​各種金屬材料的成形工藝大（dà）全

　　
材料成形方（fāng）法是零件設計的重要內（nèi）容，也是製造者們極度關心的問題（tí），更是（shì）材料加工過程中的關鍵因素，今天就帶大（dà）家來看看各種金屬成形工藝。

 

▌ 鑄造

 

液（yè）態金（jīn）屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應的鑄型型（xíng）腔（qiāng）中，待其冷卻凝固（gù），以獲得毛（máo）坯或零件的生產方法，通常稱為金屬液態成（chéng）形或鑄造。

 

工藝流程：液體金屬→充型→凝固收縮（suō）→鑄件

 

工藝特點：

1、可生產（chǎn）形狀任意複雜的製件，特別是內腔形狀複雜的製件。

2、適應性強，合金（jīn）種類不受限製，鑄件大小幾乎不受（shòu）限（xiàn）製。

3、材料來源廣，廢品（pǐn）可重熔，設備投資低。

4、廢品率高、表麵質量較低、勞動條（tiáo）件（jiàn）差。

 

鑄造分類 ：

 

（1）砂型鑄造（zào）（sand casting）

 

砂型（xíng）鑄造：在砂（shā）型中（zhōng）生產鑄件的（de）鑄（zhù）造方法。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方（fāng）法獲得（dé）。

 

工（gōng）藝流程：

 

砂型鑄（zhù）造工藝流程

 

技（jì）術特點：

1、適合於製成形狀複雜，特別是具有複雜內腔的毛坯；

2、適應性廣，成本低；

3、對於某些塑性很差的材料，如鑄鐵等，砂型鑄造是製造其零件或（huò），毛坯的唯一的成形工藝。

 

應用：汽車的發動機氣缸體、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）製成模樣，在模樣表麵包覆若幹層耐火材料製成型殼，再將（jiāng）模樣熔化排（pái）出型殼，從而獲得無分型麵的鑄型，經高溫焙燒後即可填（tián）砂澆注的鑄造方（fāng）案。常稱為“失蠟鑄造”。

 

工藝流程：

熔模鑄造工藝流程

 

優點：

1、尺（chǐ）寸精度和幾何精（jīng）度高；

2、表麵粗糙度高；

3、能夠鑄造外型複雜的鑄件，且鑄造的合金不受限製。

 

缺點：工序（xù）繁雜，費用較高

 

應用：適用（yòng）於生產形狀複（fù）雜、精度要求高、或很難進行其它加工（gōng）的小型零件，如渦輪發動機的葉片等。

 

（3）壓（yā）力（lì）鑄造(die casting)

 

壓（yā）鑄：是利（lì）用高壓將金屬液高速壓入（rù）一（yī）精密（mì）金屬模具型腔內，金屬液在壓力作用下冷卻凝固而（ér）形成鑄件。

 

工藝流程：

 

優點：

1、壓鑄時金屬液體承（chéng）受壓力高，流速快

2、產品質量好，尺寸穩定，互換性好；

3、生產效率（lǜ）高，壓鑄模使用次數多；

4、適合大批（pī）大（dà）量生產，經（jīng）濟效益好。

 

缺點：

1、鑄件容易產生細小的（de）氣孔和縮（suō）鬆。

2、壓鑄件塑性低（dī），不宜（yí）在衝擊載荷及有震動的情況下工（gōng）作；

3、高（gāo）熔點合金壓鑄時，鑄型（xíng）壽命低，影響壓鑄生產的擴大。

 

應（yīng）用：壓鑄件最先應用在汽車工業和儀表工業，後來逐步擴大到各個行業，如農業機械、機床工業、電子工業、國防工業、計算機、醫療（liáo）器械、鍾表、照相機和日用五金等多個行業。

 

（4）低壓（yā）鑄造(low pressure casting)

 

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

 

技術特（tè）點：

1、澆注時（shí）的壓力和速度可以調節（jiē），故可適（shì）用於各種不（bú）同鑄型（如金屬型、砂（shā）型等），鑄（zhù）造各種（zhǒng）合金及各種大小的鑄件；

2、采用底注式充型，金屬液充型平穩，無飛濺（jiàn）現象（xiàng），可避免卷入氣體（tǐ）及對型壁和型（xíng）芯的衝刷，提高了鑄（zhù）件的合格率；

3、鑄件在（zài）壓力下結晶，鑄件組織致密（mì）、輪廓清晰、表麵光潔，力學性能較高，對於大薄壁件的（de）鑄（zhù）造尤為有利；

4、省去補縮冒口，金屬利用率提高到90～98%；

5、勞（láo）動強度低，勞動條件好，設備簡易，易實現機械化和（hé）自動化。

 

應用：以傳統產品為主（氣缸頭、輪轂、氣缸架等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

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

 

優點：

1、幾乎不存在澆注係統和冒口係（xì）統的金屬消耗，提（tí）高工藝出品率（lǜ）；

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

3、鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺（quē）陷少，力學性能高；

4、便（biàn）於製造筒、套類複合金（jīn）屬鑄件。

 

缺點：

1、用於生產異形鑄件時有一定的局限性；

2、鑄件內孔直徑（jìng）不準確，內孔表（biǎo）麵比較粗糙（cāo），質量較差，加工餘量大；

3、鑄件易產生（shēng）比重偏析。

 

應用：

離心鑄造最早用於生產鑄管，國內外在冶金、礦山、交通、排灌機械、航空、國防、汽車等行業中均采用離心鑄造工藝，來生產鋼、鐵及非鐵碳合金鑄件。其中尤以離心鑄鐵管、內燃機缸套和軸套等鑄件的生產最（zuì）為普（pǔ）遍。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

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

 

優點:

1、金屬型的熱導率和熱容量大，冷卻速度快，鑄件組織致（zhì）密（mì），力學性能比砂型鑄件高（gāo）15%左右。

2、能獲（huò）得較高尺寸（cùn）精度和較低表麵（miàn）粗糙度值的鑄件，並且質量穩定性好。

3、因不用和很少用砂芯，改善環境、減少粉（fěn）塵和有害氣體、降低勞動強（qiáng）度。

 

缺點：

1、金屬型本身無透（tòu）氣性，必須采用一定的措施導出型腔中（zhōng）的（de）空氣和砂芯所產生的氣體；

2、金屬型無（wú）退（tuì）讓性，鑄件凝固（gù）時容易產生裂紋；

3、金屬（shǔ）型製造周期較長，成本較高。因（yīn）此隻有在大量（liàng）成（chéng）批生產時，才能顯示出好的（de）經濟效果。

 

應用：

金屬型鑄造既適用（yòng）於大批量生產形狀複（fù）雜的鋁（lǚ）合金、鎂（měi）合金等非鐵（tiě）合金鑄件，也適合於（yú）生產鋼鐵（tiě）金屬（shǔ）的鑄件、鑄錠等。

 

（7）真空壓鑄(vacuumdie casting)

 

真空鑄（zhù）造：通過在壓（yā）鑄過程（chéng）中抽（chōu）除壓鑄模具型腔內的氣體而消除或顯著減少（shǎo）壓（yā）鑄件內的氣孔和溶解氣（qì）體，從而提高壓鑄件力（lì）學性能和表麵質量（liàng）的先進壓鑄工藝。

 

優點：

1、消除或減少壓（yā）鑄件內部的氣孔，提高壓鑄件的機械性能和表麵質量，改（gǎi）善鍍（dù）覆（fù）性能;

2、減少型腔（qiāng）的反壓力，可使用（yòng）較低的比壓及鑄造性（xìng）能較差的合金（jīn），有（yǒu）可能用小機器壓鑄較大的鑄件;

3、改（gǎi）善（shàn）了充填條件，可壓鑄較薄的鑄件;

 

缺（quē）點：

1、模具密封結（jié）構複雜，製造及安裝較困難，因（yīn）而（ér）成本較高;

2、 真空壓鑄法如控製不（bú）當，效果就不是很顯著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓鑄造：是使液態或半（bàn）固態（tài）金屬在高壓下（xià）凝固、流動成形，直（zhí）接獲得（dé）製件或（huò）毛坯的方法。它具有（yǒu）液態金屬利用（yòng）率高、工序簡化和質量穩定等優點，是一（yī）種節（jiē）能型的、具有（yǒu）潛（qián）在應用前景的金（jīn）屬成形技術（shù）。

 

直接擠壓鑄造：噴（pēn）塗料、澆合金、合模、加壓、保壓、泄壓（yā），分模、毛坯脫模、複位；

 

間接擠壓鑄造：噴塗（tú）料、合模、給料、充型、加壓、保壓、泄壓，分（fèn）模、毛坯（pī）脫模、複位。

 

技術特點：

1、可消除內（nèi）部的氣孔、縮孔（kǒng）和縮鬆（sōng）等缺陷；

2、表麵粗糙（cāo）度低，尺寸精度高；

3、可防止鑄造裂紋（wén）的產生；

4、便於實現機械化、自（zì）動化。

 

應用：可用於（yú）生產各（gè）種類（lèi）型（xíng）的合（hé）金，如鋁合金、鋅（xīn）合金、銅合金、球墨鑄鐵等

 

（9）消失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失（shī）模鑄造（又稱實型鑄造）：是將與鑄件尺寸形狀相（xiàng）似的石蠟或泡沫模型粘結組合成模型（xíng）簇，刷塗耐火塗料並烘幹後，埋在幹石英砂中振（zhèn）動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液（yè）體金屬占據模型位置，凝固冷（lěng）卻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（jīng）度高，無砂芯，減少了加（jiā）工時間；

2、無分型麵，設計靈活，自（zì）由（yóu）度高；

3、清潔生（shēng）產，無汙染；

4、降低投資和生產（chǎn）成本。

 

應用：

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

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連續鑄造：是一種先進的鑄造方法（fǎ），其原理是將熔（róng）融的金屬，不斷澆入一種（zhǒng）叫做結晶器的特殊金（jīn）屬型中，凝固（結殼）了的鑄件，連（lián）續不斷地從結晶器的另一端（duān）拉出，它可獲得任意長或特定的長度的鑄件。

 

技（jì）術特點：

1、由於（yú）金屬被迅速冷卻，結晶致密，組織均勻，機械性能較好；

2、節約金屬，提高收得率；

3、簡化了工序，免除（chú）造型（xíng）及其它工（gōng）序，因而（ér）減輕了（le）勞動（dòng）強度；所需生產麵積也大為減少；

4、連續鑄（zhù）造生產易於（yú）實現機械化和自動化，提高生產效率。

 

應（yīng）用：

用連續鑄造法可以澆注鋼、鐵、銅（tóng）合金、鋁合金、鎂合金等斷麵形狀不變的長鑄（zhù）件，如（rú）鑄錠、板坯、棒（bàng）坯（pī）、管子等。

 

▌ 塑性成形

 

塑性成形：就是利用（yòng）材料的塑性，在工（gōng）具及模具（jù）的外力作（zuò）用下來加工製件（jiàn）的少切削或無切削的工藝方法。它的種類有很多，主要包括鍛（duàn）造、軋製、擠壓、拉拔、衝（chōng）壓等。

 

（1）鍛造

 

鍛造：是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓（yā）力，使其產（chǎn）生塑性變形以獲得（dé）具有一定機械性能（néng）、一定形狀和尺寸鍛件的（de）加工方法。

 

根據成形機理，鍛造（zào）可分為自由（yóu）鍛、模鍛（duàn）、碾環、特殊鍛造。

 

自由鍛造（zào）：一般是在錘鍛或者水壓機上，利用簡單的工具將金屬錠或者塊（kuài）料錘成所需要形狀和尺寸的加工方法。

 

模（mó）鍛：是在模鍛錘或者熱模（mó）鍛壓（yā）力機上利用模具來成形的。

 

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

 

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

 

工藝流程：鍛坯（pī）加熱→輥（gǔn）鍛備坯→模鍛成形→切邊→衝孔→矯（jiǎo）正（zhèng）→中間檢驗→鍛件熱處理→清理→矯正→檢查

 

技（jì）術特點：

1、鍛件質量比鑄件高能承受大的衝擊力作用，塑性、韌性和（hé）其他方麵的力（lì）學性能也都比鑄件（jiàn）高甚至比軋件（jiàn）高。

2、節（jiē）約原材（cái）料，還能（néng）縮（suō）短加工（gōng）工時。

3、生產效率高（gāo）例。

4、自由鍛造適合於單件小批（pī）量生產，靈活性比（bǐ）較大。

 

應用：

大型軋鋼機的軋輥、人字齒輪，汽（qì）輪發電機組的轉子、葉輪、護環，巨大的水（shuǐ）壓機工作缸和立柱，機車軸，汽車和拖拉機的曲（qǔ）軸、連杆（gǎn）等。

 

（2）軋製

 

軋製：將金屬坯料通過（guò）一對旋轉軋輥的間隙（各（gè）種形狀），因受軋（zhá）輥的壓縮成型軋製（zhì）使材料截麵減小，長度（dù）增加的壓力加工方法。

 

軋製分類：

按軋件運動分有：縱（zòng）軋、橫軋、斜軋。

 

縱軋:就是金屬在兩個旋轉方（fāng）向（xiàng）相反（fǎn）的軋輥之間通過，並在其間產生塑性變形的過程。

橫軋（zhá）：軋件變形後運動方向與軋輥軸線方向一致。

斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與軋輥軸線非特角（jiǎo）。

 

應用：

主要用在金屬材料型材，板，管材等 ，還有一些非金屬材料比如塑料製品及玻璃（lí）製品。

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在三向不均勻壓應力作用下，從模具的孔口或縫隙擠出使之橫截麵積減小長度增加（jiā），成（chéng）為所（suǒ）需製品的加工（gōng）方法叫擠壓，坯料的這種（zhǒng）加工叫擠壓成型（xíng）。

 

工（gōng）藝流程（chéng）：

擠壓前準（zhǔn）備→鑄（zhù）棒加（jiā）熱→擠壓→拉伸扭擰校直（zhí）→鋸切（定尺）→取樣檢查→人工時效→包裝

優點：

1、生產範圍廣，產品規格、品種多；

2、生產靈活性大，適合小批量生產；

3、產品（pǐn）尺寸精度高，表麵質量好（hǎo）；

4、設（shè）備投資少，廠房麵（miàn）積小，易實現自動化生產。

 

缺點：

1、幾何廢料（liào）損失大；

2、金屬流動不均勻；

3、擠壓速度低，輔助時間長；

4、工具損耗大，成（chéng）本高。

 

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（yòng）於被拉金屬的前端，將金屬坯料從小於坯料斷麵的模孔中拉出（chū），以獲得相應的形狀和尺（chǐ）寸的製品的一（yī）種塑（sù）性加（jiā）工方法（fǎ）。

 

優點：

1. 尺寸精確（què），表麵光潔；

2. 工具、設備簡單；

3. 連續高速生產斷麵小的長製品。

 

缺（quē）點（diǎn）：

1. 道次變形量與兩次退火間的總變形量有限；

2. 長度受限製。

 

生產適用範圍：拉拔是金屬管（guǎn）材、棒材、型（xíng）材及線材（cái）的主要加工方法。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是靠（kào）壓力機和模具對板材（cái）、帶材（cái）、管材和型材等施加外力（lì），使之產生塑性變形或分離（lí），從而獲得所需形狀和尺寸的工件（衝壓件）的成形加工方（fāng）法。

 

技術特點：

1、可得到輕量、高剛性之製品（pǐn）。

2、生產性良好，適合大量生產、成本低。

3、可得到品質均一的製品。，

4、材料利用率高、剪切性及回收性良好 。

 

適用範圍：

全世界的鋼材中，有60～70%是板材，其中大部分經過衝壓製成成（chéng）品。汽車的車身（shēn）、底盤、油箱（xiāng）、散熱器片，鍋爐的汽（qì）包，容器（qì）的殼體，電機、電（diàn）器的鐵芯矽鋼片等都是衝壓加工（gōng）的（de）。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產品中，也有大量衝壓件。

 

▌ 機加工

 

機（jī）加工：是在在零件生產過（guò）程中（zhōng），直接用刀具在毛坯上切除多餘金屬層厚度，使之或者圖紙要求的尺寸精度、形狀和位置相互精（jīng）度、表麵質量等技術要求的加工過程。

 

常用機加工方法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也稱作熔接,鎔接是一（yī）種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的製造工（gōng）藝及技術。

 

▌ 粉（fěn）末冶金（jīn）

 

粉末冶金：是製取金屬或（huò）用金屬粉末（mò）（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料（liào），經過成形和燒結（jié），製造金屬（shǔ）材料（liào）、複合材料以及各種類型製品（pǐn）的工藝技術。

 

優點（diǎn）：

1、絕大多（duō）數難熔金（jīn）屬及其化合物、假合金、多孔材料（liào）隻能用粉末冶金方法來製（zhì）造。

2、節約金屬，降低（dī）產品成本。

3、不會給材料任何汙（wū）染，有可能（néng）製取（qǔ）高（gāo）純度的材料。

4、粉末冶金法能保（bǎo）證材料成分配比的正確性和（hé）均勻性。

5、粉末冶金適（shì）宜於生產同一（yī）形狀而數量多（duō）的產（chǎn）品，能大大降低生產成本。

 

缺點：

1、在沒有批量的情況下要考慮 零件的大小。

2、模具費用相對來說要高出鑄造模具。

 

生產適用範圍：

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

 

▌ 金屬注（zhù）射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金（jīn）屬注（zhù）射成形的簡稱。是將金（jīn）屬粉末與其粘結劑的增塑混合料注射於模型中的成形方法。它是（shì）先（xiān）將所選粉末與粘（zhān）結劑進行混合，然（rán）後將混合料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（zhòu）（混合、成型、脫脂和燒結）來實現零部件的生產，針對產（chǎn）品特性決定是否需要進行表麵處理。

 

 

 

技術特點：

1、一次成型（xíng）負責零件（jiàn）；

2、製件表麵質量好、廢（fèi）品（pǐn）率低、生產效（xiào）率高、易於實現自動化；

3、對模具材料要求低。

 

技術核心：

粘接劑（jì）是MIM技術（shù）的核心隻有加入一定量的粘接劑，粉末才具有增強流（liú）動（dòng）性以適合（hé）注射成型（xíng）和維（wéi）持坯塊的基本（běn）形狀。

 

▌ 金屬半固態成型

 

半固態成型（xíng）：利用非（fēi）枝（zhī）晶半固態金（jīn）屬（Semi-SolidMetals，簡稱SSM）獨（dú）有的流變性和攪熔性來控製鑄件的質（zhì）量。

 

半固（gù）態成型可分為流變成（chéng）型和觸變成型（xíng）。

 

(1)流變成型（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)觸變成型（Thixoforming）

 

技術特（tè）點：

1、減少液態（tài）成型缺陷，顯著提高質量和可靠性；

2、成型（xíng）溫度比全（quán）液態成型溫（wēn）度低，大大減少對模具的熱衝擊；

3、能製造常（cháng）規液態成型方法不可能製造的合金；

 

應用：

目前已成功用於主缸、轉向（xiàng）係統零件、搖臂（bì）、發（fā）動機活塞、輪轂、傳動係統零件、燃油係統零件和空調零件等製造等航空、電子以及消費品等方麵。