各種金屬材料的成形工藝大全

　　

 

材料成形方法是零件設計的重要內容，也是製造者們極度關（guān）心的問題，更是材料（liào）加工過程中的關鍵因素，今天就帶大家來看看各種金屬成形（xíng）工藝。

 

▌ 鑄造

 

液態金（jīn）屬澆注到與（yǔ）零（líng）件形狀、尺寸相適應（yīng）的（de）鑄型型腔（qiāng）中（zhōng），待其冷（lěng）卻凝固，以獲（huò）得毛坯或零件的生產方法，通常稱為金屬液態成形（xíng）或鑄造。

 

工（gōng）藝流程：液體金屬→充型→凝固收（shōu）縮→鑄（zhù）件

 

工藝特點：

1、可生產形狀任意複雜的製件，特別是內腔形狀複（fù）雜的製（zhì）件。

2、適應性強，合金種類不（bú）受限製，鑄件大小（xiǎo）幾乎不受（shòu）限製。

3、材料來源廣，廢品可重熔，設備（bèi）投資低。

4、廢品率高、表麵質量較低（dī）、勞動條件差。

 

鑄造分類（lèi） ：

 

（1）砂型鑄造（zào）（sand casting）

 

砂（shā）型（xíng）鑄造：在砂型中生產鑄件（jiàn）的鑄造方（fāng）法。鋼、鐵和大多數有色合金（jīn）鑄件（jiàn）都可用砂型鑄造方法獲得。

 

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，特別是具有複雜內腔的毛坯；

2、適應性（xìng）廣，成本低；

3、對於某些塑性很差的（de）材料，如鑄鐵等，砂型鑄造是製造其（qí）零（líng）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（gài）、曲軸等鑄件

 

（2）熔（róng）模鑄造(investmentcasting)

 

熔模鑄造：通常是指在易熔材料製成（chéng）模樣，在模樣表麵包覆若幹層（céng）耐火材料製成型殼，再將（jiāng）模樣（yàng）熔化排出型殼，從而獲得無（wú）分型麵的鑄型（xíng），經高溫（wēn）焙燒後即可填砂澆注的鑄造方案。常（cháng）稱為“失蠟鑄（zhù）造”。

 

工藝流程：

熔模（mó）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、能夠鑄（zhù）造外型複雜的鑄件（jiàn），且（qiě）鑄造的合金不受限製。

 

缺點（diǎn）：工（gōng）序繁雜，費用較高

 

應用：適用於生產形狀複雜、精度要求高、或很難進行（háng）其它加工的小型零件，如渦輪發動機的葉片（piàn）等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

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

 

工藝流程：

 

優點：

1、壓鑄（zhù）時（shí）金屬液體承受壓力高，流速快

2、產品質量好，尺寸穩定（dìng），互換性好；

3、生產效率高，壓鑄模使用次數多；

4、適合大批大量生（shēng）產，經（jīng）濟效益好。

 

缺點：

1、鑄件容易產生（shēng）細小的（de）氣孔和縮鬆。

2、壓鑄件塑性低，不宜在（zài）衝擊載荷及有震（zhèn）動的情況下（xià）工作；

3、高熔點合金壓鑄時（shí），鑄型壽命低，影響壓鑄生（shēng）產的擴大。

 

應用：壓鑄件最先應用在汽車工業和儀表工業，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、國防工業、計算機、醫療器械、鍾表、照相機和日用五金等多個行業。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

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

 

技術特點：

1、澆注時的壓力和速度可以調節，故可適（shì）用於各種不同鑄型（如金屬型、砂型等），鑄造（zào）各（gè）種合金及各（gè）種大小的（de）鑄件；

2、采（cǎi）用底注式充型，金屬液充型平穩，無飛濺（jiàn）現象，可避免卷入氣體及對型壁和型芯的衝刷，提（tí）高（gāo）了鑄（zhù）件（jiàn）的合格率（lǜ）；

3、鑄件（jiàn）在壓力下結晶，鑄件組織致密、輪廓清晰、表麵光潔，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，金屬利用率提高到90～98%；

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

 

應用：以傳統產品為主（氣（qì）缸頭、輪轂、氣缸架等）。

 

（5）離心鑄造（zào）(centrifugal casting)

 

離心鑄造（zào）：是將金屬液澆入旋轉的鑄型（xíng）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。

 

優點：

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

2、生產中空鑄件時可不用（yòng）型芯（xīn），故在生產長（zhǎng）管形（xíng）鑄件時可大幅度地改善金屬充型能力；

3、鑄件致密度高，氣孔、夾渣等（děng）缺陷少，力學性能高；

4、便於製（zhì）造筒、套類複合金屬鑄件。

 

缺點：

1、用（yòng）於生產異形鑄件時有一定的局限性（xìng）；

2、鑄件內孔直徑不準確，內孔表麵（miàn）比（bǐ）較粗（cū）糙，質量較差，加（jiā）工餘量大；

3、鑄件易產生比重（chóng）偏析（xī）。

 

應用：

離心鑄造最早用於生產（chǎn）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（yì），來生產鋼、鐵及非鐵碳（tàn）合金鑄件。其中尤（yóu）以離心鑄鐵管、內燃機缸套和軸套等鑄件的生產（chǎn）最為普遍。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

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

 

優點:

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

2、能獲（huò）得較高（gāo）尺寸精（jīng）度和較低（dī）表麵粗糙度值的鑄件，並且質量穩定性好。

3、因不用和很少用砂（shā）芯，改善環境、減少（shǎo）粉塵和有害氣體、降低勞動強度。

 

缺點：

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

2、金（jīn）屬（shǔ）型無（wú）退讓性，鑄件凝固時（shí）容易產生裂紋；

3、金屬型製（zhì）造周期（qī）較長，成本較高。因（yīn）此隻（zhī）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（yú）大批量生產形狀複（fù）雜的鋁合金、鎂（měi）合金等非鐵合金鑄件，也適合於生產鋼鐵金屬的鑄件、鑄錠等。

 

（7）真空壓（yā）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的氣體而消除或顯著減少壓鑄件內（nèi）的氣孔和溶解氣體，從而提高壓鑄件力學性（xìng）能和表麵質量的先（xiān）進壓鑄工藝。

 

優點：

1、消（xiāo）除或減少（shǎo）壓（yā）鑄件內（nèi）部的氣孔，提高壓鑄件的機械性能和表麵質量（liàng），改善鍍覆性能;

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

3、改善了充填條件，可壓鑄較薄的鑄件（jiàn）;

 

缺點：

1、模具密封結構複雜，製造及安裝較（jiào）困難，因而（ér）成本（běn）較（jiào）高;

2、 真空壓鑄法如控製不當，效果就不是很顯著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓鑄造：是使液態或半固態金屬在高壓下凝固、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、工序簡化和質（zhì）量穩定等優點，是一種節能型的、具有潛在應用（yòng）前景的金屬成形技術。

 

直接擠壓（yā）鑄造：噴塗料、澆合金、合（hé）模、加壓、保壓（yā）、泄壓，分模、毛坯脫（tuō）模、複位；

 

間（jiān）接擠壓鑄造：噴塗料、合（hé）模、給料、充型、加壓、保（bǎo）壓（yā）、泄壓，分模（mó）、毛坯脫模、複位。

 

技（jì）術特（tè）點：

1、可消除內部的氣孔、縮孔和（hé）縮鬆等缺陷；

2、表麵粗糙度低，尺寸精度高；

3、可（kě）防止鑄（zhù）造裂紋的（de）產生；

4、便於實現機械化、自（zì）動（dòng）化。

 

應用（yòng）：可用於生產各（gè）種類型的（de）合金，如鋁合金、鋅合金、銅合（hé）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）：是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結組合成模型簇，刷塗耐火塗（tú）料並烘幹後（hòu），埋（mái）在幹石英砂中振（zhèn）動造型，在負壓（yā）下澆注（zhù），使模型氣化，液體金屬占據（jù）模型位置，凝（níng）固冷卻後形成鑄件的新型鑄造方法。

 

工藝流程：預發泡（pào）→發（fā）泡成型→浸塗（tú）料→烘幹→造型→澆注→落砂→清理

 

 

 

技術特點：

1、鑄件精度（dù）高，無砂芯，減少了加工時間（jiān）；

2、無分型麵，設計靈活，自由度高；

3、清潔生產，無汙染；

4、降低投資（zī）和生產成本。

 

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（dòng）機（jī）箱體、高錳鋼彎管等。

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連續鑄造：是一種先（xiān）進的鑄造方（fāng）法，其原理是將熔融（róng）的金（jīn）屬，不斷澆（jiāo）入（rù）一種叫做結（jié）晶器的特殊金屬型中，凝固（結殼）了的（de）鑄件，連續不斷地（dì）從結晶器的另一端拉出，它可獲得任意長或特定的長度的鑄件（jiàn）。

 

技術（shù）特點：

1、由於金屬被迅速冷卻（què），結晶致密，組織均勻，機械性（xìng）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，因而減輕了勞動強度；所需生（shēng）產麵積也大為減少；

4、連續鑄造生產易於（yú）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、鋁合金、鎂合金等斷麵形狀（zhuàng）不變的長鑄件，如鑄錠、板坯、棒坯、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藝（yì）方法。它的種類有很多，主要包括鍛造、軋（zhá）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力，使其產生塑性（xìng）變形以獲得具有一定機械性（xìng）能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。

 

根（gēn）據成形機理，鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造。

 

自由鍛造：一般是在錘鍛或（huò）者水壓機上，利用簡單的工具將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（shì）在模鍛錘或者熱模鍛壓力機上利用模具（jù）來成（chéng）形的。

 

碾環：指通過（guò）專用設（shè）備碾環（huán）機生產不同直徑的環形零件，也用來（lái）生（shēng）產汽車輪轂（gū）、火車車輪（lún）等輪形零件。

 

特（tè）種鍛（duàn）造：包括輥鍛、楔（xiē）橫軋、徑向（xiàng）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（xiē）特殊（shū）形狀的零件。

 

工藝流程：鍛坯加熱→輥鍛備坯→模鍛成形→切邊→衝孔（kǒng）→矯正→中間檢驗→鍛件（jiàn）熱處理→清理→矯正→檢查

 

技術特點：

1、鍛件質量比鑄件高能承受大的衝擊力作用，塑性（xìng）、韌性和其（qí）他方（fāng）麵（miàn）的力學性能也都比鑄件高甚至比軋件高。

2、節約原材料，還能縮短加（jiā）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（huó）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、護環，巨大的水（shuǐ）壓機工作（zuò）缸和立柱，機車軸（zhóu），汽車和拖拉機（jī）的曲（qǔ）軸、連杆（gǎn）等。

 

（2）軋製

 

軋製：將金屬坯料（liào）通過一對旋轉軋輥的間隙（各種形狀（zhuàng）），因受軋輥的壓縮成型軋製（zhì）使材料截麵減小（xiǎo），長度增加的壓力加工（gōng）方法。

 

軋製分類：

按（àn）軋件運動分有：縱軋、橫軋、斜軋。

 

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

橫軋：軋件變形後運動方向與軋輥軸線方向一致。

斜軋：軋件作螺（luó）旋運動，軋件與軋輥軸線非特角。

 

應用：

主要用在金屬材料型材，板（bǎn），管材等 ，還（hái）有一些非金屬材料（liào）比（bǐ）如塑（sù）料製品及玻璃製品。

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在三向不（bú）均勻壓應力作用下，從模具（jù）的孔口或縫隙擠（jǐ）出使之橫截麵積減小長度（dù）增加，成為所需製品的加工方法叫擠壓，坯料的這種加工叫擠壓（yā）成型。

 

工藝流程：

擠（jǐ）壓前準備（bèi）→鑄棒加熱→擠（jǐ）壓→拉伸扭擰校直→鋸切（定尺）→取樣檢（jiǎn）查（chá）→人工時效→包裝（zhuāng）

優點：

1、生產範圍廣，產品規格、品種多；

2、生產靈活（huó）性（xìng）大，適合小（xiǎo）批量（liàng）生（shēng）產；

3、產品尺寸精度高（gāo），表麵質量好；

4、設備投（tóu）資（zī）少，廠房（fáng）麵積小，易實現自動化生產（chǎn）。

 

缺點（diǎn）：

1、幾何（hé）廢料損失大；

2、金屬流動不均勻；

3、擠壓速度低，輔助時間長；

4、工具損（sǔn）耗大，成（chéng）本高。

 

生（shēng）產適用（yòng）範圍：主要用於製造長杆、深（shēn）孔、薄壁、異（yì）型斷麵零件（jiàn）。

 

（4）拉拔

 

拉（lā）拔（bá）：用外（wài）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，以獲得相應的形（xíng）狀和（hé）尺（chǐ）寸的製品（pǐn）的一種塑性加工（gōng）方法。

 

優點：

1. 尺寸精確，表（biǎo）麵光潔；

2. 工具、設備簡單；

3. 連續高速生產斷麵小的長製品。

 

缺點：

1. 道次變形量與兩（liǎng）次退火間的總變形量有限；

2. 長度受限製。

 

生產適用範圍：拉拔是金屬管材（cái）、棒材、型材及線材的主要加工方法。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是靠壓（yā）力機和模具對板材、帶材、管（guǎn）材和（hé）型材等施加（jiā）外力，使之產生塑性變（biàn）形或分離，從（cóng）而獲得所需形狀和尺寸（cùn）的工件（衝壓件）的成形加工方法。

 

技術特點（diǎn）：

1、可得到輕量、高剛性之製品。

2、生（shēng）產性良好，適（shì）合（hé）大量生產（chǎn）、成本低（dī）。

3、可得到品質均一的製品。，

4、材料利用率高、剪切性及回（huí）收性良好 。

 

適用範圍：

全世界的鋼（gāng）材中，有60～70%是（shì）板材，其中大部分經過（guò）衝壓（yā）製成成品。汽車的車身、底盤、油箱（xiāng）、散熱器（qì）片，鍋爐的汽包，容器的（de）殼體（tǐ），電機、電器的（de）鐵芯（xīn）矽鋼片等都是衝壓加工的。儀（yí）器（qì）儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產品（pǐn）中，也有大量衝壓件。

 

▌ 機加工

 

機加工（gōng）：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，使之或者圖紙要求的尺寸精度、形狀（zhuàng）和位置相互精度、表麵質量等技術要求的加（jiā）工（gōng）過程。

 

常用機加（jiā）工（gōng）方法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也稱作熔（róng）接,鎔接是一種以加熱、高溫或（huò）者高壓（yā）的方式（shì）接合（hé）金屬或其他熱（rè）塑性材料如塑料的製造工（gōng）藝（yì）及技術。

 

▌ 粉末冶金

 

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

 

優點（diǎn）：

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

2、節（jiē）約金（jīn）屬，降低產品成本。

3、不會（huì）給材料任何汙染，有可能製取高純度的材料。

4、粉末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（chǎn）品，能（néng）大大降低生產成本。

 

缺點：

1、在沒有批量的情況（kuàng）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：

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

 

▌ 金屬注射成型（xíng）

 

MIM (Metal injection Molding )：是金（jīn）屬注射成形的簡稱。是（shì）將金屬粉末與其（qí）粘結劑的增塑混合料（liào）注射於模型中的成形方法。它（tā）是（shì）先將所選粉末與粘結劑進行混合，然後將混合料進行製粒再注射成形所需要的形狀。

 

MIM工藝流（liú）程：

 

MIM流程分為四個獨特加工（gōng）步驟（混合、成（chéng）型、脫脂和燒結）來實現零部件的生產，針（zhēn）對產品特性決定是否需要進行（háng）表麵處理。

 

 

 

技術特點：

1、一次成型負責零件；

2、製件表麵質量好、廢品率低、生產效率高、易（yì）於實現自動化；

3、對模（mó）具材（cái）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（shè）成型和維持坯塊（kuài）的（de）基本形狀。

 

▌ 金屬半固（gù）態成（chéng）型

 

半固態（tài）成（chéng）型：利用非（fēi）枝（zhī）晶半固（gù）態金屬（Semi-SolidMetals，簡稱SSM）獨有的流變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（liú）變成（chéng）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，顯著（zhe）提高質量和可靠性；

2、成型溫度比全液態成型溫度低，大大減少對模具的熱衝擊（jī）；

3、能製造常規液態（tài）成型方法不可能製造（zào）的合金（jīn）；

 

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（fèi）品等方麵。