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（de）重要內容，也是製造者們極度關心（xīn）的問題，更是材料加工（gōng）過程中的關鍵因素，今（jīn）天就（jiù）帶大家來看看各種金屬成（chéng）形工藝。

 

▌ 鑄造

 

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

 

工藝流（liú）程：液體金屬→充型→凝固收縮→鑄件

 

工藝特點：

1、可生產（chǎn）形狀任意複雜的製件，特別是內腔形狀複雜的製件。

2、適（shì）應性強，合金種類不受限製，鑄件大小幾乎不受限製。

3、材料來源廣（guǎng），廢品可（kě）重熔，設（shè）備投資低。

4、廢品率高、表麵（miàn）質量較低、勞動（dòng）條件差。

 

鑄造分類 ：

 

（1）砂型鑄造（sand casting）

 

砂型鑄造：在砂型中生產鑄件的鑄（zhù）造方法。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都（dōu）可用（yòng）砂型鑄造方法（fǎ）獲得。

 

工藝流程（chéng）：

 

砂型鑄（zhù）造工藝（yì）流程

 

技術特點：

1、適合於製（zhì）成形狀複雜（zá），特別是具（jù）有複雜內腔的毛坯；

2、適應性廣，成本低；

3、對於某些塑性很差的材料（liào），如鑄鐵（tiě）等，砂型鑄造是製（zhì）造其零件或，毛坯的唯一的成形工藝。

 

應用：汽車的（de）發動機氣缸體（tǐ）、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製成模樣，在模樣表麵包覆若幹（gàn）層耐火材料製成型殼，再將模樣熔化排出（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”。

 

工藝流程：

熔模鑄造工藝流程

 

優點：

1、尺寸精度和幾何精度高；

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

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利用高壓將（jiāng）金屬液高（gāo）速壓入一精密金屬模（mó）具型（xíng）腔（qiāng）內，金屬液在（zài）壓力作用下冷卻凝固（gù）而形（xíng）成鑄件。

 

工藝流程（chéng）：

 

優點：

1、壓鑄時金屬液體承受壓力高（gāo），流速快

2、產品質量好，尺寸穩（wěn）定，互換性（xìng）好；

3、生產（chǎn）效率（lǜ）高，壓鑄模使用次數多（duō）；

4、適合大（dà）批大量生產，經濟效益（yì）好。

 

缺（quē）點：

1、鑄件容易產生細小的氣孔和縮鬆。

2、壓鑄件塑性低，不宜（yí）在（zài）衝擊載荷及有震動的情況下工作；

3、高（gāo）熔點合金壓鑄時（shí），鑄型壽命低，影響壓鑄生產的擴大。

 

應用：壓鑄件最先應（yīng）用（yòng）在汽車工（gōng）業和儀表工業（yè），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、醫療器械（xiè）、鍾（zhōng）表、照相機和日用五（wǔ）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(0.02～0.06MPa)作用下充填鑄型，並在壓（yā）力下結晶以形成（chéng）鑄件的方法（fǎ）.。

 

技術特點：

1、澆注時的壓力和速（sù）度可以調節，故可適用於各種不同鑄型（如（rú）金屬型（xíng）、砂型等），鑄造各種合金及（jí）各種大小的鑄件（jiàn）；

2、采用底注式充型，金屬液充型平穩，無飛濺現象（xiàng），可（kě）避免卷入氣體及對型壁和型芯的衝刷，提（tí）高了鑄件的合格率；

3、鑄件在壓力下（xià）結（jié）晶，鑄件組織（zhī）致密、輪廓清晰、表麵光潔，力學性（xìng）能較高，對於大（dà）薄壁件的鑄造尤為有利；

4、省去補縮冒口，金屬（shǔ）利用率提高到90～98%；

5、勞動強度低，勞動條（tiáo）件好，設備簡易，易（yì）實現機械化（huà）和自動化。

 

應用：以傳（chuán）統產品為主（氣缸頭、輪轂、氣缸架等）。

 

（5）離心鑄造（zào）(centrifugal casting)

 

離心鑄（zhù）造：是將（jiāng）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（xíng）的一種鑄造方（fāng）法。

 

優點：

1、幾乎不存在澆（jiāo）注係統（tǒng）和冒口係統的金屬消耗，提高（gāo）工藝出品率；

2、生產（chǎn）中空鑄件時可不（bú）用型（xíng）芯，故在生產長管形鑄（zhù）件時可（kě）大幅（fú）度地改善金（jīn）屬充型（xíng）能力；

3、鑄件致密度（dù）高，氣孔、夾（jiá）渣（zhā）等缺陷少，力學性能高；

4、便於製造筒（tǒng）、套類複合金屬鑄件。

 

缺點：

1、用於生產異形鑄件時有一定的局限（xiàn）性；

2、鑄件（jiàn）內孔（kǒng）直徑不準確，內孔表麵比較粗糙，質量較差，加（jiā）工餘（yú）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（guǎn），國（guó）內外在冶（yě）金、礦山、交通、排（pái）灌機械、航空、國防、汽車等行業中（zhōng）均采用離心鑄造（zào）工藝，來（lái）生產鋼、鐵及非鐵碳合（hé）金鑄件。其中尤以離心鑄鐵管、內燃機缸套和（hé）軸套等鑄件的生產（chǎn）最為普遍。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

金屬（shǔ）型鑄造：指液態金屬在重力作用下充填（tián）金（jīn）屬鑄型並在（zài）型中冷卻凝（níng）固而（ér）獲得鑄件的一（yī）種成型方法。

 

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（néng）比砂型鑄件高（gāo）15%左右。

2、能獲得較高尺寸精（jīng）度和較低表麵粗糙度值的鑄件（jiàn），並且質（zhì）量穩定性好。

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

 

缺點（diǎn）：

1、金屬型（xíng）本身無透氣性，必須采用一定的措施（shī）導（dǎo）出型腔（qiāng）中的空氣和砂芯所產（chǎn）生的氣體；

2、金屬型無退讓性，鑄件凝固時容易產生裂紋；

3、金屬型製造周期較長，成本（běn）較（jiào）高。因此（cǐ）隻有（yǒu）在大量成批生產時（shí），才能（néng）顯示出好的（de）經濟效果。

 

應用：

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

 

（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（ér）消除或顯著減少壓鑄件內（nèi）的氣（qì）孔和溶解氣體，從（cóng）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（xiāo）除或減少壓鑄件內部的氣孔，提高壓鑄件的機械性能和（hé）表麵質量，改善鍍覆性能;

2、減少型腔的反壓力，可使（shǐ）用較低的比壓及鑄造性能（néng）較差的合金，有可能（néng）用小機器壓鑄較大的鑄件;

3、改善了（le）充填條件，可壓鑄較薄的鑄（zhù）件;

 

缺點：

1、模（mó）具密封結構複雜，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)

 

擠壓鑄造：是使液態或半（bàn）固態金屬在高壓下凝固、流動成（chéng）形（xíng），直接獲得製件或毛坯（pī）的（de）方法。它具有液態金屬利用率高、工序簡化和（hé）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（xíng）技術。

 

直（zhí）接擠壓鑄造：噴塗料（liào）、澆合金、合模、加壓、保壓（yā）、泄壓，分模、毛坯脫模、複位；

 

間接擠壓鑄造：噴塗料、合模、給料、充型、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複（fù）位。

 

技術特點：

1、可消除內部的氣孔、縮孔和縮鬆等缺陷；

2、表麵粗糙度低，尺寸（cùn）精度高；

3、可防止鑄造裂紋的產生；

4、便於實現機械化、自（zì）動化。

 

應用：可用於生（shēng）產各種類型的合金，如鋁合金、鋅合金、銅合金、球（qiú）墨鑄鐵等

 

（9）消失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又（yòu）稱實型鑄造）：是將與鑄件尺寸形狀相似的石（shí）蠟（là）或泡沫模型（xíng）粘結組合成模型簇（cù），刷（shuā）塗耐火塗料並烘幹後，埋在幹石英砂中振（zhèn）動造型，在負（fù）壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻後形成鑄件的新（xīn）型鑄（zhù）造方法。

 

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

 

 

 

技術特點：

1、鑄件精度高，無砂芯，減少了加工（gōng）時間；

2、無分型麵，設計靈活，自由度高；

3、清（qīng）潔生產，無汙染；

4、降低投資和生產成本。

 

應用：

適（shì）合成產結（jié）構複雜的各（gè）種大小較精密鑄件，合金（jīn）種類不限，生產批量（liàng）不限。如灰鑄鐵發動機箱體、高錳鋼彎管等。

 

（10）連續（xù）鑄造（continual casting）

 

連續鑄造：是一種先進的鑄造方法（fǎ），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）了的鑄件，連續不斷地從結晶器的另一端拉出，它可獲得任意長或特（tè）定的長度的鑄件。

 

技術特點：

1、由於金屬被迅速冷卻，結晶致密，組織均勻，機械（xiè）性能較好；

2、節約金（jīn）屬，提高（gāo）收得率；

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

4、連續鑄造生產易於實現機械化和自動（dòng）化，提高生產效（xiào）率。

 

應用：

用連續鑄造法可以（yǐ）澆注鋼、鐵、銅合（hé）金、鋁合金、鎂合金等（děng）斷（duàn）麵形狀不變的（de）長鑄件，如鑄錠、板坯（pī）、棒坯、管子等。

 

▌ 塑性（xìng）成形

 

塑性成形：就是利用材料的塑性，在（zài）工具及模具的（de）外力作（zuò）用下來加工製件的少切削或無切削的工藝方法。它（tā）的種類有很多（duō），主要包（bāo）括鍛造、軋製、擠壓、拉拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

鍛（duàn）造：是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺（chǐ）寸鍛件的加工方法（fǎ）。

 

根（gēn）據成形機理（lǐ），鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造（zào）。

 

自由鍛造：一般是在錘鍛（duàn）或者水壓機（jī）上，利用簡（jiǎn）單的工具將（jiāng）金屬錠或者塊料（liào）錘（chuí）成所需要形狀和尺寸（cùn）的加工方法。

 

模鍛：是在模鍛錘或（huò）者熱模（mó）鍛壓力機上利用模具來成形的。

 

碾環：指通過專用設備（bèi）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（kuò）輥鍛、楔橫軋、徑向（xiàng）鍛造、液態模鍛等鍛造方式，這些方（fāng）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（duàn）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（duàn）件質量比鑄件高能承受大的衝擊力作用，塑性、韌性和其他方麵的（de）力（lì）學性能也都比鑄件高甚至比軋件高。

2、節約原材（cái）料，還能縮短加工工時。

3、生產效率高例。

4、自由鍛造適合於單件小批（pī）量生產（chǎn），靈活性比較大。

 

應用：

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

 

（2）軋製

 

軋製：將金（jīn）屬坯料通過一（yī）對旋轉軋輥的間隙（各種形狀），因受軋（zhá）輥（gǔn）的壓縮成型軋（zhá）製使（shǐ）材料截麵減小，長度增加的壓力加工方法。

 

軋製分（fèn）類：

按軋件運動分有：縱軋、橫軋、斜軋（zhá）。

 

縱軋:就是金（jīn）屬在兩個旋轉方向相反（fǎn）的（de）軋輥之（zhī）間（jiān）通（tōng）過，並在其間產生塑性變形（xíng）的過程。

橫軋：軋件變形後運動（dòng）方向與軋輥軸線方（fāng）向一致。

斜軋（zhá）：軋件作螺旋運動，軋件與軋輥軸線非特角。

 

應用：

主要用在（zài）金屬（shǔ）材料型材，板，管材等 ，還有一些非金屬材料比（bǐ）如塑料製品及玻璃製（zhì）品。

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在（zài）三向不均勻壓應力作（zuò）用下（xià），從模具的孔口或縫隙擠出使之橫（héng）截麵積減小長度增加，成為所（suǒ）需製品的加工（gōng）方法叫擠壓，坯料的這種加工叫擠壓成型。

 

工（gōng）藝流程：

擠（jǐ）壓前準備→鑄棒加（jiā）熱（rè）→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，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，表麵質量好（hǎo）；

4、設備投資少（shǎo），廠房（fáng）麵積（jī）小，易實現自動化生產。

 

缺點：

1、幾何（hé）廢料損失大；

2、金屬流動（dòng）不均勻；

3、擠壓速（sù）度低，輔助時間（jiān）長；

4、工具損耗大，成本高。

 

生產適用範圍（wéi）：主要（yào）用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷麵零件（jiàn）。

 

（4）拉（lā）拔（bá）

 

拉拔：用外力作用（yòng）於（yú）被拉金屬的前端，將金屬（shǔ）坯料從小（xiǎo）於坯料斷麵的模孔中拉出，以獲得相應的形狀和尺寸的（de）製（zhì）品的一種塑性加工方法。

 

優點：

1. 尺寸精確，表麵光潔（jié）；

2. 工具、設備簡單；

3. 連續高速（sù）生產斷麵小（xiǎo）的長製品。

 

缺點：

1. 道次變形量與兩次退火間的總變形量有（yǒu）限；

2. 長度受限製。

 

生產適用範圍：拉拔是金屬管材、棒材、型材及線材的主要加工方法。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是（shì）靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等（děng）施加外力，使之產生塑性變形或（huò）分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（衝壓件）的（de）成形加工方法。

 

技術特點：

1、可得到（dào）輕量、高剛性之製品。

2、生產性良好，適合大（dà）量生產、成本低。

3、可得到品質均一的製品（pǐn）。，

4、材料（liào）利用率（lǜ）高、剪（jiǎn）切性及回收性良好 。

 

適用範圍：

全世界的鋼材中，有60～70%是板材，其中大部（bù）分經過衝壓（yā）製（zhì）成成品。汽車的（de）車身、底盤、油（yóu）箱（xiāng）、散熱器片，鍋爐的汽包，容器的殼體，電機、電器的鐵芯矽鋼片等都是衝壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產品中（zhōng），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金屬層（céng）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（qiú）的加工過程。

 

常（cháng）用機加工方法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也稱作熔接,鎔接是一種以加熱、高溫或者高壓的方（fāng）式接合金屬或其他熱塑性材料如塑（sù）料的製造工藝及技術。

 

▌ 粉末冶（yě）金

 

粉末冶金：是製取金屬或用金屬粉（fěn）末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經過（guò）成形和燒（shāo）結，製（zhì）造金屬材料、複合（hé）材料以及各種類型製（zhì）品的工藝（yì）技術。

 

優點：

1、絕大多（duō）數難熔金屬及其化合物、假合金、多（duō）孔材料（liào）隻（zhī）能用粉末冶金方法來製造。

2、節約金屬，降低產品成本（běn）。

3、不會給材料任何汙染，有（yǒu）可能製取高純度的材料（liào）。

4、粉末冶金法能保證材料（liào）成分配比的正確性和均（jun1）勻性。

5、粉末冶金適宜於生產同一形狀而數量多的產品，能大大降低生產成本。

 

缺點：

1、在沒有批（pī）量的情況下要考慮 零（líng）件的大小。

2、模具費（fèi）用相對來說要高出鑄造模具。

 

生產適用範圍（wéi）：

粉（fěn）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（rú）含油（yóu）軸承、齒輪、凸輪（lún）、導杆、刀具等。

 

▌ 金（jīn）屬注射成型

 

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

 

MIM工藝流程：

 

MIM流程（chéng）分為四個獨特加工步驟（zhòu）（混合、成型、脫脂和燒結）來實現零部件的（de）生產，針對產品特性決定是（shì）否需要進行表麵處理。

 

 

 

技術（shù）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、對模具材料要求低。

 

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（yǐ）適合注射成型和（hé）維持坯塊的基本形狀。

 

▌ 金屬半固（gù）態成型

 

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

 

半固態成型（xíng）可分（fèn）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、減少液態成型缺陷，顯著提高質量和可靠（kào）性（xìng）；

2、成型溫（wēn）度比全液態成型溫度低，大大減少對模具的熱衝擊；

3、能製造常規液態成型方（fāng）法不可能製造的合金；

 

應用：

目（mù）前（qián）已成功（gōng）用（yòng）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、電子以及消費品等（děng）方麵。