​各種金屬材料的成形工藝大（dà）全

　　
材料成形方法是（shì）零件設計的重要內容，也是製造（zào）者們極度關心的（de）問題，更是材料（liào）加（jiā）工過程中的關鍵因（yīn）素，今天就帶大（dà）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、尺寸相適（shì）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方法，通常稱（chēng）為金屬液態成形或鑄造。

 

工藝（yì）流程：液體金屬→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，特別是內腔形狀複雜的製件。

2、適應性強，合金種類不受限製，鑄件大小幾乎不受限製（zhì）。

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、勞動條件差。

 

鑄造分類 ：

 

（1）砂型鑄造（sand casting）

 

砂型鑄造：在砂型中生（shēng）產鑄件的鑄造方法。鋼（gāng）、鐵和大多數有色合（hé）金（jīn）鑄件都可用砂型鑄造方（fāng）法獲得。

 

工藝流程：

 

砂型（xíng）鑄造工藝流程

 

技術特點：

1、適合於製成形狀（zhuàng）複雜，特別是（shì）具有複雜內腔的毛坯；

2、適應性（xìng）廣，成本低；

3、對於某些（xiē）塑性很差的材料，如（rú）鑄鐵等，砂型鑄（zhù）造是製造其零件或，毛坯的唯一的成形（xíng）工藝。

 

應（yīng）用：汽車的發動機氣缸體、氣（qì）缸蓋、曲軸等鑄（zhù）件

 

（2）熔模鑄造(investmentcasting)

 

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

 

工（gōng）藝流程：

熔模鑄造工藝（yì）流程

 

優點（diǎn）：

1、尺寸（cùn）精（jīng）度和幾何精度高；

2、表麵粗糙度高；

3、能夠鑄造外型複雜的鑄（zhù）件，且（qiě）鑄造的合金不（bú）受限製。

 

缺點：工序繁雜，費用較高

 

應用（yòng）：適用於生產形狀複雜、精度（dù）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（yè）片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

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

 

工藝（yì）流程：

 

優（yōu）點：

1、壓鑄時金屬液體承受（shòu）壓力高，流速快

2、產品質量好，尺寸穩定，互換性好；

3、生產效率高，壓鑄模（mó）使（shǐ）用次數多；

4、適合大批（pī）大量生產，經（jīng）濟效益好。

 

缺點（diǎn）：

1、鑄件容易產（chǎn）生細小的氣孔和縮鬆。

2、壓鑄件塑性低，不宜在衝擊載荷及有震動的情（qíng）況下工作；

3、高熔點（diǎn）合金壓鑄時，鑄（zhù）型壽（shòu）命低，影響壓鑄生產的擴大。

 

應用：壓鑄（zhù）件最（zuì）先應用在汽（qì）車工業和（hé）儀表工業，後來逐步擴（kuò）大到各個行業，如農業機械、機床工業、電子工業（yè）、國防工（gōng）業、計算機、醫療器械、鍾表、照相機和日用五金等多個（gè）行業。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

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

 

技術特點：

1、澆（jiāo）注時的壓力和速（sù）度可以調節，故可適用於各種（zhǒng）不同鑄型（如金屬型、砂型等），鑄造各（gè）種合金及各種（zhǒng）大小的鑄件；

2、采用底注式充型，金屬液充型平穩，無飛濺現象（xiàng），可避（bì）免（miǎn）卷入（rù）氣（qì）體及對型壁和型芯的（de）衝刷，提高了鑄件的合格率（lǜ）；

3、鑄件在壓力下結晶，鑄件組織致（zhì）密、輪廓清晰、表麵光潔，力學（xué）性能較高，對於（yú）大薄壁件的鑄造尤為有利（lì）；

4、省去補縮冒口，金（jīn）屬利（lì）用率提高到90～98%；

5、勞動強度低，勞動條件（jiàn）好，設備簡易，易實現機械（xiè）化和自動（dòng）化。

 

應用：以傳統產品為主（氣缸（gāng）頭、輪轂、氣缸架等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

離心鑄造：是（shì）將金屬液澆（jiāo）入旋轉的鑄型中，在（zài）離心力作用下填充鑄（zhù）型而凝固成形的一種鑄造方法。

 

優點：

1、幾乎不存（cún）在澆注係（xì）統（tǒng）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用型芯，故在生產（chǎn）長管形鑄件時可大幅度地改善金屬充型能力；

3、鑄件致密度高（gāo），氣孔、夾渣等缺陷少，力（lì）學性能高；

4、便於（yú）製造筒、套類複合金屬（shǔ）鑄件（jiàn）。

 

缺點：

1、用於生產異形鑄件時有一定的局限性；

2、鑄（zhù）件內孔直徑不準確（què），內孔表麵比較粗糙，質量較（jiào）差，加（jiā）工餘量（liàng）大；

3、鑄件易產生比重偏析。

 

應用（yòng）：

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（děng）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（shēng）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型並在型中冷卻凝固而獲得鑄件（jiàn）的一種成型方法。

 

優點:

1、金屬型的熱導率和（hé）熱容量大，冷卻速度（dù）快，鑄件組織致密，力學性能比砂（shā）型鑄件高（gāo）15%左右。

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

3、因不用（yòng）和很少用砂芯，改善環境、減少粉塵和有害氣體、降低勞動強度。

 

缺（quē）點：

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

2、金屬型無退讓性，鑄件凝固時容易（yì）產生裂紋；

3、金屬型製造周期較長，成本較高。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（xíng）鑄造既適（shì）用於大批量生產形狀（zhuàng）複雜（zá）的鋁合金、鎂合金等非鐵合金鑄件，也適合於（yú）生產（chǎn）鋼鐵（tiě）金屬的（de）鑄件（jiàn）、鑄（zhù）錠等。

 

（7）真（zhēn）空壓鑄(vacuumdie casting)

 

真空鑄造：通過在壓鑄過程中抽除壓鑄模具型腔內的氣體（tǐ）而消除或顯著減少壓（yā）鑄件內的氣孔和溶解氣體，從而提高壓鑄件（jiàn）力學性能和表麵質量的先（xiān）進壓鑄工藝（yì）。

 

優點：

1、消除或減少壓鑄（zhù）件內部的氣（qì）孔，提高（gāo）壓鑄（zhù）件（jiàn）的機械性能和表麵質量，改善鍍（dù）覆性能;

2、減少型腔的反壓（yā）力，可（kě）使用較低的比壓及鑄造（zào）性能較（jiào）差（chà）的合金，有可能用小機器壓鑄較大的（de）鑄件;

3、改善了充填條件，可壓鑄較薄（báo）的鑄件;

 

缺（quē）點：

1、模（mó）具密封結構複雜，製（zhì）造（zào）及（jí）安裝較困難（nán），因而成本較高;

2、 真空壓鑄法如控製不當（dāng），效果（guǒ）就不是很顯著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓鑄造：是使液態或半固（gù）態金屬在（zài）高（gāo）壓下凝固、流動成形，直接獲得製件或毛坯的方（fāng）法。它具有液態金屬利用率高、工序簡化和質量穩定等優點，是一種節能型的、具有（yǒu）潛在（zài）應用前景的金（jīn）屬（shǔ）成（chéng）形技術。

 

直接擠（jǐ）壓鑄造：噴塗料、澆（jiāo）合金、合模、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位；

 

間接擠壓（yā）鑄造：噴塗料、合模、給料、充型、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位。

 

技術特點：

1、可消除內部的氣（qì）孔、縮孔和縮鬆等缺陷；

2、表麵粗糙度低，尺寸精（jīng）度高（gāo）；

3、可（kě）防止（zhǐ）鑄造裂紋的（de）產生；

4、便於實現機（jī）械化、自動化。

 

應用：可用於生產各種類型的合金，如鋁合金（jīn）、鋅合金、銅（tóng）合金、球墨鑄鐵等

 

（9）消失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（zào）（又稱實型鑄造）：是將與鑄件尺寸形狀相似（sì）的石蠟或泡沫模型粘結（jié）組合成模型簇，刷塗耐火塗料並烘幹後，埋在幹（gàn）石英砂中振動造型（xíng），在負壓下澆注，使模（mó）型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻後形成（chéng）鑄件的新型鑄造方法。

 

工藝流程：預發泡→發泡成（chéng）型→浸塗料→烘幹→造型→澆注→落砂→清理

 

 

 

技術特點：

1、鑄件精度（dù）高，無（wú）砂芯，減（jiǎn）少（shǎo）了加工時間；

2、無分型麵，設計靈活，自由度高；

3、清潔生產（chǎn），無汙染；

4、降低（dī）投資（zī）和生產成本。

 

應用：

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

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連續鑄造：是一種先進的（de）鑄造方法（fǎ），其（qí）原理是將熔融的金屬，不斷澆入一種叫做結晶器的特殊金屬型中，凝固（結殼（ké））了的鑄件（jiàn），連（lián）續不斷地從（cóng）結晶器的另一（yī）端拉出，它可獲得任（rèn）意長或特定的長度的鑄件。

 

技（jì）術特點：

1、由（yóu）於金屬被迅速冷卻，結晶致密，組織均勻，機械（xiè）性能較好；

2、節約金屬，提高收得率；

3、簡化了工序，免除造型及其它工序（xù），因而減輕了勞動（dòng）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（lián）續鑄造（zào）法可以澆注鋼、鐵（tiě）、銅合金、鋁合金、鎂合（hé）金等斷麵（miàn）形狀不變的長鑄件，如鑄錠、板（bǎn）坯、棒（bàng）坯、管子等。

 

▌ 塑性（xìng）成形

 

塑（sù）性成形（xíng）：就是利（lì）用材料的（de）塑性，在工具（jù）及模具的外力作用下來加工製件的少（shǎo）切削或無切削的工藝方法。它的種類有很多，主要包括鍛造、軋製、擠壓、拉拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

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

 

根據成（chéng）形機理（lǐ），鍛造可分為自由鍛、模（mó）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（yòng）簡（jiǎn）單的工具將（jiāng）金屬錠或者塊料錘成所需要形狀和尺寸的加工方法。

 

模鍛：是在模鍛錘（chuí）或者熱（rè）模（mó）鍛壓力機（jī）上利用模具來成（chéng）形的。

 

碾環：指通過專用設備碾環機生產不同（tóng）直（zhí）徑的環形零件，也用來（lái）生產汽車輪轂（gū）、火車車輪等輪形零件。

 

特種鍛（duàn）造：包括輥鍛、楔橫（héng）軋、徑向鍛（duàn）造、液態模鍛等（děng）鍛造方（fāng）式，這些方式都比較適用於生產某些特殊（shū）形狀的零（líng）件。

 

工藝流程：鍛坯加熱→輥鍛（duàn）備坯→模鍛成形→切邊→衝孔→矯正→中間檢（jiǎn）驗→鍛件熱處理→清（qīng）理→矯正→檢（jiǎn）查

 

技（jì）術特點：

1、鍛件質量比鑄（zhù）件（jiàn）高能承受大的衝擊力作用，塑性、韌（rèn）性和其他方麵的力（lì）學性能也（yě）都比鑄件高甚至比軋（zhá）件高。

2、節約原材料，還（hái）能縮短加工工時。

3、生產效率高例。

4、自由鍛造適合於單件小批量生產，靈活性比較大。

 

應用：

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

 

（2）軋製

 

軋製：將金屬坯料通過一對旋（xuán）轉軋輥的間隙（各種形狀），因（yīn）受（shòu）軋（zhá）輥的壓縮成型軋製使材料截麵減小，長度增加的壓力加工方法。

 

軋製分類：

按軋件運動分有：縱軋、橫（héng）軋、斜軋。

 

縱軋:就是金屬在兩（liǎng）個旋轉方向相反的軋輥之（zhī）間通過，並在其間產（chǎn）生塑性變形（xíng）的過程。

橫軋：軋件變形後運動方向與軋輥軸線方向一（yī）致。

斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與軋輥軸線非特角。

 

應用：

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

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在三向不均勻壓應（yīng）力作用下，從模具的孔口或縫（féng）隙（xì）擠出使之橫截麵積減小長度增加（jiā），成為所需製品的加工方法（fǎ）叫擠壓，坯料的這種加（jiā）工叫擠壓成型。

 

工藝流程（chéng）：

擠壓前準備→鑄棒加熱→擠（jǐ）壓→拉伸扭擰校直→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、產品尺寸精度高，表麵質（zhì）量好；

4、設備投資少，廠房（fáng）麵（miàn）積小（xiǎo），易實現自動化生產。

 

缺點：

1、幾何廢料損失大；

2、金屬流動不均勻；

3、擠壓速度低，輔助（zhù）時間長（zhǎng）；

4、工具損耗大，成（chéng）本高。

 

生產適用範圍（wéi）：主要用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷麵零件。

 

（4）拉（lā）拔

 

拉拔：用外力作用於被拉金（jīn）屬的前端，將金屬坯料從小於坯料斷麵的模孔中拉出，以獲得相應的形狀和尺寸的製品的一種塑性加工方法。

 

優點：

1. 尺寸精確，表麵光（guāng）潔；

2. 工具、設備（bèi）簡單；

3. 連續高速生產斷麵小的長製品。

 

缺點（diǎn）：

1. 道次變形量與兩次退火間（jiān）的總（zǒng）變形量有限；

2. 長度受限製（zhì）。

 

生產適用範圍：拉拔是金屬管材、棒（bàng）材（cái）、型材（cái）及線材的主要加工（gōng）方法。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是靠壓力機（jī）和模（mó）具對板材、帶材、管（guǎn）材和型材等施加外力，使之產生塑性（xìng）變形或（huò）分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（jiàn）（衝壓（yā）件）的成形加工方法。

 

技術特點：

1、可得到輕量、高（gāo）剛性（xìng）之製品。

2、生產性良好，適合大量生產、成本低。

3、可得到（dào）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（yǒu）60～70%是板材，其中大部分經過衝壓製成成品（pǐn）。汽車的車身、底（dǐ）盤、油箱、散（sàn）熱器片，鍋爐的（de）汽（qì）包，容器的（de）殼體，電機、電器的（de）鐵（tiě）芯矽鋼片等都是衝壓加（jiā）工的。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（yā）件。

 

▌ 機加工

 

機加（jiā）工：是在在零件生產過程中，直接用刀具在毛坯（pī）上（shàng）切除多餘金（jīn）屬層厚度，使之或（huò）者圖紙要求的（de）尺寸精（jīng）度、形（xíng）狀和（hé）位置相互精度、表麵質量等技（jì）術要（yào）求的加（jiā）工過程。

 

常用機加工方法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也（yě）稱作（zuò）熔接（jiē）,鎔接是一種以加熱、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（de）製造（zào）工藝及技術。

 

▌ 粉末冶金

 

粉末冶金：是製取（qǔ）金屬或用金（jīn）屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經過成（chéng）形和（hé）燒結（jié），製造金屬材料、複（fù）合材料（liào）以及各種（zhǒng）類型製品的工藝技術。

 

優點：

1、絕大多數難（nán）熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料隻能用粉末冶金方法來製（zhì）造（zào）。

2、節約金屬，降低產品成本。

3、不會給材料任何汙（wū）染，有可能製取高純度（dù）的材料。

4、粉末冶金法能保證材料（liào）成分配比的正確性和均勻性。

5、粉末（mò）冶金適宜於生產同一形狀而數量多的產（chǎn）品（pǐn），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（shù）可以直接製成多孔、半致密或全致密材料和製品，如含油軸承、齒（chǐ）輪、凸（tū）輪、導杆、刀具等。

 

▌ 金屬（shǔ）注射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬注（zhù）射成形的簡稱。是將金屬粉末與其粘結劑的增塑（sù）混合（hé）料（liào）注射於模型（xíng）中的成形方法。它是先將所選粉末與粘結（jié）劑進行混合，然後將混合料進行製粒再注射成（chéng）形所需（xū）要的（de）形狀。

 

MIM工藝流程：

 

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

 

 

 

技術特點（diǎn）：

1、一次成型負責（zé）零件；

2、製（zhì）件表（biǎo）麵質量好、廢品率低（dī）、生產效率高、易於（yú）實現自動化；

3、對模（mó）具材料要求低。

 

技術核心：

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

 

▌ 金屬半固態（tài）成型

 

半固態成型（xíng）：利用非枝晶半固態金屬（Semi-SolidMetals，簡稱SSM）獨有的流（liú）變（biàn）性和攪熔性來控製鑄件的質量。

 

半（bàn）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)觸變成型（Thixoforming）

 

技術特點：

1、減少液（yè）態成型缺陷（xiàn），顯著（zhe）提高（gāo）質量和可靠性（xìng）；

2、成型溫度比全液態成型溫度低，大大減少對模具（jù）的熱衝擊；

3、能製造常規液（yè）態成型方法不可能（néng）製造的（de）合金；

 

應用：

目前已成功用於主缸（gāng）、轉向係統零件、搖臂、發動機活塞、輪轂、傳動係（xì）統零件、燃油係（xì）統零件和空調零件等製（zhì）造等航空、電子以及消費（fèi）品等方麵。