​各種（zhǒng）金（jīn）屬材料的成形工（gōng）藝大（dà）全

　　
材料成形方（fāng）法是零件設計的重要（yào）內容，也是製造者們極度（dù）關心的問題，更是材料加工過程中的關鍵因素，今天就帶大家來看看各種（zhǒng）金屬成形工藝。

 

▌ 鑄造

 

液態金屬澆注到（dào）與零件形狀、尺寸相適應的鑄型型腔中（zhōng），待（dài）其冷卻凝固，以獲得毛坯或零（líng）件的生產方法，通常稱為金屬（shǔ）液態成形或鑄造。

 

工藝流程：液體金屬→充型→凝（níng）固收（shōu）縮→鑄件

 

工藝特點：

1、可生產形狀任意複雜的製件，特別是內腔形狀複雜的製件。

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

3、材料來源廣，廢品可重熔，設備投資低。

4、廢品率高、表麵（miàn）質量較（jiào）低、勞動條件差。

 

鑄造分類 ：

 

（1）砂型鑄造（zào）（sand casting）

 

砂型鑄造：在砂型中生產鑄件的（de）鑄（zhù）造方法。鋼、鐵和大多數有（yǒu）色合金鑄件都可用（yòng）砂型鑄造方法獲（huò）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（zá），特別是具有（yǒu）複雜內腔（qiāng）的毛坯；

2、適應性廣，成（chéng）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）零件或，毛坯（pī）的唯一的成形工藝。

 

應（yīng）用：汽車的發動機氣缸體、氣缸蓋、曲（qǔ）軸等鑄件（jiàn）

 

（2）熔（róng）模鑄造(investmentcasting)

 

熔模鑄造：通常是指在易熔材料製成模樣，在模樣表麵包覆若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（hòu）即可填砂澆注的（de）鑄造方案（àn）。常稱（chēng）為“失蠟鑄造”。

 

工藝流程：

熔模鑄造（zào）工（gōng）藝流程

 

優（yōu）點：

1、尺寸精度和幾何精度高；

2、表麵粗糙度（dù）高；

3、能夠鑄造外型複雜的（de）鑄件，且鑄造的合金不受限製。

 

缺點：工序繁雜，費用較高

 

應用：適用於生產（chǎn）形狀複雜、精度要求高、或很難進行其它加工的小型零件，如（rú）渦輪發動（dòng）機的葉片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利（lì）用高壓將金屬液高速壓入一精密金屬模具型腔（qiāng）內，金（jīn）屬液在（zài）壓力作用下冷卻（què）凝固而形成鑄件。

 

工藝流程：

 

優點：

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（dìng），互換性好；

3、生產效率高，壓鑄（zhù）模使用（yòng）次數多；

4、適合大批大量生產，經濟效益好。

 

缺點：

1、鑄件容易（yì）產生細小的氣孔和縮鬆。

2、壓鑄（zhù）件塑性低，不宜在衝擊載荷及有震動的情況（kuàng）下工作；

3、高熔點合金壓鑄時，鑄型壽命（mìng）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（yè），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（guó）防工業（yè）、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（zhù）造(low pressure casting)

 

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

 

技術（shù）特點：

1、澆注時的壓力和速度可以調節（jiē），故可適用於各（gè）種不同（tóng）鑄型（xíng）（如金屬型、砂型等），鑄造各種合金及各（gè）種大小的鑄件；

2、采用底注式（shì）充（chōng）型，金屬液充型平穩，無飛（fēi）濺現象，可避免卷入氣體及對型（xíng）壁和型芯的衝刷（shuā），提高了（le）鑄（zhù）件的（de）合格率；

3、鑄件在壓力（lì）下結晶，鑄（zhù）件（jiàn）組織致密、輪廓清（qīng）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（shǔ）利用率提高（gāo）到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（huà）。

 

應用：以傳統產（chǎn）品為（wéi）主（氣缸頭、輪轂、氣缸架（jià）等）。

 

（5）離心鑄（zhù）造(centrifugal casting)

 

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

 

優點：

1、幾乎不存在澆注係統和（hé）冒口係統（tǒng）的金屬消耗，提高工（gōng）藝出（chū）品率；

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

3、鑄件致密度高（gāo），氣孔、夾（jiá）渣等缺陷少，力學性能高；

4、便於製造筒、套類複合金屬鑄件（jiàn）。

 

缺點：

1、用於生產異形鑄件時有一定的（de）局限性；

2、鑄件內孔直徑不準確，內孔表麵比較粗糙，質（zhì）量較差，加工餘（yú）量大；

3、鑄件易產生比重偏析。

 

應用：

離心（xīn）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（zào）工藝，來生（shēng）產（chǎn）鋼、鐵及非鐵碳合金（jīn）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（chǎn）最為普（pǔ）遍。

 

（6）金（jīn）屬型鑄造(gravity die casting)

 

金屬（shǔ）型鑄造：指液態金（jīn）屬在重力作用（yòng）下充填金屬鑄型（xíng）並在（zài）型（xíng）中冷卻凝固而獲得鑄件的一種成型方法。

 

優點:

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

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

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

 

缺點：

1、金屬（shǔ）型本身無透氣（qì）性，必（bì）須采用一定（dìng）的措施（shī）導出型（xíng）腔中的空氣（qì）和砂芯（xīn）所（suǒ）產生的氣（qì）體（tǐ）；

2、金屬型無退讓性，鑄件凝固時容（róng）易產生裂（liè）紋；

3、金屬型製（zhì）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（jì）適用（yòng）於大批量生產形狀複雜的鋁合金、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（dìng）等。

 

（7）真空壓鑄(vacuumdie casting)

 

真空（kōng）鑄造：通過在壓鑄過程中抽除壓鑄模（mó）具型腔內的氣體（tǐ）而消除或（huò）顯著減少壓鑄件內的氣孔和溶解氣體，從（cóng）而提高壓鑄（zhù）件力（lì）學性能和表（biǎo）麵（miàn）質量的先進壓鑄工藝。

 

優點：

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

2、減少型腔的反壓力，可（kě）使用較低的比壓及鑄造性能較差的合（hé）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（zhù）件;

 

缺點：

1、模具密封結構（gòu）複雜，製造及安裝較困難，因而成本較高;

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（yā）鑄造（zào）：是使液態或半（bàn）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（lǜ）高、工（gōng）序（xù）簡化（huà）和質量穩定等（děng）優點，是一種節（jiē）能型的、具有潛在應用前景的金（jīn）屬成形技術。

 

直接擠壓鑄造（zào）：噴（pēn）塗料（liào）、澆（jiāo）合金、合模、加壓、保壓、泄壓，分（fèn）模、毛坯脫模、複位；

 

間接（jiē）擠壓鑄造：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（shù）特點：

1、可消除內部的氣孔、縮（suō）孔和縮（suō）鬆等缺陷；

2、表麵粗糙度低，尺寸精度高；

3、可防止鑄造裂紋的產生；

4、便於實現機械化、自動化。

 

應用：可用於生產各種類型的合金，如鋁合金、鋅合金、銅合金（jīn）、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（de）石蠟或泡沫模型粘結組（zǔ）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（zài）負壓下澆（jiāo）注，使（shǐ）模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝（níng）固（gù）冷卻後形（xíng）成鑄件的新型鑄造方法。

 

工藝流（liú）程：預發泡→發泡成型→浸塗料（liào）→烘幹→造型→澆注（zhù）→落砂→清理

 

 

 

技術特點：

1、鑄件精度高，無砂芯（xīn），減少了加工時間；

2、無分型（xíng）麵，設（shè）計靈活，自（zì）由度高；

3、清潔生產，無汙染；

4、降低投資（zī）和（hé）生產成本。

 

應用：

適合成產結（jié）構複（fù）雜（zá）的各種大小較精密（mì）鑄件，合金種類（lèi）不限，生產批量不限。如灰鑄鐵（tiě）發動機箱體（tǐ）、高錳（měng）鋼彎管等。

 

（10）連續（xù）鑄造（continual casting）

 

連續鑄造：是一種先進的鑄造方法，其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）了的鑄（zhù）件，連續不斷地從結晶（jīng）器的另一端拉（lā）出（chū），它可獲得任意長或特定的長度的鑄件。

 

技術特點：

1、由於金屬被迅速冷卻，結晶致（zhì）密，組織均勻，機械性能較好；

2、節約金屬（shǔ），提高收（shōu）得（dé）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（miàn）積也大為減少；

4、連續鑄造生產易於實現機械化和自動化（huà），提高生產效率。

 

應用：

用（yòng）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、棒坯、管子等。

 

▌ 塑性（xìng）成形（xíng）

 

塑性成形：就是利用（yòng）材料的塑性，在（zài）工具及（jí）模具（jù）的外力作用下來加工製件的少切（qiē）削或無切削的（de）工藝方法。它的種類有（yǒu）很多，主要包括鍛造、軋（zhá）製、擠壓、拉拔、衝（chōng）壓等。

 

（1）鍛造（zào）

 

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（dé）具有一定機械性能、一定（dìng）形狀（zhuàng）和尺寸鍛件的加（jiā）工方法。

 

根據成形機理（lǐ），鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造。

 

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

 

模鍛：是在模鍛錘或者熱（rè）模鍛壓力機上利用模具來成形的。

 

碾環：指通過（guò）專（zhuān）用設備碾環機生產不（bú）同直徑的環（huán）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（tài）模鍛等鍛造方式，這些方式都比較適用於生產某些特殊（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→矯正（zhèng）→中間檢驗→鍛件熱處理→清理→矯正→檢查

 

技術特點：

1、鍛件質量（liàng）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（xìng）能也都比鑄（zhù）件高（gāo）甚至（zhì）比軋件高。

2、節約（yuē）原材（cái）料，還能縮短加工工（gōng）時。

3、生產效率高例。

4、自由鍛造適合於單件小批量（liàng）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、護環，巨大的水（shuǐ）壓機工作缸和立（lì）柱，機車軸，汽車和拖（tuō）拉機的曲軸、連杆等。

 

（2）軋製

 

軋製：將金屬坯料通過一對旋轉軋（zhá）輥的間（jiān）隙（各種形狀），因（yīn）受軋（zhá）輥的壓縮成型軋製使（shǐ）材料截麵減（jiǎn）小，長度增加的壓力加工方法。

 

軋製分類：

按軋件運動（dòng）分（fèn）有：縱軋、橫軋、斜軋。

 

縱軋（zhá）:就是金屬在兩個旋（xuán）轉方向相反的軋輥之（zhī）間通過，並（bìng）在其間產生塑性變形的過（guò）程。

橫軋：軋件變形後運動方向與軋輥軸線方向一致。

斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與軋輥（gǔn）軸（zhóu）線非特角。

 

應用：

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

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在三向不均（jun1）勻（yún）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，成為所需（xū）製品的加（jiā）工方法叫擠壓（yā），坯料的（de）這種加工叫擠壓成型。

 

工藝流（liú）程：

擠壓前準備→鑄棒加（jiā）熱→擠壓→拉（lā）伸（shēn）扭擰校直→鋸切（定尺）→取樣檢（jiǎn）查→人工（gōng）時效（xiào）→包裝

優點：

1、生產（chǎn）範圍廣，產品規（guī）格、品種多；

2、生產（chǎn）靈（líng）活性大，適合小批量生產；

3、產品尺（chǐ）寸精度高，表麵質量好；

4、設備投資少，廠房（fáng）麵積小，易實現自（zì）動化生（shēng）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，輔助時間長；

4、工（gōng）具損耗大，成（chéng）本高。

 

生產適用範（fàn）圍：主（zhǔ）要用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷麵零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用外（wài）力作用（yòng）於被拉金屬（shǔ）的（de）前端，將金屬坯料從小於坯（pī）料斷麵的模孔（kǒng）中拉出，以獲得相應的（de）形狀和尺寸的製品的一種（zhǒng）塑性加工方法（fǎ）。

 

優點：

1. 尺寸精確（què），表麵光潔；

2. 工具、設備簡單（dān）；

3. 連續高（gāo）速生產斷麵小的長製品。

 

缺（quē）點：

1. 道次變形量（liàng）與兩次退火間的總變（biàn）形（xíng）量有限；

2. 長度受限製。

 

生產適用範圍（wéi）：拉拔是金屬管材（cái）、棒材、型材及線（xiàn）材的主要加工方法。

 

（5）衝壓

 

衝（chōng）壓：是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施（shī）加外力，使之產生塑性變形（xíng）或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（衝壓件）的成形加工方法。

 

技術特點：

1、可得到輕量、高（gāo）剛（gāng）性之製品（pǐn）。

2、生（shēng）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（xìng）及回收性良（liáng）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。汽（qì）車的（de）車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋（guō）爐的汽包，容器的殼體，電機（jī）、電器的鐵芯（xīn）矽鋼（gāng）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、生活器皿等產品中，也有大量衝壓件。

 

▌ 機加工

 

機加工：是在在零件生產過程中（zhōng），直接用（yòng）刀具在毛（máo）坯上切（qiē）除多餘金屬層厚度，使之或者圖紙要求的尺寸精度（dù）、形狀和位置相互精度、表麵質（zhì）量等技術要求的加工過程。

 

常用機加工方法：

 

▌ 焊接

 

焊接（jiē）：也稱（chēng）作熔接（jiē）,鎔接是一種以加（jiā）熱（rè）、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱（rè）塑性材料如塑料的製造工藝及技術（shù）。

 

▌ 粉末冶金

 

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

 

優點：

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

2、節約金屬，降（jiàng）低產品成本。

3、不（bú）會給材料任何汙染，有可能製取高純度的材料。

4、粉末冶金法能保（bǎo）證（zhèng）材料成（chéng）分配比的正確性和均勻性。

5、粉末冶金適宜於生產同（tóng）一形狀而數量多的產品，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（líng）件的大小。

2、模具費用相對來說要高出（chū）鑄（zhù）造模具。

 

生產適（shì）用範圍：

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

 

▌ 金屬注射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬（shǔ）注射成形的簡（jiǎn）稱。是將金（jīn）屬粉末與其粘（zhān）結劑的（de）增（zēng）塑混合料注射於模型（xíng）中的成（chéng）形方法（fǎ）。它是先將所選粉末與粘結劑進行混合，然後將混合（hé）料進行製粒再注射成形所需要的形狀（zhuàng）。

 

MIM工藝流程：

 

MIM流程分為四個獨特加工步驟（混合、成型、脫脂（zhī）和燒結（jié））來實現（xiàn）零部件的生產，針（zhēn）對產品特（tè）性決定是否需要進行表麵處理。

 

 

 

技術特點：

1、一次成型負責零件；

2、製件（jiàn）表麵質量好、廢品率低、生產效率高、易於實現自動化；

3、對模具材料要求低。

 

技術核心：

粘接劑是MIM技術的核心隻有（yǒu）加（jiā）入一定量的粘（zhān）接劑，粉末才具有增強流動性（xìng）以適合注射（shè）成型和維（wéi）持坯（pī）塊的基本形狀。

 

▌ 金屬半固態成型

 

半固態成型：利（lì）用非枝（zhī）晶半固態金屬（Semi-SolidMetals，簡稱（chēng）SSM）獨有的流變性和攪熔性來控製鑄件的質量。

 

半固態（tài）成型可分（fèn）為流變成型（xíng）和觸變成型。

 

(1)流變（biàn）成型（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)觸變成型（Thixoforming）

 

技術特點（diǎn）：

1、減少液（yè）態成型缺陷，顯著提高質量和可靠性；

2、成型溫度比全液態成型溫（wēn）度（dù）低，大大減少對模具的熱衝擊（jī）；

3、能製造常（cháng）規液態成型方法不（bú）可能製造的合金；

 

應用：

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