各種金屬材料成形工（gōng）藝（yì），還有比這更（gèng）齊（qí）全的嗎？

　　

材料成形方法是零件設計（jì）的重要內容，也是製造（zào）者們極度（dù）關心的問（wèn）題，更是材料加工過程中的關鍵因素，今天就帶大家來看看金屬成形工藝。

 

▌ 鑄造

 

液態金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應的鑄（zhù）型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛（máo）坯或（huò）零件的（de）生產方法，通常稱為金屬液態成形（xíng）或鑄造（zào）。

 

工藝流程（chéng）：液體金（jīn）屬（shǔ）→充型→凝固收縮→鑄件

 

工藝（yì）特點：

1、可生（shēng）產形狀任意複雜的製件（jiàn），特（tè）別是內腔形狀複雜（zá）的製件。

2、適應性強，合金種類不受限製，鑄件大小幾乎不受限製。

3、材料來源廣，廢品可重熔，設（shè）備投資低。

4、廢品率高（gāo）、表麵質量較（jiào）低、勞動條件差。

 

鑄造分類 ：

 

（1）砂型（xíng）鑄造（sand casting）

 

砂型鑄造：在砂型中（zhōng）生產鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造（zào）方法獲得。

 

工藝流程：

 

砂型鑄造工藝流程

 

技術特點：

1、適合於製成形狀複雜，特別是具有複雜內（nèi）腔的毛坯；

2、適應性廣，成本低；

3、對於某些塑性很差的材（cái）料，如鑄鐵等，砂型鑄造是製造其零（líng）件（jiàn）或，毛坯的（de）唯一的成形工藝（yì）。

 

應用：汽車的發（fā）動機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件

 

（2）熔模鑄造(investmentcasting)

 

熔模鑄造：通常是指在易熔材料（liào）製成模（mó）樣，在模（mó）樣表麵包覆若（ruò）幹層耐火材料製成型殼，再將模樣熔化排出型殼，從而獲得無分型麵的鑄型，經高溫焙燒後即可填砂（shā）澆注的鑄造方案。常稱為“失蠟鑄造”。

 

工藝流（liú）程：

 

熔模鑄造工藝流程

 

優點：

1、尺寸精（jīng）度和幾何精度高；

2、表（biǎo）麵粗糙度高；

3、能夠鑄造外型複雜的（de）鑄件，且鑄造（zào）的合金不受限製。

 

缺點：工序繁雜，費用較高

 

應（yīng）用：適（shì）用於生產形狀複雜、精度要求高、或很難進行其它加工的小型零件，如渦輪發動機的葉片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利用高壓將金屬（shǔ）液高速壓入一精密金屬模具型腔內，金屬液在壓力作用下冷卻凝固而形成鑄件。

 

工藝流程：

 

優點（diǎn）：

1、壓鑄時金屬液體承（chéng）受壓（yā）力高，流速快

2、產品質量（liàng）好，尺寸穩定，互（hù）換性好（hǎo）；

3、生產效（xiào）率高，壓（yā）鑄模使用（yòng）次數多；

4、適合大批大量（liàng）生產（chǎn），經濟效益好。

 

缺點：

1、鑄件容易產生細小的氣孔（kǒng）和縮鬆。

2、壓鑄件塑（sù）性低，不宜在衝擊（jī）載荷及有震動（dòng）的情況下工作；

3、高熔點合金壓鑄時（shí），鑄型壽命低（dī），影響壓鑄（zhù）生產的擴大（dà）。

 

應用：壓鑄件最先應用在汽（qì）車工業（yè）和儀表工業，後（hòu）來逐步擴大到各個行業，如農業機械（xiè）、機（jī）床工業、電子工業、國防工業、計算機、醫療器械、鍾表、照相機和（hé）日用五金（jīn）等多個行業（yè）。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

低壓鑄造：是指使（shǐ）液（yè）體金屬在較（jiào）低壓力(0.02～0.06MPa)作用下充填（tián）鑄型，並在壓力下結晶以形（xíng）成鑄件的方法.。

 

工（gōng）藝流程：

 

技術特點（diǎn）：

1、澆注時的壓力和速度可以（yǐ）調節，故可適用於各種不同鑄型（如金屬型、砂型等），鑄造（zào）各種合（hé）金及（jí）各種大小的鑄件；

2、采用底注式充型，金（jīn）屬液充型平穩，無飛濺現象，可避免（miǎn）卷入氣體及對型壁和型芯的（de）衝（chōng）刷，提高（gāo）了鑄件的合（hé）格率；

3、鑄件（jiàn）在壓力下結晶，鑄件組織（zhī）致（zhì）密、輪廓清晰（xī）、表（biǎo）麵光潔，力學性能較高，對於大薄壁件的鑄造尤為有利；

4、省去補縮冒口，金屬利用率提高（gāo）到（dào）90～98%；

5、勞動強度低，勞動條件好，設備簡易，易實現機械化和自動化。

 

應用：以傳統（tǒng）產品為主（氣缸頭、輪（lún）轂（gū）、氣（qì）缸架等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

離心鑄造：是將金屬液澆入旋轉的（de）鑄型中，在離心力作用下填充鑄型而凝固（gù）成形的一種鑄造方法（fǎ）。

 

工藝流程：

 

優點：

1、幾乎不存（cún）在（zài）澆注係統和冒口係統的金屬消耗，提高工藝出品率；

2、生產中空鑄件時（shí）可不用型芯，故在生產長管形鑄件時可大幅度（dù）地（dì）改善金屬充型能力；

3、鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少（shǎo），力（lì）學性能高（gāo）；

4、便於製造筒、套類複合金（jīn）屬鑄件。

 

缺點：

1、用（yòng）於生（shēng）產異形鑄件時有一（yī）定的局（jú）限性；

2、鑄件內孔直徑不準確，內孔表麵比較粗（cū）糙，質量較（jiào）差，加工餘量大；

3、鑄件易產生比重偏析。

 

應用：

離心鑄造最早用於（yú）生產鑄管，國內外（wài）在冶金、礦山、交通、排灌（guàn）機械、航（háng）空、國防（fáng）、汽車等（děng）行業（yè）中均采（cǎi）用離心鑄造工藝，來生產鋼、鐵（tiě）及非鐵碳合金鑄件（jiàn）。其中尤以離心鑄鐵管、內燃機缸套和軸套等鑄（zhù）件的生產最為普遍。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

金屬型鑄造：指液態金屬在重力作用下充填金屬鑄（zhù）型並在型中冷卻凝固而獲得鑄件的一種成型方法。

 

工藝流程：

 

優點:

1、金屬型的熱導率和（hé）熱容量大，冷卻速度快，鑄件組織致密，力學性能（néng）比（bǐ）砂（shā）型鑄件高15%左右。

2、能獲（huò）得較高尺（chǐ）寸精度和較低表麵粗糙（cāo）度值的鑄件，並且質量穩定性好。

3、因不用和很少用砂芯，改（gǎi）善環境、減少粉塵和有害氣體、降低勞動（dòng）強度。

 

缺點：

1、金屬型（xíng）本身無透（tòu）氣性，必須采用一定的措施導出（chū）型腔中的空氣和砂芯所產生的氣體；

2、金屬型無退（tuì）讓性，鑄件凝固（gù）時容易產生裂紋；

3、金屬型製造周期較長，成本較（jiào）高。因此隻有在大量成批生產時，才能顯示出好的經濟效果。

 

應用：

金屬型鑄造既適用於大（dà）批量生產形狀複雜的鋁合金、鎂合金等非鐵合金鑄件，也適合於生產鋼鐵金屬的鑄件、鑄錠（dìng）等。

 

（7）真（zhēn）空壓鑄（zhù）(vacuumdie casting)

 

真空鑄造：通過在壓鑄過程中抽除壓鑄模具型腔內（nèi）的（de）氣體而消除或顯著減少壓鑄件內的氣孔和溶（róng）解氣體，從而提高（gāo）壓鑄件力學性能（néng）和表麵質量的先進壓鑄工藝。

 

工藝流程：

 

優點：

1、消除或減少壓（yā）鑄件內部的（de）氣孔，提高壓鑄件的機械性（xìng）能和表麵質量，改善鍍覆性能;

2、減少型腔的反壓力，可使用較低的比壓及鑄造性能較差的合（hé）金（jīn），有可能用小機器壓鑄較大的鑄件;

3、改善了充（chōng）填條件，可（kě）壓鑄（zhù）較薄的鑄件;

 

缺點：

1、模具密封結構複雜，製造及安裝較困難，因而成本較高;

2、 真（zhēn）空（kōng）壓鑄法如控製不當，效果就不是很顯著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓鑄（zhù）造：是使液態（tài）或半固態金屬（shǔ）在高壓下凝固、流（liú）動成形，直接獲得製件或毛坯的方法。它具有液態（tài）金屬利用率高、工序簡化和質量穩定等優點，是一種節能型的、具有潛在應用前景的金屬成形技（jì）術。

 

工藝（yì）流（liú）程：

 

直接擠壓鑄造：噴塗料、澆合（hé）金、合（hé）模、加壓、保壓、泄壓，分模、毛（máo）坯脫模、複位；

 

間接擠壓鑄造：噴塗料、合模、給料、充型、加（jiā）壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位。

 

技術（shù）特點：

1、可消除內部的氣孔、縮孔和縮（suō）鬆等缺（quē）陷（xiàn）；

2、表（biǎo）麵（miàn）粗糙度（dù）低，尺寸精度高；

3、可防止鑄造裂紋的產生；

4、便於實現機（jī）械化（huà）、自動化（huà）。

 

應用：可用於生產（chǎn）各（gè）種類型的合金，如鋁（lǚ）合金、鋅合金、銅合金、球墨鑄鐵等

 

（9）消失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又稱實型鑄造（zào））：是（shì）將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡（pào）沫模型粘結組合成模型簇，刷塗耐火塗料並烘幹後，埋在幹石英砂（shā）中振動造型，在負（fù）壓（yā）下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻（què）後形成鑄件的新型鑄造方法（fǎ）。

 

工藝流程：預發泡→發泡成型→浸塗料→烘幹→造型→澆注→落砂→清理

 

技術特點：

1、鑄件精度高，無砂（shā）芯，減少（shǎo）了加工時（shí）間（jiān）；

2、無（wú）分型麵，設計靈活，自由度高；

3、清潔生產（chǎn），無汙染；

4、降低投（tóu）資和生產（chǎn）成本。

 

應用：

適合成產結構複雜的各種大小較精密（mì）鑄件，合金種類不限，生（shēng）產批量不限。如灰鑄鐵發動機箱體、高（gāo）錳鋼彎管等。

 

（10）連（lián）續鑄造（continual casting）

 

連續鑄造（zào）：是一種先進的鑄造（zào）方法，其原理是（shì）將熔融的金屬，不斷澆入一（yī）種叫做結晶器的（de）特殊金屬型中，凝固（結（jié）殼）了的鑄件，連續不斷地從結晶器的另一端拉出，它可獲得任意長或特定的（de）長度的鑄件。

 

工藝流程：

 

技術特（tè）點：

1、由於金（jīn）屬被迅速冷卻，結晶致密，組織均勻，機械性能（néng）較好；

2、節約金屬，提高收得率（lǜ）；

3、簡化了工序，免除造型及其（qí）它工序，因而減輕了勞動強度；所需生產麵積也大為減少；

4、連續鑄造生產易於實現機械化和自動化，提高生產效率。

 

應用：

用連續鑄造法可以澆注鋼、鐵、銅合金（jīn）、鋁合（hé）金、鎂合金等斷麵形狀不變的長（zhǎng）鑄（zhù）件（jiàn），如鑄錠、板坯、棒坯（pī）、管子等。

▌ 塑性成形

 

塑性成形：就是利用材料的塑性，在工具及模具的外力作用下來加工製件的少切削或無切削的工（gōng）藝方法。它的種（zhǒng）類有很多，主要包括鍛造、軋製、擠壓、拉（lā）拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

鍛造：是一種利用鍛壓機（jī）械對（duì）金（jīn）屬坯料施加壓力，使其產生（shēng）塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工（gōng）方法。

 

根據成形機理，鍛造可分為自由鍛（duàn）、模鍛、碾環、特殊鍛造。

 

自由鍛造：一般是在錘鍛或（huò）者水壓（yā）機上，利（lì）用簡單的工具將金屬錠（dìng）或者塊料錘成所（suǒ）需要形狀和尺寸的加工方法。

 

模鍛：是在模鍛錘或者熱模鍛壓（yā）力機上利用模具（jù）來成形的。

 

碾環：指通過專用設備碾（niǎn）環機（jī）生產不同直徑的環形零件，也用來生產汽車輪轂、火車車輪等輪（lún）形（xíng）零件。

 

特種（zhǒng）鍛造：包括輥鍛（duàn）、楔橫軋、徑向鍛造、液態模鍛等鍛造方式，這些方式都比較適用於生產某些特殊形狀的零件。

 

工藝流程：鍛坯加熱→輥（gǔn）鍛備坯→模鍛成形→切邊→衝孔→矯正→中間檢（jiǎn）驗→鍛件熱處（chù）理→清理→矯（jiǎo）正→檢查

 

技術特點：

1、鍛（duàn）件（jiàn）質量比鑄件高能（néng）承受大的衝擊（jī）力作用，塑性、韌性和其他方（fāng）麵（miàn）的力學性能也都比（bǐ）鑄件高甚至比軋件高。

2、節約原材料，還能縮短加工工時。

3、生產（chǎn）效率高例。

4、自（zì）由鍛（duàn）造適合於單件小批量生產，靈活性（xìng）比較大。

 

應用（yòng）：

大型軋鋼機的軋輥、人字齒輪，汽輪發電機組的轉子（zǐ）、葉輪、護環，巨大的（de）水壓機（jī）工作（zuò）缸和立柱，機車軸，汽車和拖（tuō）拉機（jī）的曲軸、連杆等。

 

（2）軋製

 

軋（zhá）製：將金屬坯料通過一對旋轉（zhuǎn）軋輥的間隙（各種形狀），因受軋輥的壓（yā）縮成型軋製使材料截（jié）麵減（jiǎn）小，長（zhǎng）度增加的壓力加工方法。

 

軋製分類：

按軋件運動分有（yǒu）：縱軋、橫軋、斜軋。

 

縱軋:就是金屬（shǔ）在兩個旋轉方向相（xiàng）反的軋輥之間通過，並在其間產生塑性變形的過程（chéng）。

橫軋：軋（zhá）件變形後運動（dòng）方向與軋輥軸線方向（xiàng）一致。

斜軋：軋件作螺旋（xuán）運動，軋件與軋輥軸線非（fēi）特角。

 

工藝流程：

 

應用：

主要（yào）用在金（jīn）屬材料（liào）型材，板，管材等 ，還有一些非金（jīn）屬材（cái）料比如塑（sù）料（liào）製品及玻璃製品。

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在（zài）三向不均勻（yún）壓應力作用下，從模具的孔口（kǒu）或縫（féng）隙擠出使之橫截麵積減小長（zhǎng）度增加，成為所需製品的加工方法叫擠壓，坯（pī）料的這種加工叫擠壓成型。

 

工藝流程：

擠壓前準備→鑄棒加（jiā）熱→擠（jǐ）壓（yā）→拉伸扭擰校直→鋸切（定尺）→取樣檢查（chá）→人工時效→包裝入庫

 

優點：

1、生產範圍廣，產品規格（gé）、品種多；

2、生產靈活性大，適合小（xiǎo）批量（liàng）生產；

3、產品尺寸精度高，表麵質（zhì）量好；

4、設備（bèi）投資（zī）少，廠房麵積（jī）小，易實現自（zì）動化（huà）生產。

 

缺點：

1、幾何廢料損失大；

2、金屬（shǔ）流動不均勻；

3、擠壓速度低，輔助時間長；

4、工具損耗大，成本高（gāo）。

 

生產適用範圍：主要用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷麵零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用外力作用於（yú）被拉金屬的（de）前端，將金屬坯料從（cóng）小於坯料斷麵的模孔（kǒng）中拉出，以獲（huò）得相應的形狀和尺寸的製品的一種塑性（xìng）加工方法。

 

優點：

1. 尺寸精確，表麵光潔；

2. 工具、設備簡單；

3. 連續高速生產（chǎn）斷（duàn）麵小的長製品。

 

缺點：

1. 道次（cì）變形量與兩（liǎng）次退（tuì）火間的（de）總變形（xíng）量有限；

2. 長度受限製。

 

生產適用範（fàn）圍：拉（lā）拔是金屬管材、棒材、型材及（jí）線材的主要加工方（fāng）法（fǎ）。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是靠壓力機和（hé）模具對板材、帶（dài）材、管（guǎn）材和型材等施加外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得所需形（xíng）狀和尺寸的工件（衝（chōng）壓件）的成形（xíng）加工方法（fǎ）。

 

技（jì）術特點：

1、可得（dé）到輕量、高（gāo）剛性之製品。

2、生產性良好，適合大量生產、成本低（dī）。

3、可得（dé）到品質均一（yī）的製品（pǐn）。，

4、材料利用率高、剪切性及回收性良（liáng）好 。

 

適用範圍：

全世界的（de）鋼（gāng）材（cái）中，有60～70%是板材，其中大部分經過（guò）衝壓製成成品。汽（qì）車的車身（shēn）、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽（qì）包，容器的殼體，電機、電（diàn）器的鐵芯矽鋼片等都是衝壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行（háng）車、辦公機械、生活器皿（mǐn）等產（chǎn）品中，也有大量衝壓件。

 

▌ 機加工        

 

機加工：是在在零件生產過程中，直接（jiē）用刀具在毛坯上（shàng）切除多餘金屬層厚度，使之或者圖紙要求的尺寸精度、形狀（zhuàng）和位置相互（hù）精度、表麵質量等技術要求的加工過程。

 

常用機加工方（fāng）法：

    

▌ 焊（hàn）接（jiē）        

 

焊接（jiē）：也稱作（zuò）熔接,鎔接是一種以加熱、高（gāo）溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱（rè）塑性材料如塑料（liào）的製造工藝及技術。

 

焊接分類：

      

▌ 粉末冶金        

 

粉末冶金：是製取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬（shǔ）粉末的混合（hé）物）作為（wéi）原料，經過成形和燒結，製造金屬材料、複合材料（liào）以及各種類型製品的工藝技術。

 

工（gōng）藝基本流程（chéng）：

 

優（yōu）點：

1、絕大多（duō）數難熔金屬（shǔ）及其化合物、假合金、多孔材料隻能用粉末冶金方法來製造。

2、節約金屬，降低產品成本。

3、不會給材料任（rèn）何汙染，有可能製取高純度的材料。

4、粉末（mò）冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。

5、粉末冶金適宜於生產同一形狀而數量多的產品，能（néng）大大降低生產成本。

 

缺點：

1、在沒有批量的情況下要考慮 零件的大小。

2、模具費用相（xiàng）對來說要高出鑄（zhù）造模具。

 

生產適用範圍：

粉末冶金技術可以直接製成多孔、半致密或（huò）全致密材料和製品（pǐn），如含（hán）油軸承、齒輪、凸輪、導杆、刀具等。

      

▌ 金（jīn）屬注射成型        

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬注射（shè）成形的簡稱。是將金屬（shǔ）粉（fěn）末與其粘結劑的增塑混合（hé）料注射於模型中的成形方（fāng）法。它是先將所選粉末與粘結劑進行混合，然（rán）後將混合料（liào）進行製粒再注射成形所需要的形狀。

 

MIM工藝流程：

 

MIM流程分為四個獨特加工步驟（混（hún）合、成型、脫（tuō）脂和（hé）燒（shāo）結）來實現零部件的生產，針對產品特性決定是否需（xū）要進（jìn）行（háng）表麵處理。

 

技術特點：

1、一次成型負責零件；

2、製（zhì）件表麵質量好（hǎo）、廢品率低、生產效率高、易於實現自動化；

3、對模具材（cái）料要求低。

 

技術核心：

粘接劑是MIM技術的（de）核心隻有加入一定量的粘接劑，粉末才具有增（zēng）強流動性以適合注射成型和（hé）維持坯塊的基本形狀。

 

▌ 金屬半固態成型          

         

半固態成型：利用非枝晶半固態金屬（Semi-SolidMetals，簡（jiǎn）稱SSM）獨有的流變性和攪熔性來控製（zhì）鑄件的質量。

 

半固態成型可分為流變成型和觸變成型。

 

(1)流變成型（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)觸（chù）變成型（Thixoforming）

 

技術特點：

1、減少液態成型缺陷，顯（xiǎn）著提高質量和可靠性；

2、成型溫度（dù）比全液態成型溫度（dù）低，大大（dà）減少對（duì）模具的熱衝擊；

3、能製造常（cháng）規液態成型方法不可能製造的合金；

 

應（yīng）用：

目前已成功用（yòng）於主缸、轉向（xiàng）係統零件、搖臂（bì）、發動機（jī）活塞、輪轂、傳動（dòng）係統零件、燃油係統零件和空調零件等製造等航空（kōng）、電子以及消費（fèi）品等方（fāng）麵。

 

▌ 3D打印     

    

3D打印：是快（kuài）速成型（xíng）技術的（de）一種，它（tā）是一種以（yǐ）數字模型文件為基礎，運用粉（fěn）末狀金（jīn）屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印（yìn）的方式來構造物體的（de）技（jì）術（shù）。