚀、退化的环境中，例如水表和化学设备的控制。
和金属齿轮相比，塑料齿轮可以偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好的分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。许多塑料固有的润滑特征使得它们成了打印机、玩具和其它低负荷运转机构的理想齿轮材料，这里不包括润滑剂。除了运行在干燥的环境中，齿轮还可用油脂或油来润滑。
材料的增强作用
齿轮和结构材料的说明中，应该考虑到纤维和填料对树脂材料性能的重要作用。例如当乙缩醛共聚物填充25%的短玻纤（2mm或更小）的填料后，它的拉伸强度在高温下增大2倍，硬度升3倍。使用长玻纤（10 mm或者更小）填料可提高强度、抗蠕变能力、尺寸稳定性、韧性、硬度、磨损性能等以及其它的更多性能。因为可获得需要的硬度、良好的可控热膨胀性能，在大尺寸齿轮和结构应用领域，长玻纤增强材料正成为一种具有吸引力的备选材料。
塑料齿轮在绝大多数的应用领域内，多采用（POM）和尼龙（PA66）。其主要原因是它们具有较非结晶态塑料更优良的抗疲劳性、高强度、高耐磨性。
塑料齿轮相对于金属齿轮存在很多优势：塑料齿轮具有质量轻、工作噪音小、耐磨损、无需润滑、可以成型较为复杂的形状，大批量生产成本较低等优点。但是由于塑料材质的局限，塑料齿轮存在着精度低，使用寿命短等缺点，随着新材料的应用以及制造技术的发展，塑料齿轮的精度越来越高了寿命也越来越强，塑料齿轮目前广泛用于汽车仪表，大灯调节器传动，打印机，复印机传动，VCM镜头传动等领域。
深圳兆威市一家专业生产塑料齿轮的厂家，对于塑料齿轮的设计生产，我们在精度上严格要求，以至于我们现在塑料齿轮的精度达到了JGMA 0级。我们拥有先进的生产技术，先进的仪器设备，在产品的设计生产上我们要求严格，精益求精，在不懈的努力和追求下，产品能够满足广大客户的需求。
在2007年以突破0.1mm的注塑成型被深圳市科技局授予高新技术企业称号，以微量精密的注塑在2009年与橡胶模具国家工程研究中心共同创建了国内首家“微细精密注塑成型与模具技术中心” 并且通过与索尼、松下、三洋等国际知名企业的合作，直接参与国际化竞争，使公司的技术能力、管理水平不断提升。
相对金属齿轮，塑料齿轮具有质量轻、工作噪音小、耐磨损无需润滑、可以成型较复杂的形状、大批量生产成本低等优点。但由于塑料本身具有收缩、吸水，相对金属强度也比较弱，对工作环境要求高，对
温度较为敏感等特性。因而，塑料齿轮同时就有精度低、寿命短、使用环境高等缺点。随着新材料的应用及制造技术的发展，塑料齿轮的
精度越来越高，寿命也越来越长，并广泛应用于仪器、仪表、玩具、汽车、打印机等行业。
直齿轮：加工容易，便于提高精度，是齿轮中最基本的形式。
斜齿轮：重合度大，传动平稳，适于高速重载传动，缺点是传动过程中产生轴向力。
人字齿轮：可视为有两个螺旋角相同而旋向相反的斜齿轮所组成，它除具有斜齿轮的特点外，还能够自相平衡传动过程中产生的轴向力，从而可以采用大的 螺旋角，进一步提高承载能力平衡性。
塑料齿轮加工工艺及材料简介
2007-1-30 19:12:00 【文章字体：
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塑料齿轮正朝着更大的尺寸、更复杂的几何形状、更高强度的方向发展，同时高性能树脂和长玻纤填充的复合材料起到了重要的推动作用。
塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程。今天它们已经深入到许多不同的应用领域中，如汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等，起到传递扭矩和运动形式的作用。除了现有的应用领域以外，新的、更难加工的齿轮应用领域将不断的出现，这种趋势还在深入发展中。
汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域，这一成功的变化是令人鼓舞的。汽车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统，他们需要的是马达和齿轮等而不是功率、液压或者电缆。这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域，从升降门、座位、跟踪前灯到刹车传动器、电动节气门段、涡轮调解装置等。
塑料动力齿轮的应用进一步拓宽。在一些大尺寸要求的应用领域，塑料齿轮经常用来替代金属齿轮，如使用塑料的洗衣机传动装置等，这改变着齿轮在尺寸上的应用限度。塑料齿轮也应用到其它很多领域，如通风和空调系统(HVAC)的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、公共休息室中的自动冲扫器、小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的螺砣仪以及操纵装置。
大尺寸、高强度的塑料齿轮
由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大、高精度和高强度的特征，这是塑料齿轮得以发展的一个重要原因。早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于1英寸，传输能力不超过0.25马力的直齿轮。现在齿轮可以做成许多不同的结构，传输动力一般为2马力，直径范围为4-6英寸。预测到2010年，塑料齿轮成型直径可以达到18英寸，传送能力可以提高到10马力以上。
如何设计出一个齿轮构型，在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化，还面临着很多难题。这就对齿轮的同心性、齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求。某些斜齿轮，可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品，其它的齿轮在较厚部分需要使用芯齿来减少收缩。虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料、设备和加工技术达到了生产新一代塑料齿轮的能力，但是对于所有的加工者来说，将面临的一个真正的挑战是如何配合制造这种整个高精度产品。
控制的难点
高精度齿轮允许的公差一般很难用美国塑料工业协会(SPI)所说明的“好”来形容。但是今天多数成型专家使用最新的配有加工控制单元的成型机器，在一个复杂的窗口上，控制成型温度的精度、注射压力以及其它的变量来成型精密的齿轮。一些齿轮成型专家使用更先进的方法，他们在型腔里安置温度和压力传感器来提高成型的一致性和重复性。
精密齿轮的生产商也需要使用专业的检测设备，如用来控制齿轮质量的双齿侧面的滚动检测器、评估齿轮齿面以及其它特征的电脑控制检测器。但是拥有正确的设备仅仅是个开始。那些试图进入精度齿轮行业的成型商也必须调整他们的成型环境来确保他们生产的齿轮，在每一次注塑、每一次型腔都尽可能的一致。由于在生产精密齿轮的时候，技工的行为往往是决定性的因素，因此他们必须着力于对员工的培训和操作过程的控制。
由于齿轮的尺寸容易受季节性温度变换的影响，甚至打开门让一个叉车通过引起的温度波动都能影响齿轮的尺寸精度，因此模塑厂商需要严格控制成型区的环境条件。其它需要考虑的因素还包括：一个稳定的动力供给，可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备，配有恒定的气流的冷却单元。有些场合使用自动化技术，通过一个反复的动作，将齿轮从成型的位置移开并放置在传送单元上，达到冷却方式的一致。
重要的成型冷却步骤
高精密零件的加工与一般成型加工的要求相比较，需要注意更多的细节问题以及达到精确测量水平所要求的测量技术。这一工具必须确保每一次成型的腔内成型温度和冷却速率相同。精密齿轮加工中最常见的问题是如何处理齿轮对称性冷却以及各模腔间一致性的问题。
精密齿轮的模具一般不超过4个型腔。由于第一代的模具只生产一个齿轮，很少有具体的说明，轮齿嵌入物经常用来减少二次切削的成本。
精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线，改变压力分布和收缩，影响齿轮公差。对于玻纤增强的材料，由于纤维沿着焊接线成放射状排列，使用多浇口时易造成半径的偏心的“碰撞”。
一个成型专家能控制好齿槽处的变形，获得可控的、一致性的、均匀的收缩能力的产品是以良好的设备、成型设计、所用的材料伸展能力以及加工条件为前提的。在成型时，要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。
最常见的塑料齿轮是直齿、圆柱形蜗轮和斜齿轮，几乎所有用金属制造的齿轮都可以用塑料来制造。齿轮常用分瓣模腔来成型。斜齿轮加工时由于注射时必须让齿轮或者形成齿的齿轮环进行旋转，所以要求注意其细节。
蜗轮运行时产生的噪音比直齿小，成型后通过旋出型腔或者用多个滑动机构移出。如果使用滑动机构，必须高精确操作，避免在齿轮上出现明显的分缝线。
新工艺和新树脂
更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法，通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法，使齿轮运行起来更安静，在齿轮突然停止运转时，能够较好的吸收振动，避免轮齿损坏。轮轴可以被重新模塑上其它材料，可以选择柔韧性更好或者价值更高、自润滑效果更好的复合材料。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法，作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。
除了齿轮本身以外，成型人员还需要注意齿轮的设计结构。结构中齿轮轴的位置必须成线性排列才能保证齿轮成一直线运行，即使在负荷和温度改变的情况下，因此结构的尺寸稳定性和精度是非常重要的。考虑到这个因素，应该使用玻纤增强材料或矿物填充的聚合物等材料做成具有一定刚性的齿轮结构。
现在，在精密齿轮制造领域，一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料，可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能，能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型，保证材料的充分结晶，否则在使用时由于温度升到成型温度以上，材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。
乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。
PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中。
聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。
聚苯硫醚（PPS）的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。
液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。
热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。
在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好；ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域。
使用塑料齿轮的优势
与同等尺寸的塑料齿轮相比，金属齿轮运行良好，温度和湿度变化时的尺寸稳定性好。但是与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。
与金属成型相比，塑料成型的固有的设计自由度保证了更高效的齿轮制造。可以用塑料成型内齿轮、齿轮组、蜗轮等产品，而这很难以一个合理的价格使用金属材料来成型。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。塑料齿轮同时也是一种满足低静音运行要求的重要材料，这就要求有高精度、新型齿形和润滑性或柔韧性优异的材料出现。
塑料制造的齿轮一般不需要二次加工，所以相对于冲压件和机造件金属齿轮，在成本上保证了50%到90%水平的降低。塑料齿轮比金属齿轮轻、惰性好，可用在金属齿轮易腐蚀、退化的环境中，例如水表和化学设备的控制。
和金属齿轮相比，塑料齿轮可以偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好的分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。许多塑料固有的润滑特征使得它们成了打印机、玩具和其它低负荷运转机构的理想齿轮材料，这里不包括润滑剂。除了运行在干燥的环境中，齿轮还可用油脂或油来润滑。
材料的增强作用
1 现有实验课程的状况分析
高分子学科是一个涵盖了高分子化学、高分子物理、高分子成型加工以及高分子合成工艺等多方面的有机整体[1]。以往的实验课程都是与各课程密切相连,人为地将高分子实验课程分割为高分子物理实验、高分子化学实验和高分子成型加工实验,各实验课程间的知识点划分狭隘、过于分散且缺乏联系,不利于学生从总体上实现理论知识和实践问题之间的融合贯通。我校高分子专业在办学过程中也逐渐意识到了这一问题,通过学习国内相关院校的先进经验[1,2,3,4,5],经过充分的论证和研讨后,将原先的高分子物理实验和高分子化学实验合并为高分子实验,同时加入高分子成型加工原理相关内容。这不但有利于实验教师根据高分子物理、高分子化学和高分子成型加工原理等理论课程的进度,做到有的放矢安排实验进度,同时也有利于学生打通不同课程间的桎梏和强化各课程所学知识点之间的联系。
2 创新型实验开展的必要性
相比基础性实验,综合性实验的设置和开展对学生各课程知识的掌握在广度和深度上均提出了更高的要求,也使得学生能够对分属于不同课程的知识点有了更为深刻的认识,通过相互对比和验证,有助于专业知识的全面掌握和理解。但鉴于实验开展仍然遵循着学生预习、老师讲授、动手操作和课后交报告的传统模式,虽然实验指导老师针对实验可以设计不同的反应历程,让不同组别的学生获得迥异的结果,但实验结论的预测性很强,一些意外问题的发生也会在指导教师的预料之中,并能够很快给出解决方案,这对于提升学生在主观能动学习能力的效果很有限。另外,本校开展的高分子实验在内容的编排上还存在着较为明显的学科界限,还不能完全融合高分子化学、高分子物理和高分子成型加工原理等课程内容,因此很有必要开设具有创新型的研究型实验课程。
3 实验开设时机
鉴于此类研究型实验的开展往往需要比较集中的时间段,高分子材料教研室经过多次商讨,确定本实验的学时为90学时 ( 30学时/周×3周) ,将主要的实验内容集中安排在大四上学期的最后3周内完成。此时,一方面学生已经完成了所有的理论课程的学生和各类基础实验的训练,为本实验的开展提供了先决条件; 其次,在此时间段有关校园招聘活动也会告一段落,可以保证学生有充足的时间和精力完成实验; 最后,此次实验训练也为下一学期的本科毕业设计 ( 论文) 的开展提供一次很好的预演,能够有效地消除学生对毕业设计 ( 论文) 的恐慌和迷茫心理。
4 实验内容的优化设计
根据王新平等[5]的观点,创新型实验必须具有实验结果的不确定性和探索性、实验设计程序的自主性和开放性,以及实验过程的可行性和可操纵性等基本要素。因而,这类实验的开展必然会对实验人员 ( 包括指导教师和学生) 、实验设备和场地等诸多方面提出了更高的要求。根据创新型实验内容设计的三点原则[5]和本专业教研室老师的科研情况,教研室选择了“导电性高分子材料的制备及其应用”这一开放性较强的实验。通过多方面的探讨和论证,我们尝试设计了一个以掺杂聚苯胺的合成、表征及其在聚丙烯和天然橡胶中的应用为主线的研究型实验,实验内容和所需基本学时安排如下:
( 1) 学生分组,布置实验的侧重方向 ( 一组在聚丙烯中的应用,一组在天然橡胶中的应用) ,安排相关文献的查询和阅读,着重了解聚苯胺的特性和合成方法、聚丙烯和天然橡胶的性能和加工特性,温习有关设备的操作和安全注意事项 ( 30学时) 。
( 2) 根据分组,学生在老师的指导下搭建实验平台,进行聚苯胺的合成,分别采用化学氧化聚合法、乳液聚合法、微乳液聚合法和分散聚合法制得一系列经过质子酸或无机酸掺杂改性的聚苯胺,经纯化干燥后备用 ( 30学时) 。
( 3) 用高阻计测试聚苯胺的电导率,X射线衍射仪分析产物的物相结构,红外光谱仪观察产物的特征官能团,并在扫描电镜下观察产物的形貌,并比较不同组别间所得聚苯胺产物在性能和外观上的异同 ( 15学时) 。
( 4) 各组同学在制得合格的聚苯胺后,按照预先选定的应用方向,分别添加到聚丙烯或天然橡胶中制成复合材料,前者在双螺杆挤出机中完成,而后者在双辊开炼机和平板硫化机中进行。( 30学时)
( 5) 将所得复合材料进行标准化制样后,分别用万能电子试验机、摆锤式冲击试验机和高阻计测试复合材料的拉伸性能、冲击韧性和电导率随聚苯胺添加量的变化规律并记录实验结果; 用扫描电镜观察复合材料断面形貌,分析破坏机制,探讨材料的强度和韧性变化的机理 ( 15学时) 。
( 6) 学生整理数据,并撰写实验报告。报告要求参照本科毕业论文的模板和格式,须包括引言、实验过程、结果与讨论、结论和参考文献等主要部分 ( 30学时) 。
其中( 1) 和( 6) 要求学生利用课余时间分别在实验周的前后一周内完成,不占用实验周的学时。在整个实验进行过程中,如因出现不可抗力或意外情况导致实验进展不顺利,可通过与实验室管理人员协调,利用周六和周日的时间进行弥补,以保证学生有充足的实验时间。
通过这样一个研究型实验的设计和内容编排,不但使学生能够将有机化学、高分子化学、高分子物理、高分子成型加工原理以及材料现代测试与分析技术等课程中散落的知识点进行有机串联,还同时大大增强了学生对高分子材料从合成、表征到应用的整体认识。在实验过程出现不可预料的事件时,合理引导学生利用理论知识去分析问题,并通过查找资料寻求解决问题的方法,有力地推动了学生在理论知识和实践应用方面的融会贯通,极大地提升了学生的主观能动性。
5 实验课程考核
本实验的考核采用过程管理与结果考核并用的模式,主要分为以下三个方面:
( 1) 学生实验表现( 40% ) : 指导教师观察并记录学生在实验中的表现,包括实验时间的合理安排、实验平台的正确搭建、实验药品和原料的适用和管理,以及意外情况出现时的应对措施等。
( 2) 综合报告撰写( 40% ) : 要求每一位学生在查阅文献和整理资料的基础上,独立分析实验数据,撰写一份符合要求的实验报告。
( 3) 教师提问考核( 20% ) : 学生提交报告期间,指导教师根据报告内容进行提问,考核学生对实验过程和报告内容的熟悉程度,同时考察学生在实验数据分析中的逻辑性,进一步深化学生对实验的印象,达到初步培养学生科研素质的目的。
6 结语与展望
创新型实验的设置和开展是实验教学改革中最为重要的环节之一。虽然我校高分子材料与工程专业在此方面进行了初步尝试,但还有大量的工作亟待深入和细化研究。如,如何协同学生人数多与实验设备少之间的矛盾; 在非工作日如何加强学生在实验室的安全管理工作; 如何通过学生的反馈来改善和优化实验内容,进而提高实验教学的质量; 如有可能的话,应在现有工作的基础上,设计更多具有前瞻性、创新型且兼具可行性的创新型实验,以达到满足学生自主选题的需要等。这些问题对实验室管理人员和指导教师提出了更高的要求,需要在后续的工作中进一步加以完善和提高。
摘要：创新型实验具有研究性、开放性和可行性等显著特征,是实验教学改革中最为重要的环节之一。该类实验对于培养学生的综合能力和提高科学素养非常重要和必要。本文从课程设置的必要性、开设时机、内容优化及考核等方面,对《塑料/橡胶加工工艺与设计》的课程教学进行了初步探讨。
关键词：创新型实验,教学改革,教学设计
参考文献
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[2]张巧玲,刘有智,杜栓丽,等.高分子实验教学改革的几点探索[J].高分子通报,2010(7):107-110.
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[4]赵彦芝.探讨高分子化学实验课程的开设[J].广州化工,2013,41(5):226-227.
1绪论
材料加工工艺(第2版)
1.1材料加工工艺在制造业中的地位
材料加工工艺（materials processing technology）又称材料成形技术，是金属液态成形、焊接、金属塑性加工、激光加工及快速成形、热处理及表面改性、粉末冶金、塑料成形等各种成形技术的总称。它是利用熔化、结晶、塑性变形、扩散、相变等各种物理化学变化使工件成形，达到预定的机器零件设计要求。材料加工成形制造技术与其他制造加工技术的重要不同点是工件的最终微观组织及性能受控于成形制造方法与过程。换句话说，通过各种先进的成形加工工艺，不仅可以获得无缺陷工件，而且能够控制、改善或提高工件的最终使用特性。材料加工工艺与机械切削加工方法不同，在加工过程中机器零件不仅会发生几何尺寸的变化，而且会发生成分、组织结构及性能的变化。因此材料加工工艺的任务不仅要研究如何获得必要几何尺寸的机器零部件，还要研究如何通过加工过程的控制而使零件具有设定的化学成分、组织结构和性能，从而保证机器零部件的安全性、可靠性和寿命。
图11材料科学与工程四要素
关系三角锥
材料的使用性能取决于材料的组织结构和成分，然而材料的应用最终取决于材料的制备与成形加工。因而，材料的成形加工工艺是制造高质量、低成本产品的中心环节，是材料科学与工程四要素中极为关键的一个要素（图11），也是促进新材料研究、开发、应用和产业化的决定因素。
材料加工技术不仅在机械电子工业领域、而且对制造业中的纺织工业、资源加工业及其他工业领域都起着重要作用。机械工业是国民经济的支柱产业。我国机械工业近年来取得了飞速的发展。根据中国机械工业联合会提供的统计数字,2006年我国机械工业的工业增加值占同期国内生产总值(GDP)的6.86%,国际上通常认为： 当一个产业的增加值超过国内生产总值的5%即为支柱产业，我国机械工业长期以来高于此值。我国的机械工业无论产值、利润、新产品产值、进出口总额都在我国有着重要地位。
2006年，我国机械工业总产值突破5万亿元大关，全行业连续4年以20%以上的增幅快速发展。在主要机械产品中，2006年发电设备产量为1.1亿千瓦，比2005年创造的9200万千瓦的历史纪录又增加了1800万千瓦。汽车产量为728万辆，比上年增长27.6%，已超过德国，仅次于美国、日本，居世界第三位。金属切削机床，按销售额计仅次于日本、德国，居世界第三位。在其他重要机械产品中，产量已居世界第一位的还有大中型拖拉机、铲土运输机械、数码相机、复印机械、塑料加工机械、起重设备、工业锅炉、变压器、电动工具、金属集装箱、摩托车等。
以铸造、塑性加工、焊接、热处理、电镀为代表的材料成形与改性加工技术是国民经济的基础制造技术，它所提供的产品零件具有精密化、轻量化、高质量和高精度、形状复杂、生产效率高的特点，同时又能做到材料和能源消耗少、污染低，节约资源和能源，是一种可持续发展的技术。它对我国国民经济的发展和国防力量的增长起着重要作用，占有重要地位。在汽车、石化、钢铁、电力、造船、纺织、装备制造等支柱产业中，铸件都占有较大的比重。全世界钢材的75%要进行塑性加工，65%的钢材要用焊接得以成形，80%以上的零件需经过热处理提高其性能； 汽车重量的65%以上仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过铸造、塑性加工、焊接、热处理等加工方法而成形。
铸造是制造业的基础，也是国民经济的基础产业，各行业都离不开铸件，从汽车、机床到航空、航天、国防以及人们的日常生活等都需要铸件。汽车中铸件重量占整车重量的19%（轿车）～23%（卡车）； 手机、笔记本电脑和许多照相机、录像机的壳体都是铝镁轻合金铸件。我国铸件总产量2007年已达3127万t，超过美国和日本铸件年产量的总和，占世界产量的30%。我国铸件出口数量呈逐年递升趋势，目前每年铸件出口总量占铸件总产量的1/10左右。我国也是世界塑性成形的第一大国，我国锻造、冲压、零件轧制成形超过2000万t。我国生产大型锻件的能力和拥有自由锻造水压机的数量、压力等级及大型锻件生产能力等均已跨入世界大型锻件生产大国之列。通过技术引进、技术改造和科技创新，我国大型锻件的生产技术水平大大提高，能提供如300MW核电机组及火电机组成套锻件和轧钢设备等用大型锻件，已具备走向国际市场的能力。
我国2007年粗钢产量达到4.8966亿t，成品钢材5.6894亿t，成为世界最大的钢生产与消费国，而焊接结构的用钢量也相当于美国或日本一年的钢产量，成为世界上最大的焊接钢结构制造国。
我国每年钢材热处理的总重量约为全国钢材总产量的30%，年实际热处理生产量超过1亿t。我国现有热处理厂点约为2余万家，主要分布在钢铁和机械行业中。
世界制造业的发展史告诉我们，要制造一部好的机器，不仅需要好的设计，更重要的是靠良好的制造工艺来保证，特别是要保证有好的零件毛坯； 用劣质的、不良的毛坯是无法装配出优质的产品来。现在我国生产的汽车质量与工业发达国家相比仍有较大的差距，其原因主要不在于设计水平，而在于制造工艺水平较差； 汽车的使用寿命、耗油量、可靠性、安全性等无不与毛坯的制造工艺水平有密切关系。所以，材料加工工艺在制造业中占有非常重要的作用。
1.2材料加工工艺的展望
展望未来，材料成形制造技术一方面正在从主要制造毛坯向直接制造成工件即精确成形或称净成形工艺的方向发展； 另一方面为控制或确保工件质量，成形制造技术已经从主要凭经验走向有理论指导的生产过程，成形制造过程的计算机模拟仿真技术已经进入实用化阶段。近年来，精确铸造成形技术发展迅速，方法繁多，在诸多的工业领域中，轿车铸件的生产往往最集中地反映了精确铸造成形技术发展的新动向。为了提高轿车的运行速度和节约能源，轿车铸件生产朝着轻量化、精确化、强韧化和复合化方向发展。国外正在研究3mm壁厚的灰铸铁缸体，3mm壁厚的耐热合金钢排气管和2.0～2.5mm壁厚的球墨铸铁件。扩大铝镁合金的应用是轿车工业的重要发展趋势，国外汽车材料铝合金用量以每年10%的速度递增。日本全部轿车缸盖已采用高强度铝合金生产，预计越来越多的汽缸体也将采用铝合金生产。国外已经提出从近精确成形铸造向精确成形铸造发展。为了实现这一目标，除继续发展低压铸造及压力铸造等工艺外，各种新一代精确铸造成形技术应用也更加普遍，水平更高。与此同时，各种铸造工艺的复合、传统铸造合金与新型工程材料的复合成为铸造生产的另一重要动向。21世纪的金属塑性成形产品将朝着轻量化、高强度、高精度、低消耗的方向发展。同时，要有效地利用能源、改善环境。加工材料仍会是以汽车业为代表的大规模制造业所用的材料为主，但也有难加工的高价格材料的塑性成形。上述客观需求将汇聚在精确塑性成形这个焦点上。1997年，我国的锻件年产量为253万t，其中模锻件占151万t,占锻件总产量的59.6%。而1991年日本锻件年产量就已达到243万t，其中，模锻件占70%，而冷温精锻件（不包括传统的紧固件和轴承）估计为70万t/年。展望21世纪，焊接技术仍将是金属与非金属材料重要的成形制造技术之一，从而也是先进制造技术领域的重要组成部分。精确焊接成形、特种材料及特种环境下的焊接技术、焊接过程的智能控制、胶接与复合材料构件的成形是当今世界焊接技术的主要发展趋势。焊接生产自动化将突出表现为生产系统的柔性化和焊接控制系统的智能化。
随着金属间化合物材料、金属基复合材料、各种新型功能材料、超导材料等高新技术材料的不断出现，传统的加工方式或多或少地遇到了困难。与新的材料制备和合成技术相适应，新的加工方法成为材料加工研究开发的一个重要领域。材料制备和材料加工一体化是一个发展趋势。新材料的发展与新的成形加工技术密切相关。因此，要使材料达到极端状态，则往往要改变材料的原有属性。从新材料的合成与制造来看，往往利用极端条件作为必要的手段。如超高压、超高温、超高真空、极低温、超高速冷却及超高纯等。
激光加工技术多种多样，包括电子元件的精密微焊接、汽车和船舶制造中的焊接、坯料制造中的切割、雕刻与成形等。有不同种类的表面改性处理方法，如热处理、表面修整、合金化、打标等，使用的激光器主要是大功率CO2激光器、YAG激光器。
纳米材料是现代材料科学的一个重要的发展方向。作为新的结构功能材料的纳米材料，其未来的应用在很大程度上取决于纳米材料零件的成形技术的发展，以保证纳米微结构的稳定性，保留成形加工后的纳米团组良好的机械、磁学、固化性能等。
计算机技术的发展引起了机械制造工业一场新的革命。计算机模拟仿真或称计算机辅助工程（CAE），并行工程技术及虚拟制造技术的相继出现为成形制造技术注入了新的活力。计算机模拟仿真是在人类的大量生产实践与实验研究基础上，建立物理及数学模型，充分利用计算机的强大计算功能而发展起来的多学科交叉的学科前沿领域。因此，在大力发展成形制造过程仿真研究的同时，仍然要重视成形制造过程的机理及基础理论的实验研究。并行工程的出现正在改变着制造工业的企业结构和工作方式，而材料成形制造过程模拟技术将成为与产品设计开发和制造加工紧密相连、必不可少的重要环节。
环境与资源是当今世界的两个重大课题。遵循“减量化、再循环、再利用和再制造”的4R原则，实现可持续发展，这也是摆在材料加工领域的重要课题，所谓集约化制造和清洁生产是指整个制造生产过程中应满足对环境无害、合理使用和节约自然资源、依靠科学技术得到最大的产出和效益等几个要求。因此，在材料加工工艺的应用和发展中，必须充分重视环境保护和资源的合理利用，体现“以人为本”的思想，包括对企业周边环境和工人作业环境、安全的保障。
1.3“材料加工工艺”课程的任务
“材料加工工艺”课程的任务是讲授材料加工的一些主要方法及其相关的工艺装备，使“材料成形与控制工程”专业或相近专业的学生对材料加工领域的技术现状和发展趋势有一个较为系统和全面的了解。与本门课程同时（或先后）讲授的另一门课——“材料加工原理”则主要阐述材料加工过程中的内在规律和物理本质，从而揭示材料加工过程中所出现的共性现象。这两门课程都是“材料加工工程”类专业学生所必须掌握的专业基础知识。由于学时的限制，本书不可能介绍所有的加工方法，只能有重点地介绍一些常用的方法，对其他方法只作简单介绍，学生如有兴趣或需要，可以通过查阅有关书籍或选修课来了解。配合本门课程和“材料加工原理”开设的“材料加工系列实验”则向同学提供了亲自动手的机会，通过一系列实验加深对各种工艺的感性认识和对课程的理解； 同时还可以了解由于篇幅和时间的限制在教材和课堂上没有介绍的其他材料加工工艺。参考文献
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2柳百成,李敏贤,吴浚郊,等.材料加工成形制造,国家自然科学资金优先资助领域战略研究报告——先进制造技术基础.北京： 高等教育出版社，1998,144～182
3石力开.新材料的发展趋势及其在我国的发展状况.科技成果纵横,1996（5），25～27
4中国工程院咨询研究项目.装备制造业自主创新战略研究.北京： 高等教育出版社，2007,12
5谢建新.材料加工新技术与新工艺.北京： 冶金工业出版社，2004，3
6柳百成主编.工程前沿，第1卷： 未来的制造科学与技术.北京： 高等教育出版社，2004,12
液态金属成形
2液态金属成形
材料加工工艺(第2版)
2.1概述
液态金属成形，通常也称铸造，是将液态金属注入铸型中使之冷却、凝固而形成零件的方法。所铸出的金属制品称为铸件。绝大多数铸件用作毛坯，需要经机械加工后才能成为各种机器零件； 少数铸件当达到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求时，可作为成品或零件直接应用。2.1.1铸造生产的特点 1.适用范围广
铸造方法几乎不受零件大小、厚薄和复杂程度的限制，适用范围广，可以铸造壁厚范围为0.3mm～1m，长度从几个毫米到几十米，重量从几克到500多吨的各种铸件。铸件形状可以非常复杂，例如汽车发动机汽缸体铝合金铸件（图21）。
图21戴姆勒克莱斯勒12缸汽车发动机铝合金汽缸体铸件
2.可制造各种合金铸件
用铸造方法可以生产铸钢件、铸铁件、各种铝合金、铜合金、镁合金、钛合金及锌合金等铸件。对于脆性金属或合金，铸造是唯一可行的加工方法。在生产中以铸铁件应用最广，约占铸件总产量的70%以上。3.铸件的尺寸精度高
一般比锻件、焊接件尺寸精确，可节约大量金属材料和机械加工工时。4.成本低廉
铸件在一般机器生产中约占总重量的40%～80%，而成本只占机器总成本的25%～30%。成本低廉的原因是： ①容易实现机械化生产； ②可大量利用废、旧金属料； ③与锻件相比，其动力消耗低； ④尺寸精度高，加工余量小，节约加工工时和金属。2.1.2铸造方法 铸造方法有许多种，一个铸件到底选择什么铸造方法来制造，必须根据这个铸件的合金种类、重量、尺寸精度、表面粗糙度、批量、铸件成本、生产周期、设备条件等方面的要求综合考虑才能决定。表21是一些铸件基本尺寸的公差等级（CT），表22是各种铸造方法应用范围，可根据铸造企业的实际情况适当选择。在所有各种铸造方法中，砂型铸造是应用最广的方法，我国和世界范围内，大部分铸件（约为铸件总产量的60%～70%）是应用砂型铸造方法生产的，其次是熔模铸造、离心铸造、金属型铸造、压铸等铸造方法。因此，本章以介绍砂型铸造工艺为主，其他工艺方法为辅。
表21一些铸件基本尺寸的公差等级 mm
铸件基 本尺寸
铸件公差等级CT ***13141516 10 0.1 0.14 0.20 0.28 0.38 0.54 0.78 1.1 1.6 2.2 3 4.4 — — — —
0.15 0.22 0.30 0.44 0.62 0.88 1.2 1.8 2.5 3.6 5 7 10 12 16 20 400 — — — 0.64 0.90 1.2 1.8 2.6 3.6 5 7 10 14 18 22 28 4000 — — — — — — — — 7.0 10 14 20 28 35 44 56
注： 此表为一些铸件基本尺寸所对应的公差等级举例，详细内容见国家标准GB/T 6414—1999。
表22各种铸造方法应用范围
序 号
铸造工艺 适用合金 种类 铸件质量 范围 最小壁厚 /mm 铸件表面 粗糙度 Ra/μm 铸件尺寸 公差等级 CT 批量砂型铸造 不限 不限 3 12.5～100 8～10 不限壳型铸造 不限 几十克～ 几十千克 2.5 1.6～50 6～9 中、大批量 续表
序 号
铸造工艺 适用合金 种类 铸件质量 范围 最小壁厚 /mm 铸件表面 粗糙度 Ra/μm 铸件尺寸 公差等级 CT 批量熔模铸造
不限（主要是合金钢、碳钢、不锈钢）几克～ 几百千克 约0.5，最小孔径0.5 0.8～6.3 4～7 大、中、小批量金属型 铸造
不限（主要是非铁合金）几十克～ 几百千克 2～3(铝)5（铁）3.2～12.5 6～9 中、大批量低压铸造 非铁合金 几百克～ 几十千克 2（铝）2.5(铸铁)3.2～25 5～8 大、中、小批量压力铸造 非铁合金 几克～ 几十千克 0.3～1.0，2（铜）
1.6～6.3(铝)0.2～6.3(镁)4～8 大批量离心铸造 不限 管件、套筒类 最小内径8 1.6～12.5 —
大、中、小批量陶瓷型 铸造 钢、铁 中、大件 2 3.2～12.5 5～8 单件、小批石膏型 铸造
以非铁合金为主 几克～ 几百千克 约0.5，最小孔径0.5 0.8～6.3 4～7 大、中、小批量连续铸造 不限
坯料或型材 4 12.5～100 — 大批 11 真空铸造 不限 小件 5 — —
中、大批量挤压铸造 不限 几十克～ 几十千克 1 1.6～6.3 5 中、大批量消失模 铸造 不限 不限 2～3 3.2～50 6～9 不限
2.2金属的熔炼
液态金属的凝固成形，首先必须获得符合要求（化学成分、温度等）的液态金属（熔体），即把固态金属，例如生铁锭、铝锭、废钢、回炉料等在专门的熔炉里进行熔炼； 然后进行必要的熔体处理，例如孕育、球化、净化、除气等，并达到规定的温度范围，然后浇入铸型凝固成形。
2.2.1铸铁的熔炼
铸铁熔炼炉种类较多，主要有冲天炉和感应电炉，因为小型冲天炉造价低，上马容易，所以目前我国铸造企业中冲天炉应用更普遍。1.冲天炉
冲天炉靠焦炭燃烧加热金属使之熔化,其结构见图22(a)。从热交换角度分析，冲天炉的工作过程是焦炭燃烧放出热量和金属炉料吸热熔化并过热的过程； 从冶金角度分析，冲天炉的工作过程又是各种元素或物质发生一系列物理、化学变化达到冶炼的过程。冲天炉熔化后的铁液温度一般为1300～1500℃。冲天炉内炉气气氛、炉气温度、金属温度的变化曲线，如图22（b）所示。
图22冲天炉结构（a）及其炉内温度、炉气成分分布曲线(b)
1—铁槽； 2—出铁口； 3—前炉炉壳； 4—前炉炉衬； 5—过桥窥视孔； 6—出渣口； 7—前炉盖； 8—过桥；
9—火花捕集器； 10—加料机械； 11—加料桶； 12—铸铁砖； 13—层焦； 14—金属炉料； 15—底焦；
16—炉衬； 17—炉壳； 18—风口； 19—风箱； 20—进风管； 21—炉底； 22—炉门； 23—炉底板；
24—炉门支撑； 25—炉腿
为了实现冲天炉的节能、减排和冶金质量的提高，国内外近年来出现了热风冲天炉、水冷长炉龄冲天炉、外热式冲天炉等热效率高、烟气排放少的新型冲天炉。图23就是带有炉气点燃、鼓热风、炉气冷却、布袋除尘器的冲天炉系统。冲天炉排出的炉气温度在200℃左右，经过燃烧室时将CO点燃，炉气温度可达950℃，与新鼓入的冷风混合后的温度可达450℃。需要排放的废气温度经过气体冷却器降温达到200℃以下，然后经布袋除尘器除去粉尘颗粒再排放到大气中，达到国家规定的排放标准。
图23带有炉气处理的冲天炉系统
2.无芯感应电炉
感应电炉可用于铸钢、铸铁、各种有色合金的熔炼，是所有熔炼炉中应用最广的炉型之一，一般按电源的频率分为工频炉（频率为50Hz）、中频炉(频率为500～1000Hz)和高频炉（频率≥1000Hz）； 按炉型结构分为无芯(坩埚式)炉和有芯(沟槽式)炉，还可按变频技术、连接形式、调控方式、工作状态等进行分类。对于铸铁合金的熔炼，大多采用静态变频的中频无芯（坩埚式）感应电炉（见图24），热转换效率高、铁液温度高、升温速度快、节省能源。
图24无芯（坩埚式）中频感应电炉结构示意图（a）和外形（b）
适用专业：模具设计与制造专业
三年制中职 一．教学目的
1.培养具有较强分析解决问题能力和创新能力,从事塑料制品成型工艺､塑料模具设计与制造生产第一线的高级工程技术应用型人才｡
2.使学生掌握塑料的基本概念和必需的塑料成型基础理论､塑料成型工艺拟定与塑料模具设计的基本方法,同时学生须达到一定程度的实际动手拟定塑料成型工艺和设计塑料模具的能力｡
3.模具设计是在模具制造能力基础上进行,因此本课程同时承担制造技术在塑料模具上的应用的教学任务,加强现场教学｡
二．教学方法
应用模具理､实一体专业教学方法,以课程教学带动实践教学和实训室的建设,在模具拆装实训室､实验室的基础上,进一步完善拆装模具的数量和典型性,充实塑压实验室的设备和使用率;同时应用高水平多媒体模具教室,展示塑胶模具标准件和非标零件的模型及实物模具的典型结构,增加综合性､创新性形象直观的现场教学,将模具拆装实训室､多媒体示教室建成集产品陈列､模具展示､多媒体教学､现场教学于一体的开放式实训室,使教､学､做相结合｡
三．各章教学要求及教学内容
绪论
教学目的和要求: 1.通过本章的学习,使学生了解模具在工业生产中的地位及模具的种类和发展趋势｡ 2.了解本课程的内容､性质､任务｡ 3.掌握本课程的学习方法｡ 教学内容: 1.国内外模具市场的需求状况及发展方向｡塑料及塑料工业的发展概况｡ 2.本课程的内容､性质和任务熟悉本课程的任务与要求｡ 3.本课程的学习方法和教学目的｡ 第一章：塑料成型基础
教学目的和要求: 1.掌握常用塑料的特性､分类与工艺性能｡ 2.熟悉塑料的组成与用途｡
3.具备分析塑件产品的工艺性,并在此基础上找出工艺难点,提出解决问题的方法的能力｡
4.掌握塑料注射模塑､压缩模塑､塑料压注模塑和挤出模塑工艺条件的选择和工艺条件对塑件质量的影响｡
5.具备编制塑件成型工艺规程的能力｡ 教学内容: 1.塑料概论:树脂与塑料的概念;高分子与低分子的区别;高聚物的分子结构与特性等｡ 2.塑料的工艺性能｡
3.塑料的组成与分类及塑料的工艺性能｡ 4.常用塑料｡ 5.塑件设计｡
第二章：塑料模具与设备 教学目的和要求: 1.熟悉塑料模具的典型结构与分类方法,具备读图能力 2.了解注射模具与注射机的关系,并会选择注射机｡ 3.熟悉注塑机､压力机､挤出机等成型设备｡ 教学内容: 1.塑料模具的分类及结构组成｡ 2.塑料模具的典型结构｡ 3.塑料成型设备｡
第三章： 单分型面注射模 教学目的和要求: 1.掌握单分型面注射模常用的几种分类和典型模具结构,具备读图能力｡ 2.会运用塑料模具分型面的选择基本原则,针对不同塑件选择分型面｡ 3.掌握成型零件结构特点､适用范围､材料选择､加工方法与装配要求｡
4．掌握成型零件尺寸的计算方法,并会运用公式和查表选择数据确定型腔壁厚和底板厚度｡
5.掌握各结构零件作用､结构､安装形式､配合要求､材料的选择和设计原则,会选择标准件｡
6.掌握加热与冷却装置设计计算,并能理论联系实际｡ 教学内容: 1.单分型面注射模概述｡ 2.塑件在单分型面模具中的位置｡ 3.单分型面注射模具普通浇注系统设计｡ 4.成形零部件设计｡
5.单分型面注射模具推出机构设计｡ 6.温度调节系统设计｡ 第四章： 双分型面注射模 教学目的和要求: 1.掌握双分型面注射模浇注系统的设计方法｡
2.掌握双分型面注射模常用的几种分类和典型模具结构,具备读图能力｡ 3．掌握注射模与注射机的关系｡ 教学内容: 1.双分型面注射模概述｡ 2.双分型面注射模浇注系统｡ 3.双分型面典型结构｡ 第五章：其他类型注射模 教学目的和要求: 1.掌握热流道注射模常用的几种分类和典型模具结构,具备读图能力｡ 2.掌握复杂推出机构注射模常用的几种分类和典型模具结构,具备读图能力｡ 3.了解热固性塑料注射模､气体辅助注射模具的结构｡ 教学内容: 1.热流道注射模｡ 2.复杂推出机构注射模｡ 3.热固性塑料注射成型｡ 4.气体辅助注射成型｡
第六章： 侧分型与抽芯注射模
教学目的和要求: 1.掌握斜导柱侧抽芯机构的设计要点与计算方法｡ 2.熟悉斜导柱侧抽芯注射模具的结构｡ 3.了解其他侧抽芯注射模｡ 教学内容: 1.侧分型与抽芯注射模实例｡ 2.斜导柱侧抽芯机构设计与计算｡ 3.斜导柱侧抽芯机构应用形式｡ 4.其他类型的侧抽芯注射模｡ 第七章： 压缩模与压注模 教学目的和要求: 1.掌握压缩模的基本结构､成型原理及常用的几种分类｡ 2.掌握压注模的基本结构､成型原理及常用的几种分类｡ 3.掌握压注模成型零部件及浇注系统的设计方法｡ 教学内容: 1.压缩模､压注模典型结构及分类｡ 2.压注模成型零件设计｡ 3.压注模成型零部件的设计｡ 4.压注模浇注系统没计 第八章：挤出模 教学目的和要求: 1.掌握挤出成型原理｡
2.熟悉挤出模的典型结构,具备读图能力｡ 教学内容: 1.挤出机头概述｡ 2.挤出机头概述｡ 3.吹塑薄膜挤出机头｡ 4.板材与片材挤出机头｡ 第九章：气动成型模具 教学目的和要求:
1.了解气动成型的典型模具结构｡ 教学内容: 1.中空吹塑成型模具｡ 2.真空成型模具｡ 3.压缩空气成型模具｡
第十章： 塑料注射模制造与实例 教学目的和要求: 1.掌握注射成型工艺设计､注射模具没计和注射模具制造的方法和步骤｡ 2.能系统进行中等偏复杂塑料制件的成形工艺､模具结构和模具制造工艺的设计｡ 教学内容: 1.塑料注射模具制造特点｡ 2.注射模具零件常用加工方法｡ 3.塑料注射模具装配｡ 4.塑料注射模具设计实例
四．课程考核方法
本课程采用理论与实践知识相结合的闭卷方式进行考核
一、项目要求
根据要求完成塑料水杯的成型工艺与模具设计。设计过程如下：
1、塑料水杯的工艺结构分析
2、塑料成型工艺制定
3、塑料成型模具设计
4、设计说明书
二、教学目标
知识技能：学生在真实的产品环境下，对塑料产品进行工艺结构分析，制定工艺规程，设计成型模具。
三、实施过程
1、塑料水杯任务的提出
2、由学生搜集整理原始资料
（1）分析塑料水杯：明确塑件的要求
（2）分析塑料水杯的成型工艺的可行性和经济性（3）明确塑料水杯的产量，由此确定模具结构（4）确定塑料水杯的重量和体积
3、项目工艺、模具设计
（1）制定工艺规程（2）模具设计
1）塑件的位置和分型面的选择 2）型腔数量的确定和排列方式 3）浇注系统设计 4）成型零件设计 5）推出机构设计 6）排溢系统设计 7）温控系统设计 8）支承零件设计（3）模具设计的计算
1）成型零件的尺寸计算
2）模具侧壁和底板厚度尺寸计算 3）温控系统的计算（4）模具装配图和零件图的绘制（5）设计说明书的编写
四、项目评价
对塑料水杯的工艺设计采用自评、组评和教师评价的方式进行，大家共同探讨评判工作中的得失，总结提高，最终达到对理论知识和实践技能的掌握。
五、设计作品展示交流
UG是一种应用软件, 是在CAM、CAE、CAD软件上发展起来的一种综合软件。应用UG软件可以进行模具设计和分析, 实现产品的设计和数字化造型加工, 并进行验证。由于UG软件是一种综合性的交互软件, 可以构建多种复杂的造型和实体, 因此得到了塑料加工行业的青睐, 尤其是在模具行业的三维设计中得到了广泛应用。将UG应用到塑料模具数控加工中, 可以提高模具的加工质量和精密度。
1 UG软件应用与其在塑料模具数控加工应用中的必要性
在我国经济不断发展的背景下, 我国工业得到了迅速发展, 塑料制造业也面临着新的机遇和挑战。塑料制造的发展过程中, 除了对塑料制品本身的质量提出了更高要求外, 还要求其满足人们的审美观点。很多塑料制品已经不仅作为容器, 还成为了一种艺术品, 要满足人们的审美要求[1]。现代社会高度重视创新, 主张产品的造型创新和性能创新。因此, 在产品的开发过程中, 要创新开发技术, 从而控制产品制作的成本, 以期在激烈的市场竞争中脱颖而出, 增加产品的利润和效益。所以, 塑料模具在加工过程中必须具有独特的个性和特点, 要提供多样化的设计方案, 要在以往的产品开发经验上融入新的思考。
UG软件是一个交互性CAD/CAM系统, 可以提供产品工程的解决方案, 为用户的塑料产品模具设计和加工提供对应的数字化造型, 并对造型的可靠性和可行性进行验证。UG本身就有非常强大的功能, 应用UG软件就可以对各种复杂的造型和实体进行设计和构建, 满足现代工业生产对塑料模具多样化、个性化和功能化的特点要求。UG软件应用到塑料模具加工中, 尤其是在行业模具的三维设计中, 具有很多优势。将UG应用到塑料模具加工中, 可以对产品的制作过程进行及时变更和革新, 并运用专业知识进行管理, 使所有的工作人员都可以参与到产品更变和革新中, 从而创造出更高的利润[2]。UG的运用还可以结合一定的准则确认每一个设计决策, 从而避免由于决策人员的一时判断失误而做出错误决策, 以得到更加合理的解决方法。总之, 运用UG进行塑料模具加工, 可以不断优化产品的设计过程, 并对生产成本进行控制, 从而获得最大的经济效益。
2基于UG的塑料模具数控加工工艺流程
2.1创建三维模型
运用UG进行塑料模具数控加工设计, 首先必须要构建一个三维模型。在构建三维模型的时候, 需要技术人员根据已有的模具图纸, 充分使用UG软件中的CAD版块构建一个模具的实体模型。此外, 也可以通过其他方式, 导入其他格式的图纸文件创建模具的三维模型。虽然这两种方法最终都可以构建模具的三维模型, 但是UG软件中的CAD版块是在UG软件本身的基础上进行创建的, 不需要其他文件的参与, 而导入其他格式的图纸文件却需要外在文件的参与。然而, 无论采用哪种方式, 在构建三维模型的时候, 一定要严格按照已有模具的图纸进行设计, 从而保证模型中所有数据的精度。只有模型数据的精度得以保证, 模具后面的数控加工中才能保证质量。在创建三维模型的时候, 当生成一个毛坯后, 还需要对镶块的地面进行拉拔, 以保持整个模具的高度比镶边的最高高度高约2mm, 且要留出一定的加工余量, 保证零件最高面的加工质量达到一定的要求和水平。
2.2确定工艺流程
在完成三维模型的构建后, 需要确定加工的工艺流程。只有确定正确的工艺流程, 才能进行数控加工工序。在确定工艺流程的时候, 操作人员首先应该打开UG软件, 点击操作页面上“应用模组”中的“加入模组”, 进入对话框, 制定相应的工作流程。 (1) 根据之前创建的三维模型选择加工模式, 主要的加工模式包括型腔加工、平面加工和三轴连续曲面加工; (2) 选择加工模式后, 制定加工的坐标系, 且选择合理的切削方式和工艺参数; (3) 确定加工步骤, 由UG软件自主生成CLSF刀具源文件; (4) 根据模具加工制作机床的类型, 明确处理文件, 自动生成对应的NG加工程序; (5) 将生成的NG加工程序传输到数据机床中, 并选择合适的夹具和安装工具, 确定数控机床的加工坐标后就可以开始加工。
2.3设置加工工序
2.3.1毛坯加工
在毛坯加工过程中, 首先要选择毛坯材料。毛坯材料的选择应该根据具体的塑料模具数控类型确定。对于加工量较大的毛坯, 采用分层进给铣削的方式可以有效减少机床的负荷, 且也可有效延长刀具的使用寿命。在毛坯加工过程中, 选择三维模型镶边拉拔产生的实体。采用型腔加工的模式, 并根据实体零件外形加工的切削模式来确定零件需要加工形成的大致造型和外形。在选择加工刀具的时候, 不能盲目选择, 要同时综合多方面的影响因素, 选择硬质合金涂层铣刀, 一般进给速度控制在615mm/min, 转读控制在7886转/min;在进行分层铣削的时候, 保持每一层的切深为0.5mm。
2.3.2型芯表面加工
加工模具的曲面时, 由于采用型腔加工的模式对毛坯加工, 因此在分层加工的时候会产生很多阶梯状的刀痕。因此, 在完成初步加工后, 还需要采用三轴连续曲面加工的加工模式对曲面进行精加工, 以使工件的整个表面更近光滑, 表现出更好的质感。在采用三轴连续曲面加工模式的时候, 加工区域为型芯表面, 同样选择硬质合金涂层铣刀作为加工工具, 进给速度控制在615mm/min, 转读控制在7886转/min。在确定加工方式的时候, 应该根据加工的工艺流程来确定, 并确定加工的工艺参数。需要确定的加工工艺的参数包括刀具的选择、加工余量的确定、加工精度的要求、主轴转速的确定进给速率的确定和切削步距的确定等。
3结语
将UG应用于塑料模具数控加工, 可以对复杂的三维型面以及曲面等进行加工, 从而快速准确地确定加工的工艺参数和程序, 大大提高加工质量和加工效率, 减少人为出错的概率, 同时有效控制模具加工成本, 满足人们对塑料模具的个性化需求和多样化需求, 以期为企业带来最大的经济效益。
摘要：鉴于人们对塑料制品提出的更高要求, 在曲面造型的塑料制品中, 采用传统的塑料模具加工已经不能保证其精密度和质量。针对这一问题, 本文提出基于UG软件的塑料模具数控加工工艺, 并设计、分析模具, 自动生成加工程序。
关键词：UG,塑料模具,数控加工,工艺
参考文献
[1]刘武常.机械加工危险性控制研究[J].中小企业管理与科技, 2015, (4) :35-36.
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