各種金屬材料的成形工藝大全

　　

 

材（cái）料成形方法是（shì）零件設計的重要（yào）內容，也是製造者們極度關心的問題，更是材料加（jiā）工過程（chéng）中的關鍵因素（sù），今天就帶大家來看看各種金屬成形工藝。

 

▌ 鑄造

 

液態金屬澆注到與零件形狀（zhuàng）、尺寸相適應（yīng）的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產（chǎn）方法（fǎ），通常（cháng）稱為金屬液態成形或（huò）鑄造。

 

工藝流程：液體金屬→充型→凝固收縮→鑄（zhù）件（jiàn）

 

工藝特點：

1、可生產（chǎn）形（xíng）狀任意複雜的製件，特別是內（nèi）腔形狀複雜的製件。

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（lái）源廣，廢品可重熔，設備投（tóu）資低。

4、廢（fèi）品率高、表麵質量較低（dī）、勞動條件差。

 

鑄造分類 ：

 

（1）砂型鑄造（sand casting）

 

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

 

工藝流程：

 

砂型鑄造工藝（yì）流程

 

技術（shù）特點：

1、適合於製成形狀複雜，特別是具（jù）有複雜內腔（qiāng）的毛坯；

2、適應性廣，成本低；

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

 

應用：汽車（chē）的發動機氣缸體（tǐ）、氣缸蓋、曲軸等鑄件

 

（2）熔模鑄造(investmentcasting)

 

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

 

工藝（yì）流程：

熔模鑄造工藝流程

 

優點：

1、尺寸精度和幾何精度高；

2、表麵粗糙度高；

3、能夠（gòu）鑄造外型複雜的鑄件，且鑄造的合金不受限製。

 

缺點：工序繁雜（zá），費用較（jiào）高

 

應用：適用於生（shēng）產形狀複雜（zá）、精度要求高、或很（hěn）難進行其它加工的小型（xíng）零件，如渦（wō）輪（lún）發動機的葉片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄（zhù）：是利用高壓將金屬液高速壓入一精密（mì）金屬模具型腔內（nèi），金屬液在（zài）壓力作用下冷（lěng）卻凝固而形成鑄（zhù）件。

 

工藝流程：

 

優點：

1、壓（yā）鑄時金屬液體承受壓力高，流速快

2、產品質量好，尺寸穩（wěn）定，互換性好；

3、生產效率高，壓鑄模使用（yòng）次數多；

4、適合大批大量生產，經濟效益好。

 

缺（quē）點：

1、鑄件容（róng）易（yì）產生細小的氣孔和縮（suō）鬆。

2、壓鑄件塑（sù）性低，不宜在衝（chōng）擊載（zǎi）荷及有震動的情況下工作；

3、高（gāo）熔點合金壓鑄時，鑄型壽命低，影響壓鑄生產的（de）擴大。

 

應用（yòng）：壓鑄件最先（xiān）應用在汽車工業和儀表工業，後來逐步擴大（dà）到各個行業，如農業機械、機床工業、電子工業、國防工（gōng）業、計（jì）算機、醫療器械、鍾表（biǎo）、照相機和日用五金（jīn）等多個行業。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

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

 

技術特點：

1、澆注時（shí）的壓力和速度可以調節，故可適用於各種不同鑄（zhù）型（如金屬型、砂型（xíng）等），鑄造各種合（hé）金及各（gè）種大小（xiǎo）的鑄件；

2、采用底注式充型，金屬液充型平穩，無飛濺現象，可（kě）避免卷入氣體及（jí）對型壁和型芯的衝刷，提高了鑄件的合格率；

3、鑄件在壓力下結晶，鑄件組（zǔ）織致密（mì）、輪（lún）廓（kuò）清晰、表麵光潔，力學性能較高（gāo），對於大薄壁件的鑄造尤為有利；

4、省去（qù）補縮冒口，金屬利用（yòng）率提高到90～98%；

5、勞動強度低，勞動條件（jiàn）好，設備簡（jiǎn）易，易實現機械化（huà）和自動（dòng）化。

 

應用：以傳統產品為主（氣缸頭、輪轂、氣（qì）缸架（jià）等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

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

 

優點：

1、幾乎不存在澆注（zhù）係統和冒口係統的金屬消耗，提高工藝出品率；

2、生產中空鑄件時可不（bú）用型芯，故在生產長管形鑄件時可（kě）大幅度地改善金屬充型能力；

3、鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學（xué）性能高；

4、便於製造筒、套類複合（hé）金屬（shǔ）鑄件。

 

缺點：

1、用於生（shēng）產異形鑄件時有一定的局限性；

2、鑄件內孔直徑不準確，內（nèi）孔表麵（miàn）比較粗糙，質量較差，加工餘量大；

3、鑄件易（yì）產生比重偏析。

 

應用：

離心鑄造最早用於生產鑄管（guǎn），國內外在冶金、礦山（shān）、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（chǎn）鋼（gāng）、鐵及非鐵碳（tàn）合金鑄件。其中尤以離（lí）心鑄鐵管、內燃機缸套和軸（zhóu）套等鑄件的（de）生產最為普遍。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

金屬型鑄造：指液態（tài）金屬在（zài）重力（lì）作用下充填金屬鑄型並在型中冷卻凝固而獲得（dé）鑄（zhù）件的一種成型（xíng）方法。

 

優點:

1、金屬型的熱導率和熱容（róng）量大，冷卻速度（dù）快，鑄件組織致密（mì），力學性能（néng）比（bǐ）砂型鑄件（jiàn）高15%左右。

2、能獲得較高尺寸精度和較低表麵粗糙度值的鑄件，並（bìng）且質量穩定性好。

3、因不用和很少用砂芯，改善環境、減（jiǎn）少粉塵和有害氣體、降低勞（láo）動強度。

 

缺點：

1、金屬（shǔ）型本身無透氣性，必須采用一定的措施導出型腔中的空氣和（hé）砂芯所產生的氣（qì）體；

2、金屬型無退讓性（xìng），鑄件凝固時容易產生裂（liè）紋；

3、金屬型製（zhì）造周期較長，成本（běn）較高。因此（cǐ）隻有在大量成批生產時，才能顯示出好的經濟效果（guǒ）。

 

應用：

金（jīn）屬型鑄造既適用於大批（pī）量生產形狀複雜的鋁合金、鎂（měi）合金等非鐵合金（jīn）鑄件，也適合於生產鋼鐵金屬的鑄件、鑄錠等。

 

（7）真空壓鑄（zhù）(vacuumdie casting)

 

真空鑄造：通過在壓鑄過程（chéng）中抽（chōu）除壓（yā）鑄模具型腔內的氣體而消除或（huò）顯著減少壓鑄件內的氣孔（kǒng）和溶解（jiě）氣體，從而提高壓鑄件力學性能和表麵質（zhì）量的先進壓鑄工藝。

 

優點：

1、消除或減少壓（yā）鑄件（jiàn）內部的氣孔，提高壓鑄件的機械（xiè）性能和表麵質量，改善鍍覆（fù）性能;

2、減少型腔（qiāng）的（de）反壓力，可使用較低的比壓及鑄造性能較差（chà）的合金，有可能用小機器壓鑄較大的鑄件;

3、改善了充填條件，可壓鑄較薄的鑄件;

 

缺點：

1、模具密封結構複雜，製造及安裝較（jiào）困難，因而成本較高;

2、 真（zhēn）空壓鑄法如控製不當，效果就（jiù）不是很顯著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓鑄造：是（shì）使液態或半固態金屬在高壓下（xià）凝固、流動成形，直接獲得製件或毛坯的方法。它具有液態金屬利用率高、工序簡化（huà）和質量（liàng）穩定（dìng）等優點，是一（yī）種（zhǒng）節能型的、具有潛在應用前景的金屬成形技術。

 

直接擠壓鑄造（zào）：噴塗料、澆合（hé）金、合模（mó）、加壓、保壓、泄壓，分模、毛（máo）坯（pī）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。

 

技術特點：

1、可消除內部的氣孔、縮孔和（hé）縮鬆等缺陷；

2、表麵粗（cū）糙度低，尺寸精度（dù）高；

3、可防止（zhǐ）鑄造（zào）裂紋的產生；

4、便於實現機械化、自動化。

 

應用：可用（yòng）於生產各種類型的合金，如鋁（lǚ）合金、鋅合金、銅合金、球墨鑄（zhù）鐵等

 

（9）消（xiāo）失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又稱實型（xíng）鑄造）：是將與（yǔ）鑄（zhù）件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結組合成模（mó）型簇，刷塗耐火塗料並烘幹後，埋在幹石英砂中振動造型，在負壓下澆注（zhù），使（shǐ）模型氣化，液（yè）體金屬占據（jù）模型位置，凝固冷卻後形成鑄（zhù）件的新型鑄造方（fāng）法。

 

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（jì）術特點：

1、鑄件精度高，無砂芯（xīn），減少了加工時間；

2、無（wú）分型麵，設計靈（líng）活，自由度高；

3、清（qīng）潔生產，無汙染；

4、降低投資和生產成本。

 

應用：

適合（hé）成產結構複雜的各種大小較精密鑄件，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）連續鑄造（continual casting）

 

連（lián）續鑄造：是一種先進的鑄造方法，其原理是將熔融的（de）金（jīn）屬，不斷澆入一種叫（jiào）做結晶器的特殊金屬（shǔ）型中，凝固（gù）（結殼）了的鑄件，連（lián）續（xù）不斷地從結晶器的（de）另一端拉出，它（tā）可獲得任意（yì）長（zhǎng）或特定的長度的鑄件（jiàn）。

 

技術特（tè）點：

1、由於金（jīn）屬被迅（xùn）速冷卻，結晶致密，組織均勻，機械（xiè）性能較好；

2、節約金屬，提（tí）高收得率；

3、簡化了工序，免除造型及其它工序，因（yīn）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（yì）於實現機械化和自動化，提（tí）高生產效（xiào）率。

 

應用：

用連續鑄造法可以澆注鋼、鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等斷麵形狀不變的長鑄件，如鑄錠、板坯、棒（bàng）坯、管子等。

 

▌ 塑性成形

 

塑性（xìng）成形：就是利（lì）用材料的塑性，在工具及模具的外（wài）力作用（yòng）下來加工製件的少切削或無切削的工藝方法。它的種類有很多（duō），主要包括鍛造、軋製、擠壓、拉拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

鍛造：是一種利用鍛壓（yā）機械對（duì）金屬坯（pī）料施加壓力，使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀（zhuàng）和尺寸鍛件的加工方法。

 

根據成形機理，鍛造可分為自由（yóu）鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造。

 

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

 

模鍛：是在模鍛錘或者熱模鍛（duàn）壓（yā）力機上利用（yòng）模具來成形的。

 

碾環：指通過專用設備碾環機生產不同直（zhí）徑的環形零件，也用來生產汽（qì）車（chē）輪轂、火（huǒ）車車輪等輪形零件。

 

特種（zhǒng）鍛（duàn）造：包括輥鍛、楔橫軋、徑向（xiàng）鍛造、液（yè）態模鍛等鍛造方式，這些方式都比較適（shì）用於生產某些特殊（shū）形狀的零件。

 

工（gōng）藝流程：鍛坯加熱→輥鍛備坯→模鍛成形→切邊→衝孔→矯正→中間檢（jiǎn）驗→鍛件熱處理→清理→矯正→檢查

 

技術特點：

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

2、節約原材料，還能縮短加工工時。

3、生產效率高例。

4、自由鍛造適合於（yú）單件小批量生產，靈活性比（bǐ）較（jiào）大。

 

應用：

大型軋鋼機的軋輥、人字齒輪，汽輪發電機組的（de）轉子、葉輪、護環，巨大的水壓機工作缸和立（lì）柱，機車軸，汽車和拖拉機的曲軸、連杆等。

 

（2）軋（zhá）製

 

軋製：將金（jīn）屬坯料通過一對旋轉軋輥（gǔn）的間隙（各種形狀），因（yīn）受軋（zhá）輥的（de）壓縮成（chéng）型軋製使材料截麵減小，長（zhǎng）度增加的壓（yā）力加工方法。

 

軋製分類：

按（àn）軋件運動分有：縱軋、橫軋、斜軋。

 

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

橫軋：軋件變形後運動方向與（yǔ）軋輥軸（zhóu）線方向（xiàng）一（yī）致。

斜（xié）軋：軋件作螺旋運動，軋件與（yǔ）軋輥軸線非特角。

 

應用：

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

 

（3）擠壓

 

擠（jǐ）壓：坯料在三向不均勻壓應力（lì）作用下，從模具的孔口或縫隙擠出使之橫截（jié）麵積減小長度增加，成為所需製品的加工（gōng）方法叫擠壓（yā），坯料的（de）這種加工叫擠壓成型。

 

工藝流程：

擠壓前準備→鑄棒（bàng）加熱→擠壓→拉伸扭擰校直→鋸切（定尺）→取樣檢查→人工時（shí）效→包裝

優點（diǎn）：

1、生產範圍廣，產品規格、品種多；

2、生產靈（líng）活性大，適合小（xiǎo）批量生產；

3、產品（pǐn）尺寸（cùn）精度高，表麵質（zhì）量好；

4、設（shè）備投資少，廠房麵積小，易實現自動化生產。

 

缺點：

1、幾何（hé）廢料損失大；

2、金屬流動（dòng）不均勻；

3、擠壓速度（dù）低，輔（fǔ）助時間（jiān）長；

4、工具損耗大，成本高。

 

生產適（shì）用範圍：主要用於製（zhì）造長杆、深孔（kǒng）、薄壁、異（yì）型斷麵零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用（yòng）外力作（zuò）用於被拉（lā）金（jīn）屬（shǔ）的前端（duān），將金屬坯料從小於坯料斷麵的模（mó）孔中拉出，以獲得相應的形狀和尺寸的製品的一（yī）種塑性加（jiā）工方法。

 

優點：

1. 尺（chǐ）寸精確，表麵光潔；

2. 工具、設備簡（jiǎn）單；

3. 連續高速生產斷麵小的長製（zhì）品。

 

缺點：

1. 道次（cì）變形量與兩次退火間的總變形量有限；

2. 長度受（shòu）限製（zhì）。

 

生產適用範圍：拉拔是金屬（shǔ）管材、棒（bàng）材、型材及線（xiàn）材的主要加工方法。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是靠（kào）壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等（děng）施加外力，使之產（chǎn）生塑（sù）性變形或分（fèn）離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（衝壓件）的成（chéng）形加工方法。

 

技術特點（diǎn）：

1、可得到輕量、高剛性之製品（pǐn）。

2、生產性良好，適合（hé）大量生產、成本低。

3、可（kě）得到品質均一的（de）製品。，

4、材料利用（yòng）率高、剪切性及回收性良好 。

 

適用範圍（wéi）：

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

 

▌ 機加工

 

機加工：是在在零件生產過程中，直接用刀具在毛坯上切除多餘金屬層厚度，使之（zhī）或者圖紙要（yào）求的尺寸精度、形狀和位置相互精度、表（biǎo）麵質量（liàng）等技術要求的加工過程。

 

常用機加工方法：

 

▌ 焊接

 

焊（hàn）接：也稱作熔接,鎔接（jiē）是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合（hé）金屬或其他熱塑（sù）性材料如塑料的製造工藝及技術。

 

▌ 粉末冶金

 

粉末冶金（jīn）：是製取金屬或用金屬粉（fěn）末（mò）（或金屬粉末與（yǔ）非金屬粉末的混合物）作為原料（liào），經過（guò）成形和燒結，製造金屬材料、複合材料以及各種類型製品的工藝技術。

 

優點：

1、絕大多數難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料隻（zhī）能（néng）用粉末冶金方法來製造。

2、節約金屬，降低產品成（chéng）本。

3、不會給材料任（rèn）何（hé）汙染，有可能製取高純度的材料。

4、粉末冶金法（fǎ）能保證材料成分配比的正確性和均勻性（xìng）。

5、粉（fěn）末冶金適宜於生產同一形（xíng）狀而（ér）數量多（duō）的產品，能大大（dà）降低生產成本。

 

缺點：

1、在沒有（yǒu）批量的情況下要（yào）考慮 零件的大小。

2、模具費（fèi）用（yòng）相對來說要高出鑄造模具。

 

生產適用範圍：

粉末冶金（jīn）技術可以直接製成（chéng）多孔、半致密或（huò）全致密材料和製品，如（rú）含油軸承、齒輪、凸輪、導杆、刀具等。

 

▌ 金屬注射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬注射（shè）成形的簡稱。是將金屬（shǔ）粉末與（yǔ）其粘結劑（jì）的增塑混合料注射於模型中的（de）成形（xíng）方法。它是先將（jiāng）所選粉（fěn）末與粘結（jié）劑進行（háng）混合，然後將混合料進行製粒再注射成形所需要的形狀。

 

MIM工藝（yì）流程：

 

MIM流程分為四個獨特加工步驟（混合、成型、脫（tuō）脂和燒結）來實現零部件的生（shēng）產，針對產品特（tè）性決定是（shì）否需要進行表麵處理。

 

 

 

技術特點：

1、一次成（chéng）型（xíng）負責零件；

2、製（zhì）件（jiàn）表麵質（zhì）量好、廢品（pǐn）率低、生產效（xiào）率高、易（yì）於實現自動化；

3、對模具材料要求低。

 

技術核心：

粘接劑是MIM技術的核心隻有加入一定量的粘接劑，粉末才具有增強流動性以適合注射成型和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（gù）態金屬（Semi-SolidMetals，簡稱SSM）獨有的流變性和攪（jiǎo）熔性來控製鑄件的質量。

 

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)觸變成（chéng）型（xíng）（Thixoforming）

 

技術特點（diǎn）：

1、減少液態成型缺陷，顯著提高質量（liàng）和可靠性（xìng）；

2、成型溫度比全液（yè）態成型溫度低，大大（dà）減少對模具的熱衝擊；

3、能製造常規液態成（chéng）型方法不可能製（zhì）造的合金；

 

應用：

目前已成功用於主缸、轉向係統零件、搖臂、發動機活塞、輪轂、傳動係統（tǒng）零（líng）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（pǐn）等方麵（miàn）。