【正文】 與加工工程的綜合。 注塑成型的絕大多數(shù)都用于熱塑性聚合物。熱塑性塑料通常分為兩類：即結(jié)晶質(zhì)的和非結(jié)晶質(zhì)的。常用幾毫米長(zhǎng)的短碎纖維隨機(jī)地與熱塑性樹(shù)脂混合。其溫度值明顯取決于試驗(yàn)條件和允許偏差，因此對(duì)比較不同的聚合物而言只有試驗(yàn)數(shù)據(jù)是真正有用的。下面是可以用于減少方向性的若干措施。例如，要電鍍的注塑件在電鍍時(shí)會(huì)經(jīng)受酸溶液，必須采用很低的注塑速度制造以使表面方向性最小化。較厚零件也有助于減少翹曲。 3. 零件幾乎不需要修整：例如，飛邊可以最小化并且模具能被設(shè)計(jì)成自動(dòng)將澆道和閘道從零件本身分離。 8. 充分利用聚合物諸如流動(dòng)能力、重量輕、透明和耐腐蝕等獨(dú)特屬性：從日常使用成型塑料產(chǎn)品的數(shù)量和種類就能明顯看到。UNIT 7 機(jī)加工過(guò)程的重要性可通過(guò)日常生活使用的每件產(chǎn)品都直接或間接經(jīng)歷這一過(guò)程的事實(shí)來(lái)強(qiáng)調(diào)。要注意的重要特征如下。很大的后角會(huì)削弱刀尖的強(qiáng)度，因此一般采用5~6176。在刀具前傾面前的金屬直接受到壓縮，首先彈性變形然后塑性變形。對(duì)切屑的研究是金屬切削最重要的事情之一。這種切屑形成于用較高切削速度機(jī)加工有延展性的材料時(shí)。同樣在實(shí)際運(yùn)用中越過(guò)剪切面的應(yīng)力梯度必須很大才行。討論這些材料性能之前，先看一下作為切削刀具材料應(yīng)具備哪些重要特性。這會(huì)使磨損率較小及切屑流動(dòng)更好。如果進(jìn)給率很小，象精車(chē)中很正常的那樣，工件表面則完全是由刀尖半徑單獨(dú)產(chǎn)生的。切削液實(shí)現(xiàn)這些功能的機(jī)理是：冷卻作用和潤(rùn)滑作用。但如何在采用單尖刀具連續(xù)車(chē)削的場(chǎng)合尤其是切屑刀具接觸壓力高達(dá)70MPa時(shí)實(shí)現(xiàn)并非易事。? 磨削作業(yè)的類型1. 表面磨削：就像其名稱暗示的那樣，表面磨削和平面磨削直接有關(guān)。實(shí)際上，圓柱面磨削能通過(guò)采用下列任意方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：橫向方法：這種方法中砂輪與工件均旋轉(zhuǎn)且采用線性縱向進(jìn)給以保證能磨削整個(gè)長(zhǎng)度。作業(yè)時(shí)砂輪和工件都回轉(zhuǎn)并且采用縱向進(jìn)給。因此調(diào)節(jié)輪的圓周速度可以分解為兩個(gè)分量，即工件回轉(zhuǎn)速度和縱向進(jìn)給。實(shí)際磨削作業(yè)由磨粒完成。3)用于圓柱面和端面磨削的直凹輪。磨粒越細(xì)，磨削表面越光滑。 粘合劑：磨?？捎枚喾N不同方法粘結(jié)在一起。 研磨有兩個(gè)主要作用。研磨去除了微觀峰頂從而產(chǎn)生相對(duì)平坦的平臺(tái)。通過(guò)電解拋光能在金屬表面得到鏡面光潔度。電阻在膜最薄處最小，導(dǎo)致最大金屬分解率。化學(xué)機(jī)械拋光可使多種易碎材料平整且不受損害，因此在集成電路制造中被廣泛地用在硅晶片上。UNIT 10 進(jìn)行表面工程或表面處理的目的是：(1)控制摩擦和磨損，(2)改善抗腐蝕性，(3)改變物理性能，例如，傳導(dǎo)率、電阻系數(shù)和反射率，(4)修改尺寸，(5)變更外觀，例如顏色和粗糙程度，(6)降低成本。 陽(yáng)極與電源正極相連。所用的金屬和應(yīng)用系統(tǒng)都可以變化，但大多數(shù)應(yīng)用都是在要求改善抗腐蝕或耐磨性能的表面涂上薄層。作為這些沉淀離子的補(bǔ)充，來(lái)自陽(yáng)極的金屬被溶解并進(jìn)入溶液平衡離子勢(shì)能。 電鍍?cè)谕ǔ榉墙饘偃萜?一般是塑料)的電鍍槽中進(jìn)行。因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)物不能從晶片表面分離，拋光液中活性成分就不能暴露并與新表面上的原子起反應(yīng)，這會(huì)抑制化學(xué)反應(yīng)。在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)晶片面向下壓在旋轉(zhuǎn)、有回彈力的拋光襯墊上，而同時(shí)含有研磨微粒和化學(xué)反應(yīng)物的拋光液流過(guò)晶片與襯墊之間。在此過(guò)程中，一變化著厚度的膜覆蓋在金屬表面上。Electropolishing電解拋光 電解拋光是一種與電鍍相似的電化學(xué)工藝，但過(guò)程與電鍍正好相反。研磨微粒嵌入研具內(nèi)，或者可以通過(guò)液體攜帶。 結(jié)構(gòu)組織：結(jié)構(gòu)組織與磨粒間的空隙量有關(guān)。當(dāng)磨削象鑄鐵類低拉伸強(qiáng)度材料時(shí)，一般采用碳化硅砂輪，而磨削合金鋼、淬火鋼等高強(qiáng)度金屬則要用氧化鋁砂輪。其中包括：1)用于表面、圓柱面、內(nèi)部和無(wú)心磨削的直輪。時(shí)，即砂輪和調(diào)節(jié)輪軸線平行時(shí)，則工件沒(méi)有縱向進(jìn)給。由于調(diào)節(jié)輪通常用橡膠粘結(jié)的磨料制成，其摩擦特性使這成為可能。 內(nèi)表面磨削：內(nèi)表面磨削用于相對(duì)較短的孔。在平面磨削時(shí)，重的工件用夾具固定或用壓板等夾緊在磨床工作臺(tái)上，而小的工件則通常是用電磁卡盤(pán)固定的。顯然，磨床根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的不同有所區(qū)別，使用何種形式的磨床主要取決于被磨削表面的幾何形狀和物理性質(zhì)。 潤(rùn)滑作用：切削作業(yè)的最大改善可通過(guò)潤(rùn)滑作用來(lái)達(dá)到，由于它減少了熱量的產(chǎn)生因而減少了金屬切削作業(yè)的能量輸入。? Cutting Fluids 切削液 切削液(經(jīng)常誤稱為冷卻液)的功能如下：? 冷卻刀具和工件 減少摩擦 保護(hù)工件不生銹 改善表面光潔度 防止切屑瘤的形成 從切削區(qū)沖掉切屑 然而，在金屬切削作業(yè)中切削液的主要功能是控制總熱量。給定機(jī)加工作業(yè)中的表面光潔度是兩個(gè)因素共同作用的結(jié)果：(1) 理想的表面光潔度，是通過(guò)考慮機(jī)加工作業(yè)的幾何體系所決定的制造工藝幾何學(xué)的結(jié)果，和(2) 自然要素，即在機(jī)加工中一些難以預(yù)測(cè)的不可控因素作用的結(jié)果。這個(gè)要求對(duì)如銑削之類的間斷切削更有用。在最近的百年里產(chǎn)生了許多進(jìn)展。 雖然第一種模型()從分析的角度看是方便的，但實(shí)際上是不可能存在的。 連續(xù)切屑：連續(xù)的切屑一般具有分離金屬沿刀具面流動(dòng)的特征。 屈服能導(dǎo)致塑性變形，在這種情況下材料變形層沿著與最大剪應(yīng)力方向一致的滑移面被其它層所取代。 切削深度d是未加工面與已加工面之間的垂直距離。 2. 后角：這是機(jī)加工面與被稱為后側(cè)面的刀具底面夾角。在了解金屬切削過(guò)程并運(yùn)用這些知識(shí)幫助改善與金屬切削有關(guān)的制造作業(yè)方面已經(jīng)做了許多努力。 5. 零件設(shè)計(jì)有時(shí)不能很好地適應(yīng)有效率的成型。循環(huán)熱塑性塑料可以注塑成型。? Advantages 優(yōu)點(diǎn) 1. 高生產(chǎn)率：例如，一張CD盤(pán)在高融體流動(dòng)指數(shù)生產(chǎn)控制中只需10~12s一個(gè)循環(huán)就能生產(chǎn)出來(lái)。這些危害性要與上述方向性的反向效應(yīng)相權(quán)衡。? 減小閘道尺寸：閘道越大則固化時(shí)間越長(zhǎng)并會(huì)使方向性增加。然而通過(guò)本介紹，了解這種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)仍是可能的。熱塑性塑料帶載運(yùn)行溫度可從質(zhì)量上定義為熱偏差溫度。其中主要例外是聚碳酸酯，它是可選用做高質(zhì)量透明注塑件的非結(jié)晶質(zhì)聚合物，并具有卓越的機(jī)械性能。在此情況下作為交聯(lián)的化學(xué)連結(jié)是硬化機(jī)制。其它聚合物，例如樹(shù)脂和編織的或墊子形的玻璃纖維的混合物，由于它們的物理性質(zhì)不適合使用此工藝。(一臺(tái)能力為10,000噸用于成型264加侖高密度聚乙烯垃圾箱的機(jī)械也已制成)。1988年，美國(guó)新的注塑成型機(jī)械銷(xiāo)售約占全部主要聚合物機(jī)械銷(xiāo)售量的65%，其中包括4,600臺(tái)注塑成型設(shè)備。另一種方法是先抽真空然后再充滿。 將細(xì)小(直徑一般小于20μm)球形金屬粉末與熱塑性粘合劑混合，能生產(chǎn)具有多數(shù)注塑成型塑料特征的金屬充滿塑料零件。當(dāng)為了提供足夠的機(jī)械性能而致密化是必須時(shí)，可以采用熱鍛或粉末鍛造技術(shù)。 粉末致密率取決于該粉末在選定溫度和壓力下的屈服強(qiáng)度。根據(jù)不同材料的化學(xué)成分，燒結(jié)的環(huán)境包括真空狀態(tài)也各不相同。然后放入合適的環(huán)境中燒結(jié)成所需產(chǎn)品。Cold Uniaxial Pressing冷單向擠壓 單一元素金屬，或極小顆粒的預(yù)先合金粉末與潤(rùn)滑劑(一般是鋰硬脂酸鹽，%)混合，然后在金屬模具中施加壓力[比如600MPa (87,000lb/)]擠壓。提升溫度擴(kuò)散工藝被稱為燒結(jié)，有時(shí)還輔之以外界的壓力來(lái)達(dá)到目的。如果用單一元素粉末生產(chǎn)均勻材料需要很高溫度和較長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間，也可用預(yù)先合金。在燒結(jié)前可以進(jìn)行二次擠壓作業(yè)(再擠壓)以改善壓實(shí)狀態(tài)和材料性能。? 鍛模磨損公差為側(cè)向公差(平行于分模面)，對(duì)銅合金大約為+% ，對(duì)鋁和鋼大約為+%。分模面應(yīng)經(jīng)過(guò)零件中心，而不要靠近上下邊緣。 純型/近似純型鍛 ：采用純型鍛或近似純型鍛，產(chǎn)生材料損耗的主要形式是飛邊以及隨后的機(jī)加工。不像開(kāi)式模鍛那樣需要多次擊打把壓縮能量傳遞到零件外表面，壓鍛能將力均勻地傳遞給材料的主體。 這導(dǎo)致有利的晶粒流使零件堅(jiān)固。鍛件的物理性能(如強(qiáng)度、延展性和韌性)遠(yuǎn)好于基礎(chǔ)金屬，因?yàn)榛A(chǔ)金屬的晶粒是無(wú)序排列的。對(duì)后者而言，例如現(xiàn)代噴氣飛機(jī)零件，使用能產(chǎn)生50,000噸以上壓力的巨型液力鍛壓機(jī)。 更重要的是閉式模鍛，在工業(yè)上廣泛用于規(guī)模生產(chǎn)。 錘鍛中常用的開(kāi)式模鍛與閉式模鍛是有區(qū)別的。它能用于生產(chǎn)各種形狀和尺寸、從很小到重量數(shù)噸的零件。然而由于型模的消耗特性，型模成本可能較高。 離心法鑄造：離心法鑄造用于迫使金屬?gòu)脑O(shè)備的中心軸進(jìn)入分布在圓周上的單獨(dú)型腔。表面粗糙度的有效值(均方根)(~.)。離心鑄造中，永久性的型模在熔化金屬澆鑄時(shí)以較高速度(300到3,000rpm)繞其軸線旋轉(zhuǎn)。 澆鑄可采用重力、壓力或真空條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于這種鑄型是環(huán)繞整塊型模形成的(無(wú)需像傳統(tǒng)的砂型鑄造工藝那樣拔模)，能制作十分復(fù)雜的零件和浮雕。復(fù)雜的形狀能被高精度地制造。其它的選擇還有采用振動(dòng)臺(tái)、噴砂/噴丸機(jī)、手工作業(yè)等等。8. 將金屬緩慢而連續(xù)地注滿型模。為了以后鑄模匹配還要用到定位銷(xiāo)。 一般而言，砂型鑄造作業(yè)的典型階段包括()：1. 制作型模。除此之外，還有稱為排放口的澆注系統(tǒng)延長(zhǎng)段，它為合成氣體和置換空氣排放到大氣提供通道。型砂通過(guò)振動(dòng)和機(jī)械方法壓實(shí)。砂芯安放在型腔里形成所需形狀的孔洞。 通過(guò)鑄造加工，鑄件可以做成很接近它們的最終尺寸。由于滲氮鋼的合金比例，它們比普通鋼更強(qiáng)，也容易熱處理。在鋼中含鋁1%%被證明特別合適，它能與氨氣結(jié)合形成很穩(wěn)定堅(jiān)固的成分。需表面硬化的零件浸沒(méi)在略高于Ac1溫度熔化的氰化鈉鹽溶液中，浸泡的持續(xù)時(shí)間取決于硬化層的深度。然后重新加熱到高于外層轉(zhuǎn)變溫度再淬火以生成堅(jiān)硬、細(xì)致的組織結(jié)構(gòu)。碳逐漸擴(kuò)散到零件內(nèi)部。大多數(shù)商業(yè)鋼材在軋制或鑄造后都要退火。 給定的鋼其退火溫度取決于它的成分；對(duì)碳鋼而言可容易地從局部的鐵碳合金平衡圖得到。通常的做法是將鋼加熱到所需溫度并且僅保溫到正好使其均勻受熱。 由于馬氏體這一淬硬鋼主要成分的不穩(wěn)定性，使得回火成為可能。在這種情況下不管零件尺寸如何，其表面總歸有一定深度被硬化。 含碳量低的鋼對(duì)淬火處理沒(méi)有明顯的反應(yīng)。 在任何熱處理作業(yè)中，加熱的速率都是重要的。如果緩慢加熱，則以相反的方式發(fā)生這種轉(zhuǎn)化。由截線及杠桿定律分析可知，低碳鐵素體成核并長(zhǎng)大，剩下含碳量高的奧氏體。被析出的碳與金屬化合物Fe3C形成富碳的滲碳體。鐵碳狀態(tài)圖中靠近三角區(qū)和含碳量高于2%的那些部分對(duì)工程師而言不重要，因此將它們刪除。按所采用的步驟，鋼可以通過(guò)硬化來(lái)抵抗切削和磨損，也可以通過(guò)軟化來(lái)允許機(jī)加工。 結(jié)晶度：聚合物可以是晶體狀的或非結(jié)晶質(zhì)的，但它們通常是晶體狀和非結(jié)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)合物(半晶體)。聚合材料的機(jī)械性能一般表現(xiàn)為低強(qiáng)度和高韌性。纖維復(fù)合材料的制造者往往旋轉(zhuǎn)纖維層以防模量產(chǎn)生方向變化。 復(fù)合材料有兩種：纖維加強(qiáng)型復(fù)合材料和微粒加強(qiáng)型復(fù)合材料。 光導(dǎo)纖維有三層：核心由高折射指數(shù)高純光傳輸玻璃制成，中間層為低折射指數(shù)玻璃，是保護(hù)核心玻璃表面不被擦傷和完整性不被破壞的所謂覆層，外層是聚合物護(hù)套，用于保護(hù)光導(dǎo)纖維不受損。某些陶瓷還具有一些特殊性能：有些是磁性材料，有些是壓電材料，還有些特殊陶瓷在極低溫度下是超導(dǎo)體。例如，往鋁里加少量鐵可使其更強(qiáng)。汽車(chē)上壓皺的區(qū)域在它們斷裂前通過(guò)經(jīng)歷塑性變形來(lái)吸收能量。然而，諸如鋁和鎂之類的一些金屬則具有低密度，并被用于既需要金屬特性又要求重量輕的場(chǎng)合。合金的性質(zhì)能通過(guò)改變其中存在的元素而改變。 工程材料還能進(jìn)一步細(xì)分為：①金屬材料②陶瓷材料③復(fù)合材料 ④聚合材料，等等?？茖W(xué)家常根據(jù)狀態(tài)將材料分為：固體、液體或氣體。某些金屬能被磁化，例如鐵、鈷和鎳。某些金屬合金，例如鋁基合金，其密度低，可用于航空航天以節(jié)約燃料。橄欖球運(yùn)動(dòng)員據(jù)此相信他的面罩不會(huì)裂成碎片。由于電子能導(dǎo)熱和導(dǎo)電，所以用金屬可以制造好的烹飪鍋和電線。照此定義，陶瓷材料也應(yīng)包括玻璃；然而許多材料科學(xué)家添加了“陶瓷”必須同時(shí)是晶體物組成的約定。因?yàn)榇蠖鄶?shù)陶瓷在從液態(tài)冷卻時(shí)將會(huì)完全破碎(即形成粉末)。全內(nèi)反射現(xiàn)象與核心玻璃的高純度一樣，使光線幾乎無(wú)強(qiáng)度損耗傳遞長(zhǎng)距離成為可能。沿著纖維長(zhǎng)度有很強(qiáng)結(jié)合力的共價(jià)結(jié)合在這個(gè)方向上給予復(fù)合材料很高的模量，因?yàn)橐獡p壞或拉伸纖維就必須破壞或移除這種結(jié)合。微粒加強(qiáng)型復(fù)合材料的一個(gè)例子是機(jī)動(dòng)車(chē)胎，它就是在聚異丁烯人造橡膠聚合物基材中加入了碳黑微粒。聚合物的分子量極大地影響其機(jī)械性能，分子量越大，工程性能也越好。 鏈內(nèi)結(jié)構(gòu)：原子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)性能也有很大影響。 合金鋼的性質(zhì)取決于其所含有的除碳以外的一種或多種元素，如鎳、鉻、錳、鉬、鎢、硅、釩和銅。控制這一由于奧氏體和鐵素體的碳溶解性完全不同而產(chǎn)生的反應(yīng)，使得通過(guò)熱處理能獲得很大范圍的特性。通過(guò)打磨并在弱硝酸酒精溶液中蝕刻制備的樣本顯示出由緩慢冷卻形成的交互層狀的薄片結(jié)構(gòu)。 過(guò)共析鋼是含碳量大于共析量的鋼。淬火 淬火就是把鋼件加熱到或超過(guò)它的臨界溫度范圍，然后使其快速冷卻的過(guò)程。如果工件形狀不規(guī)則，為了消除翹曲和開(kāi)裂最根本的是加熱速率要緩慢。珠光體對(duì)熱處理作業(yè)響應(yīng)最好；基本由珠光體組成的鋼能轉(zhuǎn)化成硬質(zhì)鋼。通過(guò)回火，硬度和脆性可以降低到使用條件所需要的程度?；鼗鹱鳂I(yè)可以描述為滲碳體析出和凝聚或聚結(jié)的過(guò)程。這兩種分別被稱為奧氏體回火和馬氏體回火的工藝，能使產(chǎn)品具有特定所需的物理性能。為了得到最大柔軟性和延展性冷卻速率應(yīng)該很慢，比如讓零件與爐子一起冷下來(lái)。所獲得的球狀結(jié)構(gòu)改善了鋼的可切削性。這是一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程， 英寸(~)這么厚的硬化層。碳氮共滲 碳氮共滲，有時(shí)也稱為干法氰化或滲碳氮化，是一種表面硬化工藝。氰化主要用于處理小零件。液體滲氮時(shí)在氰化物溶液中加入比