各種金屬材料的成形工藝大全

　　

 

材料成形（xíng）方法是零件設計的重要內容，也是製造（zào）者們極度關心的問題，更是材料加工（gōng）過程中的關鍵因（yīn）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（zhù）到與零件形狀、尺寸相適應的鑄型（xíng）型腔中，待（dài）其冷卻凝固，以（yǐ）獲得毛坯或零件的生產方法（fǎ），通常稱為金屬液態成形或鑄造。

 

工藝流程：液體金（jīn）屬→充型→凝固收縮→鑄件

 

工藝特點：

1、可生產（chǎn）形狀任意複雜（zá）的製件（jiàn），特別是內腔（qiāng）形狀（zhuàng）複雜（zá）的製件。

2、適應性強，合金種類不（bú）受限製，鑄件大（dà）小幾乎不受限製。

3、材料來源廣，廢品可重熔，設備（bèi）投資低。

4、廢品（pǐn）率高、表（biǎo）麵質量較低、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（fāng）法。鋼、鐵（tiě）和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。

 

工藝流程：

 

砂型鑄（zhù）造工藝流程

 

技術特點：

1、適合於製成形狀複雜，特別（bié）是具有複雜內腔（qiāng）的毛坯；

2、適應性廣，成本低；

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

 

應用（yòng）：汽車的發動（dòng）機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件

 

（2）熔模鑄造(investmentcasting)

 

熔模鑄造：通常是指在易熔材料（liào）製成模樣，在模樣表麵包覆若幹層耐火材（cái）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，經高溫焙燒後即可填砂澆注（zhù）的鑄造方案。常稱為“失蠟鑄（zhù）造”。

 

工藝流程：

熔模鑄造工藝流程（chéng）

 

優點：

1、尺寸精度和幾何精度高（gāo）；

2、表麵粗糙度高；

3、能夠鑄造（zào）外型複（fù）雜的鑄件，且鑄造的合（hé）金不受限製。

 

缺點：工序繁雜，費（fèi）用較高（gāo）

 

應用：適用於生產形狀複雜、精度要（yào）求高、或很（hěn）難進行其它加工的小型零件，如渦輪（lún）發動機的葉片等。

 

（3）壓力（lì）鑄造(die casting)

 

壓鑄：是（shì）利用高壓將金屬液高速壓入一精密金屬模具型腔內，金（jīn）屬（shǔ）液在壓力作用下（xià）冷卻凝固而形成鑄件。

 

工藝流程：

 

優（yōu）點：

1、壓鑄時金屬液體承（chéng）受壓力高，流速快

2、產（chǎn）品質量好，尺（chǐ）寸（cùn）穩定，互換性（xìng）好；

3、生產效率高，壓鑄模使用次數多；

4、適合（hé）大（dà）批大量生產，經濟（jì）效益好。

 

缺點：

1、鑄件容易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（qíng）況下工作（zuò）；

3、高熔點合金壓（yā）鑄時，鑄型壽命低，影響壓鑄生產的擴大。

 

應用：壓鑄（zhù）件最先應用在汽車工業和儀表工業，後來逐步擴大到各個行業，如農業機械、機床工業、電子工業、國防工業、計算機、醫（yī）療器械、鍾表、照相機和日用五（wǔ）金等（děng）多個（gè）行業。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

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

 

技術（shù）特點：

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

2、采用底注式（shì）充型，金屬液充型平穩，無飛濺現象（xiàng），可避（bì）免卷入氣體（tǐ）及對（duì）型壁和型芯的（de）衝刷，提高了鑄（zhù）件的合格率；

3、鑄件在壓力下結晶，鑄件組織致密、輪廓清晰、表麵（miàn）光潔，力學性能較高，對於大薄壁件（jiàn）的鑄造尤為有（yǒu）利；

4、省去補縮冒口，金屬利用率提高到90～98%；

5、勞動（dòng）強度低（dī），勞動條件好，設（shè）備簡易，易（yì）實現機械化和自（zì）動化（huà）。

 

應用：以（yǐ）傳（chuán）統產品為主（氣缸頭、輪轂、氣缸架等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

離心鑄造：是（shì）將金屬（shǔ）液澆入旋轉的鑄型中，在離心（xīn）力作用下（xià）填充鑄型（xíng）而凝固成形的一種（zhǒng）鑄造方法。

 

優點：

1、幾乎不存在澆注（zhù）係統和冒（mào）口係統的金屬消耗，提高工藝出品率；

2、生產（chǎn）中空鑄件時可不用型芯（xīn），故在生產（chǎn）長管形鑄件時可大幅度地改（gǎi）善金屬（shǔ）充型能力；

3、鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學性能高；

4、便於製造（zào）筒、套類複合金屬鑄（zhù）件。

 

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（jiào）粗糙，質量較差，加工餘量大；

3、鑄件易產生比重偏析。

 

應用（yòng）：

離心鑄造（zào）最（zuì）早用於生（shēng）產鑄管，國內外在冶金、礦（kuàng）山、交通、排灌機械、航空、國防、汽（qì）車等行業中均采用離心鑄造工藝，來生產鋼、鐵（tiě）及非鐵碳（tàn）合金鑄件。其中尤以離心鑄鐵管、內燃機（jī）缸套和（hé）軸套等鑄件的生產最為普遍。

 

（6）金（jīn）屬（shǔ）型鑄造(gravity die casting)

 

金屬型鑄（zhù）造：指液態金屬（shǔ）在重力作用下（xià）充填金屬鑄型並在型中冷卻凝固而獲得（dé）鑄件的一種成型方法（fǎ）。

 

優點:

1、金屬型的（de）熱導（dǎo）率（lǜ）和熱容量（liàng）大，冷卻速度快，鑄件組織致密，力學性能比砂（shā）型（xíng）鑄件高15%左右。

2、能獲得較高（gāo）尺寸（cùn）精度和較低表麵粗糙（cāo）度值的鑄（zhù）件，並且質量穩定性（xìng）好。

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

 

缺點：

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

2、金屬型無退讓性，鑄件凝固時（shí）容易產生裂紋；

3、金屬型（xíng）製造周期較長，成本（běn）較高。因此隻有在大量成批生產時，才能顯（xiǎn）示出（chū）好的經濟效果。

 

應用：

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

 

（7）真空壓鑄（zhù）(vacuumdie casting)

 

真空鑄（zhù）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鑄件內（nèi）的氣孔和溶解氣體，從而提高壓鑄件力學性能和表麵（miàn）質量的先進壓鑄（zhù）工藝。

 

優（yōu）點：

1、消除或減少（shǎo）壓鑄（zhù）件內部的氣孔（kǒng），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，可使用較低的比（bǐ）壓及鑄造性能較差的合金，有可能用小（xiǎo）機器壓鑄較大的（de）鑄件;

3、改善了充（chōng）填條件，可壓鑄較薄的（de）鑄件;

 

缺（quē）點：

1、模具密封（fēng）結構複（fù）雜，製造及安（ān）裝較困難，因而成本較高;

2、 真空壓（yā）鑄法如控（kòng）製（zhì）不當，效果就不（bú）是很顯（xiǎn）著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓鑄造（zào）：是使液態或半（bàn）固態（tài）金屬在高壓下凝固、流動成形（xíng），直接獲得製件或毛坯的方法。它（tā）具有液態金屬利用率高、工序簡化和質量穩定等（děng）優點，是一種節能型的、具有潛在（zài）應（yīng）用前景的金屬成（chéng）形技術。

 

直接（jiē）擠壓鑄（zhù）造：噴（pēn）塗料、澆合（hé）金、合模、加壓、保壓、泄壓，分（fèn）模、毛坯脫模（mó）、複位；

 

間（jiān）接擠壓（yā）鑄造：噴塗料、合模（mó）、給（gěi）料、充型、加壓、保（bǎo）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（suō）孔和縮鬆等缺陷；

2、表麵粗糙度低（dī），尺寸精度高；

3、可防止鑄造裂紋的（de）產生；

4、便於實現機械化、自動化。

 

應（yīng）用：可用於生產各種類型的合金，如鋁合金（jīn）、鋅合（hé）金、銅合金、球墨鑄鐵等

 

（9）消失（shī）模鑄造（Lost foam casting ）

 

消（xiāo）失模（mó）鑄造（又（yòu）稱實型鑄造）：是（shì）將與鑄（zhù）件尺寸形狀相似的石（shí）蠟或泡沫模型粘結組合成模型簇，刷塗耐火塗料並烘幹後，埋在幹石英砂中振動（dòng）造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻後形（xíng）成鑄件的新型鑄造方法。

 

工藝流程：預發泡→發泡成型→浸塗料→烘幹→造型→澆注→落砂→清理（lǐ）

 

 

 

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，設計靈活（huó），自由度高；

3、清潔生產，無汙染；

4、降（jiàng）低投資和生產成本。

 

應用：

適合（hé）成產（chǎn）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（bú）限。如灰鑄鐵發動機（jī）箱體、高錳鋼彎管等。

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連續鑄造（zào）：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（tè）殊金屬型中（zhōng），凝（níng）固（結殼）了的鑄（zhù）件，連（lián）續不斷地從結晶器的另（lìng）一端（duān）拉出，它可獲得任意長或特（tè）定的長度的鑄件。

 

技（jì）術特點：

1、由於金屬被迅（xùn）速冷卻，結晶致密，組織均勻，機械性能較好；

2、節約金屬，提高收得（dé）率；

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

4、連續（xù）鑄造（zào）生產易於實現機械化和自動化，提高生產效率。

 

應用（yòng）：

用連續鑄造法可以澆注鋼、鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等斷麵（miàn）形（xíng）狀不（bú）變的長鑄件，如鑄錠、板（bǎn）坯、棒坯、管子等。

 

▌ 塑性成形

 

塑性成形（xíng）：就是利用材料的塑性（xìng），在工具及模具的外力作用下來加（jiā）工製件的少（shǎo）切削或無切削的工藝方法。它的種類有（yǒu）很多，主要包括鍛造（zào）、軋製、擠壓（yā）、拉拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

鍛造：是一種利用鍛壓機械（xiè）對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一（yī）定形狀和尺寸鍛件（jiàn）的加工方法。

 

根據成形機理，鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造。

 

自由鍛造（zào）：一般是在錘鍛或者水壓（yā）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（jiā）工方法。

 

模鍛：是（shì）在模鍛錘或者熱模鍛（duàn）壓力機上利用模具來成（chéng）形的。

 

碾環：指通過專用設備碾環機生產不同直徑的環形零件，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（héng）軋、徑向鍛造、液態模鍛等（děng）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（jiàn）。

 

工藝流程：鍛坯加熱→輥鍛備坯→模鍛成形→切邊→衝孔→矯正→中間檢驗（yàn）→鍛件熱處理→清理→矯正→檢（jiǎn）查

 

技術特點：

1、鍛件質量比鑄件高能承受大的衝擊力作（zuò）用，塑性、韌性和其他方麵的力學性能也都（dōu）比鑄件高甚至比軋件高（gāo）。

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（zào）適合於單件（jiàn）小（xiǎo）批量生產，靈活性比較大。

 

應用：

大型軋鋼（gāng）機的軋輥、人字齒（chǐ）輪（lún），汽輪（lún）發電機組的轉子、葉輪、護環，巨（jù）大的水壓機工作缸和立柱，機（jī）車軸，汽車和拖拉機的曲軸（zhóu）、連杆等。

 

（2）軋製

 

軋製：將金（jīn）屬坯料通過一對旋轉軋輥的間隙（各種形狀），因受軋輥的壓縮成型（xíng）軋（zhá）製（zhì）使材料截麵減小，長度增加（jiā）的壓力加工方法。

 

軋製（zhì）分類（lèi）：

按軋件運動分有：縱軋、橫軋、斜軋。

 

縱軋:就（jiù）是金屬在（zài）兩個旋轉方向（xiàng）相反的軋輥之（zhī）間通過，並在其間產生塑性變（biàn）形的過程。

橫軋：軋件（jiàn）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，軋件與軋輥軸（zhóu）線非特角。

 

應用：

主要用在（zài）金屬材料型材（cái），板（bǎn），管材等 ，還有一些非金屬材料比如塑料製品及玻璃（lí）製品。

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在三向不均勻壓應力作用（yòng）下，從模具的（de）孔口或縫隙擠出使（shǐ）之橫截麵積減小長度（dù）增加，成為所需製品的加（jiā）工方法叫擠壓，坯料的這種加工叫擠壓成型。

 

工藝（yì）流程（chéng）：

擠壓前準備→鑄棒加熱→擠壓→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（guǎng），產品規格、品種（zhǒng）多；

2、生產靈（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，廠房麵積小，易實現自動化（huà）生產。

 

缺點：

1、幾何（hé）廢料損失大；

2、金屬流動不均勻；

3、擠壓速（sù）度低，輔助時間長；

4、工具（jù）損耗大（dà），成本高。

 

生產適用範圍：主要用於製造長杆、深（shēn）孔、薄壁、異型斷麵零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用外力作用於被拉（lā）金屬的前端，將金屬坯料從小於（yú）坯料斷（duàn）麵（miàn）的模孔中拉出（chū），以獲得相應的形狀和尺寸的製品的一種塑性加工方（fāng）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（chǎn）斷麵小的長製品。

 

缺點：

1. 道次變形量與兩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、棒材、型材及（jí）線材的主要加（jiā）工方（fāng）法。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是靠壓力（lì）機和模具對板（bǎn）材、帶材、管材（cái）和型材（cái）等施加外力，使之產生塑性（xìng）變形或分離，從而獲得所需形狀和尺（chǐ）寸的工件（衝壓件）的成形加工方法。

 

技術特（tè）點：

1、可（kě）得到輕量、高剛性之製品。

2、生產性良好，適合（hé）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（huí）收性良好 。

 

適（shì）用範圍：

全世界的鋼材中，有60～70%是板材，其中大（dà）部分經過衝壓製成成品（pǐn）。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包，容器的殼體，電機、電器的（de）鐵（tiě）芯矽鋼片等都是衝壓加工的。儀器儀表（biǎo）、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產品中，也（yě）有大量衝壓件。

 

▌ 機加工

 

機加（jiā）工：是在在零件生產過程中，直接用刀具（jù）在毛坯上切除多餘金屬層厚度，使之或者圖紙要求的尺寸（cùn）精度、形狀和（hé）位置相互精度、表麵質量等技術要求的加工過程。

 

常用機加工方法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也稱（chēng）作熔接,鎔接是一種以加熱、高溫或者高（gāo）壓的方式接合金屬或其他熱塑性材（cái）料如塑料的製（zhì）造工藝及技術。

 

▌ 粉末（mò）冶金

 

粉末冶金：是製取金屬（shǔ）或（huò）用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬（shǔ）粉末的混合物）作（zuò）為原料，經（jīng）過成（chéng）形和燒結，製造金屬（shǔ）材料、複合材料以及各種類型（xíng）製品的工藝技術。

 

優點：

1、絕（jué）大多數（shù）難熔金（jīn）屬及其化合物、假合金、多孔材料隻能用粉末冶金方法（fǎ）來製造。

2、節（jiē）約金屬，降低（dī）產（chǎn）品成本（běn）。

3、不會給材料（liào）任何汙染，有可能製取高純度的材料。

4、粉末冶金法能（néng）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品，能大大降（jiàng）低生產（chǎn）成本。

 

缺點：

1、在沒有批量的情況下要考慮（lǜ） 零件（jiàn）的大小。

2、模具費用相對來說要高出鑄造模具。

 

生產適（shì）用（yòng）範圍：

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

 

▌ 金屬注射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬注射成形的（de）簡稱。是將金屬（shǔ）粉末與其（qí）粘結劑的增塑混合料注射於（yú）模型中的成形方法。它是（shì）先（xiān）將所選粉末與粘（zhān）結劑（jì）進行混合，然後將混合料（liào）進行製粒再注射（shè）成（chéng）形所（suǒ）需要的形狀。

 

MIM工藝流程：

 

MIM流程分為四個獨特加工步驟（混（hún）合、成型、脫脂和燒結）來（lái）實現零部件的生產，針對產品特性決（jué）定是否需要（yào）進行表麵處（chù）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（shēng）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（shù）的核心隻有加入一定量的（de）粘接劑（jì），粉末才具有增強（qiáng）流動性以適合注射成型和維（wéi）持坯塊的基本形狀。

 

▌ 金屬半（bàn）固態成型

 

半固態成型：利用非枝晶半固態金屬（Semi-SolidMetals，簡稱SSM）獨有的流變性（xìng）和攪熔性（xìng）來控製鑄件（jiàn）的質量。

 

半固態成（chéng）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）

 

技術特點：

1、減少液態成型缺陷，顯著提（tí）高質量和可靠性；

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

3、能製造常規液態成型方（fāng）法不可能製造的合金；

 

應用：

目前已成功用於主缸、轉向係統零件、搖臂、發動機活（huó）塞、輪轂、傳動係統零件、燃油係（xì）統零件（jiàn）和空（kōng）調零件等製造等航空、電子以及消費品等方麵。