各種金屬（shǔ）材料的成形工藝（yì）大（dà）全

　　

 

材料成形方法（fǎ）是零件設計的重要內容，也是製造者們極度關心的問題，更是（shì）材料加工過（guò）程中的關鍵因（yīn）素，今天就帶（dài）大家來看看各種（zhǒng）金屬成形工藝。

 

▌ 鑄造

 

液態金屬澆（jiāo）注到與零件形狀、尺寸（cùn）相適應的鑄型（xíng）型腔（qiāng）中，待其（qí）冷（lěng）卻凝固，以獲得毛坯或零（líng）件（jiàn）的生產方法，通常稱為金屬液態成形或鑄造。

 

工藝流程：液體金屬→充型→凝固收縮→鑄件

 

工藝特點：

1、可生產形狀任意複雜的製件（jiàn），特別是內腔（qiāng）形狀複雜的製件。

2、適應性強，合金種類不受（shòu）限製，鑄件大小幾乎不受限製。

3、材料來源廣，廢品可（kě）重熔，設備投資低。

4、廢品率高、表麵質量較低、勞（láo）動條件差。

 

鑄造分類（lèi） ：

 

（1）砂（shā）型鑄造（sand casting）

 

砂（shā）型鑄造：在（zài）砂（shā）型中生（shēng）產鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數有（yǒu）色合金（jīn）鑄件（jiàn）都可用砂型（xíng）鑄造方法獲得。

 

工（gōng）藝流程：

 

砂型鑄造工藝流程

 

技術特點：

1、適合於製成（chéng）形狀複雜，特別是具有複雜內腔的毛坯；

2、適（shì）應性廣，成本低；

3、對於某些（xiē）塑性很差的材料，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：汽車的發動機氣缸體、氣缸蓋（gài）、曲軸等鑄件

 

（2）熔模鑄造(investmentcasting)

 

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

 

工藝流程（chéng）：

熔模鑄造工藝流程

 

優點（diǎn）：

1、尺（chǐ）寸精度和幾何精度高；

2、表麵粗糙度高；

3、能夠鑄造外型複雜的鑄件，且鑄造的合金不受限製（zhì）。

 

缺點（diǎn）：工序繁雜，費用較高

 

應用（yòng）：適用於生產形狀複雜、精度要求高、或很難進（jìn）行其它加工的小型零件，如渦（wō）輪發動機的葉片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利用高壓將金（jīn）屬液高（gāo）速壓入一精密金屬模具型腔內，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（hù）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（chǎn），經濟效益好。

 

缺點（diǎn）：

1、鑄件容易產生細小的氣孔和縮（suō）鬆。

2、壓鑄件塑（sù）性（xìng）低，不宜在衝擊載荷及有震（zhèn）動（dòng）的情況下工作；

3、高熔點（diǎn）合金壓鑄時，鑄型壽命低，影（yǐng）響壓鑄生產（chǎn）的擴大。

 

應用：壓鑄件最先應用在汽車工業和儀表工（gōng）業，後來逐步擴大到各個行業，如（rú）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（hé）日用五金等多（duō）個行業（yè）。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

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

 

技術特點：

1、澆注時的壓力和（hé）速度可以調（diào）節，故可適用於各種不同鑄型（如金屬型、砂型等），鑄造各種合（hé）金及各種大小的（de）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）卷入氣體及對型壁和型芯的衝刷，提高了鑄（zhù）件的（de）合格（gé）率；

3、鑄件在壓力下結（jié）晶，鑄件組織致密、輪廓（kuò）清晰、表麵光潔（jié），力學性能較高，對於（yú）大薄壁件（jiàn）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（dòng）條件好，設備簡易，易實現機械化和自動化。

 

應用：以傳統產品為主（氣缸頭、輪轂、氣缸架等（děng））。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

離（lí）心鑄造：是（shì）將金屬（shǔ）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（de）一種鑄造方法。

 

優點（diǎn）：

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

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

3、鑄件致密度高，氣孔、夾（jiá）渣等缺陷少，力學性能高；

4、便於製造筒、套（tào）類複合金屬鑄件。

 

缺點：

1、用於生產異形鑄件時有一定的局限（xiàn）性；

2、鑄件內孔直徑（jìng）不準（zhǔn）確，內孔（kǒng）表麵比較（jiào）粗糙，質量較差，加工餘量大；

3、鑄件易產生比重偏析。

 

應用：

離心鑄造最早用於生產鑄管，國內外在冶金、礦山、交（jiāo）通、排灌機械（xiè）、航空、國防、汽車等行業中均（jun1）采用離心鑄造工（gōng）藝（yì），來生產鋼、鐵及非鐵碳合金鑄件。其中尤以離心（xīn）鑄鐵管、內燃機缸套和（hé）軸套等鑄件的生（shēng）產最為普遍。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

金（jīn）屬型鑄造：指液態金屬在重力作用下充填金屬鑄（zhù）型並在型中冷卻凝固而獲得鑄件的（de）一種成型方法。

 

優點:

1、金屬型的（de）熱導（dǎo）率和熱容量大，冷卻速度快，鑄件組織致密，力學性能（néng）比砂型鑄件高15%左右。

2、能獲（huò）得較高（gāo）尺寸精度和較低（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（yòng）砂芯（xīn），改善環境、減少粉塵和有（yǒu）害氣體、降低勞動強度。

 

缺點：

1、金屬型（xíng）本身無透（tòu）氣性，必（bì）須采（cǎi）用一定的措施導出（chū）型腔中的空氣和砂芯所產生的氣體；

2、金屬（shǔ）型無退（tuì）讓性，鑄（zhù）件凝固時容易產生裂紋；

3、金屬型製造周（zhōu）期較長，成本較高。因此隻有在大量成批生產時，才能顯示（shì）出好的經濟效果。

 

應用：

金屬型鑄造既適（shì）用於大批量生產形狀（zhuàng）複雜的鋁合金（jīn）、鎂合金等非鐵合金鑄件，也適合於生產鋼鐵金屬的鑄件（jiàn）、鑄錠等。

 

（7）真空壓鑄（zhù）(vacuumdie casting)

 

真空鑄造（zào）：通過（guò）在壓鑄過程中抽除壓鑄模具型腔內的氣體而消除（chú）或顯著減少（shǎo）壓鑄件內的氣（qì）孔和溶解氣體，從而提高壓鑄件力學性能和（hé）表麵質量的先進壓鑄工藝。

 

優點：

1、消除或減少（shǎo）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（shàn）鍍覆性能;

2、減少型（xíng）腔的反（fǎn）壓力，可（kě）使用（yòng）較（jiào）低的比（bǐ）壓及鑄造性能較差（chà）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（jiàn），可（kě）壓鑄較薄的鑄（zhù）件;

 

缺（quē）點：

1、模具密封結構複雜，製造及安裝較困難，因而成本（běn）較高;

2、 真空壓鑄法如控製不當（dāng），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（jīn）屬（shǔ）在高壓（yā）下凝固、流動成形，直接獲得製件或毛坯的方法。它具有（yǒu）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、具有潛在應用前景的金屬成形技術。

 

直接擠壓鑄造：噴塗料、澆合金、合模、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位；

 

間接擠壓鑄造：噴（pēn）塗料、合模、給料、充型、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯（pī）脫模、複位。

 

技（jì）術特點：

1、可消除內部的氣孔、縮孔和縮鬆等缺陷；

2、表麵粗糙度低（dī），尺寸精度高；

3、可防止鑄造（zào）裂紋的產生；

4、便於實（shí）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、球墨鑄鐵等

 

（9）消失模鑄（zhù）造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又稱實型鑄造）：是將與鑄（zhù）件尺寸形狀相似的石蠟或（huò）泡沫模（mó）型粘結組合成模型簇，刷塗耐火塗料並烘（hōng）幹後，埋在幹石（shí）英砂中（zhōng）振動造型，在負壓下澆（jiāo）注，使模型（xíng）氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻後形成鑄件的新型鑄造方法。

 

工藝流（liú）程：預發（fā）泡→發泡成型→浸塗料（liào）→烘幹→造（zào）型→澆注（zhù）→落砂→清理

 

 

 

技術特點：

1、鑄件精度高，無砂芯，減少了加工時間；

2、無分型（xíng）麵，設（shè）計靈活，自由度高；

3、清潔生產，無汙（wū）染；

4、降低投資和生產成本。

 

應用（yòng）：

適合成產結構複雜的各種大小較精密鑄件，合金種類不限，生產批量（liàng）不限。如灰鑄鐵發（fā）動機箱體、高錳鋼彎管等。

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連續鑄造：是一種先進的鑄造方法，其原理是（shì）將熔融的金屬（shǔ），不斷澆入一種叫做（zuò）結晶器的特殊（shū）金屬型（xíng）中，凝固（gù）（結殼）了的鑄件，連續（xù）不斷地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。

 

技（jì）術特點（diǎn）：

1、由於金屬被迅速冷卻，結晶致密，組（zǔ）織均勻（yún），機械性能較好（hǎo）；

2、節約金屬，提高收得率；

3、簡化了工序，免除造型及其它工（gōng）序（xù），因而減輕了勞動強度；所需生產麵積也大為減少；

4、連續鑄造生產易於實（shí）現機械（xiè）化和自動化，提高生產效率。

 

應用：

用連續鑄造法（fǎ）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（zǐ）等。

 

▌ 塑性成形

 

塑（sù）性成形：就是利用（yòng）材料的塑性，在（zài）工具及模具的外力作用下來加工（gōng）製件的少切削或無切削的（de）工（gōng）藝方法。它的種類有很（hěn）多，主要包括鍛造（zào）、軋製（zhì）、擠壓、拉拔、衝（chōng）壓等。

 

（1）鍛造（zào）

 

鍛造：是一種利（lì）用（yòng）鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑（sù）性（xìng）變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法（fǎ）。

 

根據成形（xíng）機理，鍛造可（kě）分為自由（yóu）鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造。

 

自由鍛造：一（yī）般是在錘（chuí）鍛或（huò）者水壓機上，利用簡單的（de）工（gōng）具（jù）將金（jīn）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壓（yā）力（lì）機上利用模具來（lái）成形的。

 

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

 

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

 

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

 

技術特點：

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

2、節約原（yuán）材料，還能縮短加工工時。

3、生（shēng）產效率高例。

4、自由鍛造適合於單件小批（pī）量生產，靈（líng）活性比較（jiào）大。

 

應用：

大型軋鋼機的（de）軋輥、人字齒輪，汽輪發電機組的轉子、葉輪（lún）、護環，巨大的水壓機工作（zuò）缸（gāng）和立柱，機車軸，汽車和拖拉機的曲軸（zhóu）、連杆等。

 

（2）軋（zhá）製

 

軋製：將（jiāng）金屬坯料通過一對旋轉軋輥的間（jiān）隙（各種形狀），因受軋輥的壓縮（suō）成型軋製使材料截麵減小，長度增（zēng）加的壓力加工方法。

 

軋製分類（lèi）：

按軋件運動分有：縱軋、橫軋（zhá）、斜軋。

 

縱軋:就（jiù）是金屬在（zài）兩個旋轉方（fāng）向相反的軋輥（gǔn）之（zhī）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（gǔn）軸線方向一致（zhì）。

斜軋：軋件作螺旋運（yùn）動，軋（zhá）件與軋輥軸線非特角。

 

應用：

主要（yào）用（yòng）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

 

擠壓：坯料（liào）在（zài）三向（xiàng）不均勻壓應力作用下，從模具的孔口或縫（féng）隙擠（jǐ）出使之橫截麵積減小長度增加（jiā），成為所（suǒ）需（xū）製品的（de）加工方法叫擠壓，坯料的（de）這種加工叫擠壓成型。

 

工藝流程：

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（bāo）裝

優點：

1、生產範圍廣，產品規格、品（pǐn）種多；

2、生產靈活性大，適合小（xiǎo）批量生產；

3、產品尺寸精度高，表麵質量好；

4、設備投資少，廠房麵積小，易實現自動化生產。

 

缺點：

1、幾何廢（fèi）料損失大；

2、金屬流動不均勻；

3、擠（jǐ）壓速度低（dī），輔助時（shí）間長；

4、工具損耗大，成本高。

 

生產適用範圍：主要用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷（duàn）麵零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用外力（lì）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（chū），以獲得相應的形狀和尺寸的（de）製品的一種塑性加工方法。

 

優點：

1. 尺寸精確，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。

 

缺點：

1. 道次變形量（liàng）與兩次退火間（jiān）的總變形量有限；

2. 長度受限製。

 

生產適用（yòng）範圍：拉拔是金屬管材、棒材、型材及線材的主要加工方法。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是靠（kào）壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加（jiā）外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀（zhuàng）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、高剛性之（zhī）製品。

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（yòng）範圍：

全世界的鋼材中，有60～70%是板材，其中大部分經（jīng）過衝壓製成（chéng）成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器（qì）片，鍋爐的（de）汽包，容器的殼體，電機、電器的鐵芯矽鋼片等都是（shì）衝壓加工的（de）。儀器儀表（biǎo）、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿（mǐn）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，直接用刀具在毛坯上切除多餘（yú）金屬層厚度，使之（zhī）或者圖紙要求的尺寸精度、形狀和位置相互精度、表麵質量等技術要求的加工過程。

 

常用機加工（gōng）方法：

 

▌ 焊接

 

焊接（jiē）：也（yě）稱作熔（róng）接,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（rú）塑料的（de）製（zhì）造工藝及技術。

 

▌ 粉末（mò）冶金

 

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

 

優點：

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

2、節約金屬（shǔ），降低產品成本。

3、不會給材料任何汙染，有（yǒu）可能製取高純（chún）度（dù）的材料。

4、粉末冶金法能保證材料成分配比的（de）正確性（xìng）和（hé）均勻性。

5、粉末冶金（jīn）適宜於生產同（tóng）一形狀而數量（liàng）多的產品，能大大降低生產成（chéng）本。

 

缺點：

1、在沒有批量的情（qíng）況下要考慮 零件的大小。

2、模具費用相對來（lái）說要高出鑄（zhù）造模具。

 

生產適用範（fàn）圍：

粉（fěn）末冶金技術可以直（zhí）接製成多孔、半致密（mì）或全致密材料和製品，如（rú）含油軸承（chéng）、齒輪、凸輪（lún）、導杆、刀具等。

 

▌ 金屬注射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬注射成形的簡稱。是將金屬粉（fěn）末與其粘結劑的增塑混（hún）合料（liào）注射於模型中的成形方法。它是先將所選粉末（mò）與粘結劑進（jìn）行混合，然後將混合（hé）料（liào）進行製粒再注射（shè）成形所需要的形狀。

 

MIM工藝流程：

 

MIM流程分為四（sì）個獨特加工步驟（混合、成型、脫（tuō）脂和燒結）來實現（xiàn）零部件的生產，針對產品特性決定是（shì）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（shù）核心：

粘接劑是MIM技術的核心隻有加入（rù）一定（dìng）量的粘接劑，粉（fěn）末才具有增強流動性以適合注射成型和維（wéi）持坯塊的基本形狀。

 

▌ 金屬半固態成（chéng）型

 

半固態成型：利用非枝晶半固態金屬（Semi-SolidMetals，簡（jiǎn）稱SSM）獨（dú）有的流變性和攪熔性來控製（zhì）鑄（zhù）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)觸變成型（xíng）（Thixoforming）

 

技（jì）術特點：

1、減少液態成型缺陷，顯著提高質量（liàng）和可靠性；

2、成型溫度比全液（yè）態成型溫度低，大大減少對模具的熱衝擊；

3、能製造常規液態成型（xíng）方（fāng）法不可能製造的合金（jīn）；

 

應用：

目前（qián）已成功用於主缸、轉向係統零件（jiàn）、搖臂、發動機活（huó）塞、輪轂、傳動係統零件（jiàn）、燃油係統零件和空調零件等製造（zào）等航空、電（diàn）子以及消費品等方麵。