无机非金属材料成型工艺资料课件.ppt
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1、第六章无机非金属材料成型工艺,6.1 概述 6.2 - 6.12 成型工艺 6.13 成型模具 重点:注浆成型、塑性成型、 压制成型,本章主要内容,组分均匀,6.1 概述,一、成型的概念,形状、尺寸强度和密度,1、物料在外力作用下流动及变形,二、成型步骤,外力或模型,加工作业,2、通过不同机制而定形,三、成型辅助剂1、稳定剂,2、促凝剂:使粘结剂凝结硬化的外加物。3、抑制剂:为抑制某些物理化学反应而加入的少量物质。4、增塑剂:能提高泥料可塑性的物质。,5、减水剂:降低拌合料用水量的作用,或用水量不变的情况下,起到增大流动性或可塑性的作用6、发泡剂:形成微小泡沫,使材料具有闭口(或连通)气孔结构
2、。7、膨胀剂:能部分消除制品在高温和冷却过程中由于收缩而造成的裂缝或剥落。8、分散剂:促使固体粒子的絮凝团或液滴分散为单体微粒子,并悬浮于液体之中。9、消泡剂:排除各种混合料中的气泡。10、脱模剂,6.2 注浆成型 6.3 塑性成型 6.4 压制成型 6.5 喷涂法成型 6.6 缠绕法成型 6.7 抄取法成型,6.8 层压法成型 6.9 薄片挤压成型 6.10 纺织工艺法成型 6.11 造粒成型 6.12 玻璃熔体成型,成型工艺,石膏模吸水性,一、注浆成型概念,流动性的泥浆,泥浆粘附在模壁上,泥层增厚,与模型相同形状的泥层,干燥收缩,坯体,坯料吃浆,6.2 注浆成型,二、注浆成型对泥浆的要求1
3、、流动性好 流动性好,浆料才能在管道中流动并能充满模型的各个部位。 影响泥浆的流变性质的因素有: (1)固相含量、颗粒尺寸和形状(2)温度 (3)粘土及泥浆的处理方法(4)稀释剂(电解质),首要条件,2、稳定性好:久置各组分颗粒不会沉淀。3、适当的触变性:便于泥浆的输送,又要求脱模后的坯体不致受轻微振动就软塌。4、含水量少:保证流动性的前提下尽量减少含水量。5、滤过性好:使泥浆中的水分能顺利通过模型壁上的泥层被模型吸收。6、形成的坯体要有足够的强度,三、注浆成型的物理化学变化1、物理脱水:毛细管力2、化学凝聚,形成坯体,三、注浆成型的物理化学变化1、物理脱水:毛细管力,把直径很小的管子插入液体
4、中液体会自动沿着管子上升或下降得比原液而低这种现象称为毛细管作用。,毛细管越细,水表面张力越大,三、注浆成型的物理化学变化1、物理脱水:毛细管力,吸浆速度:注浆时泥浆中水分受到模型毛细管力的作用向模型渗入的速度。,滤过性不好,三、注浆成型的物理化学变化1、物理脱水:毛细管力2、化学凝聚,Na-粘土+CaSO4+Na2SiO3 Ca-粘土+CaSiO3 +Na2SO4,白色丛毛状晶体,刷浆刷水,四、成型方法1、基本注浆方法2、加速注浆的方法,空心注浆(单面注浆)实心注浆(双面注浆),压力注浆离心注浆真空注浆,空心注浆(单面注浆),空心浇注花瓶操作示意图,壁厚相同的薄胎制品,吃浆缓慢,不能保持制品
5、绝对均一壁厚。增加制品壁厚需要时间长,实心注浆(双面注浆),实心浇注鱼盘操作示意图,没有多余泥浆排出。水分同时被模型的两个工作面吸收。,尺寸大而形状复杂制品,提高吸浆速度的方法:(1)减少模型的阻力(2)减少坯料的阻力(3)提高泥浆和模型的温度(4)提高吸浆过程的推动力 压力注浆、离心注浆,四、成型方法1、基本注浆方法2、加速注浆的方法,空心注浆(单面注浆)实心注浆(双面注浆),压力注浆离心注浆真空注浆,2、加速注浆的方法(1)压力注浆:将施有一定压力的泥浆通过管道压入模型内,待坯体成型后再取消压力。微压注浆:通过提高泥槽高度,利用泥浆自身的位能提供,对石膏模无特殊要求。 中、高压注浆 :通过
6、压缩空气引入,需考虑模型的承受能力。,(2)离心注浆 在模型旋转运动的情况下,将泥浆注入模型中。由于离心力的作用,泥浆紧靠模壁脱水后形成坯体。,坯体厚度较均匀,变形较少,(3)真空注浆 在石膏模外面抽取真空,增大模型内外压力差;在真空室中全部处于负压下注浆。真空注浆可加速坯体形成,提高坯体致密度和强度。,五、注浆操作注意事项,泥料注入模型时模内空气。石膏模内壁粘模。,注浆前,注浆时,注浆后,石膏模型泥浆,孔隙率和吸水率适度,均匀 模型湿度、表面石膏模应按顺序轮换使用,泥浆陈腐,用前搅拌510min。泥浆温度不低于1012度。,倒出的余浆和修整而得的废浆。注浆坯体脱模。,六、注浆成型缺陷分析 1
7、、气孔与针眼 1)泥浆2)操作3)石膏模,水分,陈腐时间,电解质种类及用量,夹有气泡,混有杂质或颗粒太粗,过湿、过干、过旧,表面沾有灰尘。,2、开裂 1)泥浆配方不当; 2)电解质用量不当,或陈腐不足、不均;3)接坯的双部分干湿不一致; 4)操作不当、厚薄坯;5)脱模太早或太迟,干燥温度过高。,3、变形 1)泥浆混合不匀,干燥收缩不一。2)泥浆水分太高,干燥收缩过大。 3)倾浆操作不当,坯体厚薄不匀。 4)模型过湿,或脱模过早,出模操作不当,湿坯没有放平、放正。,4、泥缕:制品坯体、釉面的口沿或腹下部呈现鼓起的或不规则的一缕缕泥浆和积釉现象,原因泥浆粘度大,流动性差,倾浆操作不当,模型工作面沾
8、有浆滴。进浆时由于泥浆的冲击形成局部颗粒取向排列不同,七、注浆成型的特点适用性强,生产成本低,不需复杂的机械设备,只要简单的石膏模就可成型;能制出任意复杂外形和大型薄壁注件;坯体结构均匀。劳动强度大,操作工序多,生产效率低;生产周期长,石膏模占用场地面积大;注件含水量高,烧成时容易变形;模具损耗大。,6.3 塑性成型,塑性成型: 利用模具或刀具等运动所造成的压力、剪力等外力对具有可塑性的坯料进行加工,迫使坯料在外力作用下发生可塑变形而制成一定规格坯体的方法。,6.3 塑性成型,成型工艺原理影响可塑性的因素成型方法,成型工艺原理,当可塑坯料泥团受到高于某一数值剪切应力的作用后,泥团就会产生延伸变
9、形,即塑性变形,可塑性,随着应力加大和时间延长,变形量增加,当达到要求的变形量时去除外加应力,变形的泥团能永久保持其形状。,6.3 塑性成型,成型工艺原理影响可塑性的因素成型方法,影响可塑性的因素1、矿物种类的影响 2、固体颗粒大小和形状的影响:断键3、吸附阳离子种类的影响Al3+Ba2+Mg2+Ca2+NH4+K+Na+Li+4、液体介质数量和性质的影响,伊利石高岭石蒙脱石,颗粒较细;矿物明显解理或解理完全,尤其呈片状结构的矿物,含水量应适宜,分布应均匀,液性限度塑性限度,影响可塑性的因素1、矿物种类的影响 2、固体颗粒大小和形状的影响:断键3、吸附阳离子种类的影响Al3+Ba2+Mg2+C
10、a2+NH4+K+Na+Li+4、液体介质数量和性质的影响,伊利石高岭石蒙脱石,7%-10%,真空练泥,泥饼,螺旋浆叶,挤压,条状和片状,圆锥螺旋,真空室,自重,真空泵,空气,挤压,均匀致密和一定形状尺寸的泥段,螺旋,均匀致密去除气体,真空练泥,1.排除泥料中气体。空气体积降至0.51,2.改善泥料性能。由于气体的排除和对泥料的揉练、挤压、使泥料组织趋向均匀、致密,提高坯料的可塑性。,3.破坏或减少泥料颗粒的定向排列,提高半成品和成品的合格率。,6.3 塑性成型,成型工艺原理影响可塑性的因素成型方法,成型方法 1、挤压成型 2、车坯成型 3、湿压成型 4、旋转成型 5、其他,旋坯法滚压法,1、
11、挤压成型,将可塑坯料团经真空挤压成型机的螺旋或活塞挤压向前,再经过机头模具挤压成各种管状、棒状,及断面和中孔一致的产品。,特点:粘接剂,水,粘土含水量多,物料强度低易变形,可能产生表面凹坑和起泡、开裂及内部裂纹等。,传统耐火材料如炉管、护套管等的成型生产,卧式真空挤压机,立式真空挤压机,设备: 真空练泥机 螺旋或活塞式挤坯机,成型方法 1、挤压成型 2、车坯成型 3、湿压成型 4、旋转成型 5、其他,旋坯法滚压法,2、车坯成型 车床上将挤压成型的泥段再加工成外形复杂的柱状制品。干车,泥段含水6-11。干车坯体尺寸精确,但粉尘大,效率低,刀具磨损大,已逐渐由湿车替代。湿车,泥段含水16-18。精
12、度低,有变形。,成型方法 1、挤压成型 2、车坯成型 3、湿压成型 4、旋转成型 5、其他,旋坯法滚压法,3、湿压成型 含水率20经挤压机与切割成块状坯料, 经金属模型再压成型为坯体。,润滑 瓦真空 浅型制品加热 电瓷中的绝缘子,成型方法 1、挤压成型 2、车坯成型 3、湿压成型 4、旋转成型 5、其他,旋坯法滚压法,旋坯成型,真空练泥的塑性泥料,石膏模,样板刀,泥料均匀布于模型内表面,余泥贴在样板刀向上爬,内旋:石膏模内凹,坯体外形:模型内壁,坯体内形:型刀。 用于杯、碗等深腔制品,外旋:石膏模突起,坯体外形:型刀旋压,坯体内形:模型形状。 适用于盘、碟等扁平制品,旋坯成型设备简单,型刀制作
13、和更换容易.,型刀,扁平,压力小,剪切力,密度小,含水多,易变形,表面光滑,滚压成型,赶光,成型方法 1、挤压成型 2、车坯成型 3、湿压成型 4、旋转成型 5、其他,旋坯法滚压法,滚压成型 由旋坯法发展而得,把扁平的型刀改变成尖锥形或圆柱形的回转体滚压头。,圆柱形滚压头,模型分别绕自己轴线同方向旋转。,制作出来的成品大小几乎一样,滚压成型分类: 外滚 内滚,阳模,阴模,外滚,内滚,坯体组织结构均匀:成型过程中,由于坯泥在压延力作用下均匀展开,受力由小到大比较缓和、均匀;坯体致密,强度高:滚压头与坯泥的接触面积较大,压力较大,受压时间较长表面质量好:滚压成型靠滚压头与坯体相“碾”而使坯体表面光
14、滑,无需再加水赶光。,工艺特点:,成型方法 1、挤压成型 2、车坯成型 3、湿压成型 4、旋转成型 5、其他,旋坯法滚压法,5、其他手拉坯,大部分花瓶制作会运用这种成型法,完全以手工制作,不会有两件相同的作品。,5、其他成型-扎膜成型 将粉料、添加剂和水均匀混合,然后将塑性物料经两个相向转动滚柱压延,而成为板状素坯的成型方法。成型密度高,适于片状、板状物件的成型,厚度方向和前进方向受碾压,宽度方向受力小,定向排列,横向收缩大,易出现变形和开裂,5、其他成型-注射成型:利用热塑性树脂作为塑性载体,陶瓷粉料只是填料,因而对物料(粉料颗粒介质)相容性要求低,对现代非氧化物陶瓷氮化硅等的成型非常适宜,
15、有机载体含量较高(30-55vol%),坯体均匀性变差,易于开裂,脱脂过程,有机物的富集和颗粒的重排等现象,6.4 压制成型,压制成型:将粉状坯料置于金属模具中,施加一定压力而制得所需的形状、尺寸和致密度的产品(坯体)。应用:砖瓦、耐火材料、建筑陶瓷、磨具及部分特种陶瓷等。,1、粉料的工艺性质(1)粒度和粒度分布(2)粉料的流动性(3)粉料的含水率(4)粉料的拱桥效应,(1)粒度和粒度分布 粒度是指粉料的颗粒大小,通常以颗粒半径或直径表示。 粒度分布指不同大小颗粒所占的百分比,粗、中、细颗粒,团粒大小在0.252mm,(2)粉料的流动性,充填速度充填程度,当粉料堆积到一定高度后,会向四周流动,
16、始终保持为圆锥体且安息角保持不变的性质。,(3)粉料的含水率 粉料的含水率直接影响压制成型的性能。 适当 均匀,(4)粉料的拱桥效应,实际粉料不是球形,表面粗糙,结果颗粒相互交错咬合,形成拱桥形空间,增大孔隙率。,6.4 压制成型,一、工艺原理二、成型方法,粉料的工艺性质压制过程中坯体的变化影响坯体质量(密度)的因素,干压或半干压成型等静压成型辊压成型挤压成型,2、压制过程中坯体的变化(1)密度变化(2)强度变化(3)坯体中压力的分布,(1)密度变化 第一阶段:密度急剧增加,迅速形成坯体; 第二阶段:压力继续增加时,坯体密度增加缓慢,后期几乎无变化; 第三阶段:压力超过某一数值后,坯体密度又随
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