​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（yào）內容，也是製（zhì）造者（zhě）們極度關心的（de）問題，更是材料加工過程中的關鍵因素，今（jīn）天就帶大（dà）家來看看各種金屬（shǔ）成形工（gōng）藝。

 

▌ 鑄造

 

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

 

工藝（yì）流程（chéng）：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（nèi）腔形狀複雜的製件。

2、適應性（xìng）強，合金種類不受限製，鑄件大小幾乎不受限製。

3、材（cái）料來源廣，廢（fèi）品（pǐn）可重熔，設備投資低。

4、廢品率高、表麵質量較低、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造方法。鋼、鐵和大（dà）多數有色合金鑄件都可用砂（shā）型鑄造方法獲得。

 

工藝流程：

 

砂型（xíng）鑄造工藝流程

 

技術特（tè）點：

1、適合於製成形狀（zhuàng）複雜，特別是具有複雜內腔的毛坯（pī）；

2、適應性廣，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（zào）其零件或，毛坯的唯一的成形工（gōng）藝。

 

應用：汽車的發動機氣（qì）缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件

 

（2）熔模鑄造(investmentcasting)

 

熔模鑄造：通常（cháng）是指在易熔材料製成模樣，在模樣表麵包覆若幹層（céng）耐火材料製成型殼，再將模樣（yàng）熔化排出型殼，從（cóng）而獲得無分型（xíng）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（là）鑄造”。

 

工藝（yì）流程：

熔模鑄造（zào）工藝流程

 

優點：

1、尺（chǐ）寸精度和幾何精度高（gāo）；

2、表麵（miàn）粗糙度高；

3、能夠鑄造外型複雜的鑄（zhù）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（zhuàng）複雜、精度要求高、或很難進行其它加工的（de）小型零件，如渦輪發（fā）動機的（de）葉片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利用高壓（yā）將金屬液高速壓入一精密金（jīn）屬模具（jù）型腔內，金屬液在壓（yā）力作用下冷（lěng）卻凝固而形成鑄件。

 

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，互換性好；

3、生產效率高，壓鑄模使（shǐ）用次數多；

4、適合大批大量生產，經濟效益好。

 

缺點（diǎn）：

1、鑄件容易（yì）產生細小的氣孔和縮鬆。

2、壓鑄件塑性低，不宜在衝擊載荷及有震動（dòng）的情況下工作；

3、高熔（róng）點合金壓鑄時，鑄型（xíng）壽（shòu）命低，影響壓鑄生產的擴大。

 

應用：壓鑄件最先應用在汽車工業和（hé）儀表（biǎo）工業（yè），後（hòu）來逐步擴大到各個行業，如農業機（jī）械、機（jī）床工業、電子工業、國防工業、計算機、醫療（liáo）器械、鍾表、照相機和日用五金（jīn）等多個行業。

 

（4）低壓（yā）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（chōng）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（lì）和速度可以調節，故（gù）可（kě）適用於各種不同鑄型（如金屬（shǔ）型、砂型等），鑄（zhù）造各種合金及各種大小的鑄件；

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

3、鑄件在壓力下結晶（jīng），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（de）鑄造尤為有利（lì）；

4、省去補縮冒口，金屬利用率提（tí）高到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。

 

應用：以傳統產品為主（zhǔ）（氣缸頭、輪轂、氣缸架（jià）等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

離（lí）心鑄造：是將金屬液澆入旋轉的鑄型中，在（zài）離心力作用下填（tián）充鑄型而凝（níng）固成形的一種（zhǒng）鑄（zhù）造方法（fǎ）。

 

優點：

1、幾乎不存在澆注係統和冒口係統的金屬消耗，提高工藝出品率；

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

3、鑄件致密度高，氣孔、夾渣等（děng）缺陷少，力學性能（néng）高；

4、便於製造筒、套類（lèi）複合金屬（shǔ）鑄件。

 

缺點：

1、用（yòng）於生產異形鑄件時有（yǒu）一定的局限性（xìng）；

2、鑄件內孔直徑不準確，內孔表麵比較粗糙，質量較差，加工餘量大（dà）；

3、鑄件易產生比重（chóng）偏析。

 

應用：

離（lí）心鑄造（zào）最早用於生產鑄（zhù）管，國內（nèi）外在冶金、礦山、交通、排灌機械、航空、國防、汽車等行業中均采（cǎi）用離（lí）心鑄造工藝，來生產鋼、鐵及非鐵碳合金鑄件。其中尤（yóu）以（yǐ）離心鑄鐵管（guǎn）、內燃機缸（gāng）套和軸（zhóu）套等（děng）鑄件的（de）生產最為普遍。

 

（6）金屬型鑄（zhù）造(gravity die casting)

 

金屬型鑄（zhù）造（zào）：指液態金屬在（zài）重力作用下充填（tián）金屬鑄型並在型中（zhōng）冷卻凝固而獲得鑄件的一種成型方法。

 

優點:

1、金屬（shǔ）型的熱導率和熱容量大，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、能獲得較高尺寸精度（dù）和較低表麵粗糙度值的鑄件（jiàn），並且質量穩（wěn）定性好。

3、因不用（yòng）和很少用砂芯，改（gǎi）善環境、減少粉塵和有害氣（qì）體、降低勞動強度（dù）。

 

缺點：

1、金屬型（xíng）本身無透氣性，必須采用一定的措施導出型腔中的空氣和（hé）砂（shā）芯所（suǒ）產生的氣體；

2、金屬型無退（tuì）讓性（xìng），鑄件凝固時（shí）容易產生裂（liè）紋；

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

 

應用：

金屬型鑄造既適用於大批量生產形（xíng）狀複（fù）雜的鋁合（hé）金、鎂合金等非鐵合金鑄（zhù）件，也適合於生（shēng）產鋼鐵金屬的鑄件、鑄錠等。

 

（7）真空壓鑄(vacuumdie casting)

 

真空鑄造（zào）：通過在（zài）壓鑄過程中（zhōng）抽除壓鑄模（mó）具（jù）型腔內的氣體而消除或顯著減少壓（yā）鑄件內的氣孔和溶解（jiě）氣體，從而提高壓鑄件力學（xué）性能和（hé）表麵質（zhì）量的（de）先進壓鑄工藝。

 

優點：

1、消除或減少（shǎo）壓鑄件內部的（de）氣孔，提高壓鑄件的機械（xiè）性能和表麵質量，改善（shàn）鍍覆性能;

2、減少型腔的（de）反壓（yā）力，可使用較低的比壓及鑄造性能較差（chà）的合金，有可能用小機器壓（yā）鑄較大的鑄件;

3、改善了充填條（tiáo）件，可壓鑄較（jiào）薄的鑄件;

 

缺點：

1、模具密封結構複雜，製造及安（ān）裝較困難（nán），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：是使液態或半固態金（jīn）屬在高壓下凝固、流動成形，直接獲得製件或毛坯（pī）的方法。它具有液態金屬利用率高、工序簡化和質量穩定等優點，是一種節能型（xíng）的、具有潛在應用前景的金屬成形技術。

 

直接擠壓（yā）鑄造：噴塗料、澆合金、合模（mó）、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（xíng）、加壓、保壓（yā）、泄壓，分模、毛坯脫模（mó）、複位。

 

技術特（tè）點：

1、可消（xiāo）除內部的氣孔、縮孔和縮鬆等缺（quē）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（yòng）：可用於（yú）生產各種類型的（de）合金，如（rú）鋁合金（jīn）、鋅合金（jīn）、銅合金、球墨鑄鐵等

 

（9）消（xiāo）失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又稱實型鑄造）：是將（jiāng）與鑄件尺（chǐ）寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘（zhān）結（jié）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造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液（yè）體金屬占據模型位置，凝固冷卻後形成鑄件的新型鑄（zhù）造方法。

 

工藝流程：預發泡→發泡成型→浸塗料→烘（hōng）幹→造型→澆注→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、無分型麵（miàn），設計靈活，自由度高；

3、清潔生產，無汙染；

4、降低投資（zī）和（hé）生產成本。

 

應用：

適合（hé）成產結構複雜（zá）的各（gè）種大小較精密鑄件，合金種類（lèi）不限，生（shēng）產批量不限。如灰鑄鐵發動機箱體、高錳鋼彎管等。

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連續鑄造：是一種先進的鑄（zhù）造方法（fǎ），其原理是將熔（róng）融的金屬，不斷澆入一種叫做（zuò）結晶器的特殊（shū）金屬型中，凝固（gù）（結殼）了的鑄件，連續不斷地從結晶（jīng）器的另一端拉出（chū），它可獲得任（rèn）意（yì）長或特定（dìng）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，機械性能較好；

2、節約金屬，提高收得率；

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

4、連續鑄造（zào）生產易於實現機械化和（hé）自動化，提高生產效率。

 

應用（yòng）：

用連續鑄造法可（kě）以澆注鋼、鐵、銅合（hé）金、鋁合金、鎂（měi）合金等斷（duàn）麵形狀不變的長鑄件，如鑄錠、板坯、棒坯、管子等。

 

▌ 塑性成（chéng）形

 

塑性成形：就（jiù）是利用材（cái）料的塑性，在工具及模具的外力作用下來加工製件的（de）少切削或無切削的工藝（yì）方法。它的種類有（yǒu）很多，主要包括鍛造、軋製、擠壓、拉拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

鍛造（zào）：是一種（zhǒng）利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生（shēng）塑性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。

 

根據成形機（jī）理，鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾（niǎn）環、特殊鍛（duàn）造。

 

自由鍛造：一（yī）般是在錘鍛或者（zhě）水壓機上，利用簡單的工（gōng）具將金（jīn）屬錠或者塊料錘成所需（xū）要形狀和尺寸的加工（gōng）方法。

 

模鍛：是在模鍛錘或者熱模鍛壓力機（jī）上利用（yòng）模具來成形的（de）。

 

碾環：指通過專用設備碾環機生產不同直（zhí）徑的環形零件（jiàn），也用來生（shēng）產汽車輪（lún）轂、火車車輪等輪形零件。

 

特種鍛造：包括輥（gǔn）鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態模鍛等鍛造（zào）方式，這些方式都比較（jiào）適用於（yú）生產某些特殊形狀（zhuàng）的零件。

 

工藝流程：鍛坯（pī）加（jiā）熱→輥鍛備坯→模鍛成形→切邊（biān）→衝（chōng）孔→矯正→中間檢驗→鍛件熱處理（lǐ）→清理→矯（jiǎo）正→檢（jiǎn）查

 

技術特點：

1、鍛件質量（liàng）比鑄件高能承（chéng）受大的衝擊力作用，塑性、韌性和其他方麵的力學性能（néng）也都比鑄件高甚（shèn）至比軋件高。

2、節約原材料，還能（néng）縮短加（jiā）工工時。

3、生產效率高例（lì）。

4、自由鍛造適合於（yú）單件小批量生產，靈活性比較大。

 

應用：

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

 

（2）軋製

 

軋製：將金屬坯料通過一對旋轉軋輥的間隙（各種形狀），因受軋輥的（de）壓縮成型軋製使材料截麵減小，長度增加的壓力加（jiā）工方法。

 

軋製分（fèn）類：

按軋件運（yùn）動分（fèn）有（yǒu）：縱軋（zhá）、橫軋、斜軋（zhá）。

 

縱軋:就是金（jīn）屬在（zài）兩個旋轉方向相反的（de）軋輥之間通過，並在（zài）其間（jiān）產生（shēng）塑性變形的過（guò）程。

橫（héng）軋（zhá）：軋件變形後運（yùn）動方向與軋（zhá）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（zhǔ）要用在金屬材料型材，板，管材（cái）等 ，還有一些非金屬材料比如塑料製品及玻璃製品。

 

（3）擠壓

 

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

 

工藝流程：

擠壓前準備→鑄棒加（jiā）熱→擠壓→拉伸扭（niǔ）擰校直→鋸切（定尺（chǐ））→取樣檢查→人（rén）工時效→包裝

優點：

1、生產範圍廣，產品規（guī）格、品種多；

2、生產靈活性大，適（shì）合小批量生產；

3、產（chǎn）品尺寸精度高，表麵質量好；

4、設備（bèi）投資少，廠房麵積小，易實現自（zì）動（dòng）化生產。

 

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、工具損耗大，成（chéng）本高。

 

生產適（shì）用（yòng）範圍：主（zhǔ）要用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷（duàn）麵零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用外力作用於被拉金屬的前端，將金屬坯料從小於坯料斷（duàn）麵的（de）模孔中拉出，以（yǐ）獲得相應的形狀和尺寸的製品的一種塑性加工方法。

 

優點：

1. 尺（chǐ）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（pǐn）。

 

缺（quē）點（diǎn）：

1. 道（dào）次變形量與兩次退火間的總變形量（liàng）有限；

2. 長度受限製。

 

生產適用範圍：拉拔是金屬管材、棒材、型材及線材（cái）的主要加工方法。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是靠壓力機和模具（jù）對板材、帶（dài）材、管材（cái）和型材（cái）等施加外力，使之產生塑性變形或（huò）分離，從而獲得所需（xū）形狀和（hé）尺寸的工件（衝壓件）的（de）成形加工方法。

 

技術特點：

1、可得到輕量、高剛性之製品。

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（lǜ）高、剪切性及（jí）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（fèn）經過衝壓製成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器（qì）片，鍋爐（lú）的汽包，容器的殼體，電機（jī）、電器的（de）鐵芯（xīn）矽鋼片等都是衝壓加工的。儀器儀表、家用電（diàn）器、自（zì）行車、辦公機械、生活器皿等產品中，也有（yǒu）大量衝壓件。

 

▌ 機加工

 

機加工：是（shì）在在零件生（shēng）產過程中，直接用（yòng）刀具在毛坯上切除多餘金屬層厚度，使之或者圖（tú）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。

 

常用機加工方法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也（yě）稱作熔接,鎔接（jiē）是一（yī）種以加熱、高溫（wēn）或者（zhě）高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料（liào）的製造工藝及（jí）技術（shù）。

 

▌ 粉末冶（yě）金

 

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

 

優點（diǎn）：

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

2、節約金屬，降（jiàng）低產品成本（běn）。

3、不（bú）會給材料任何汙染，有可能製取高純度（dù）的材料（liào）。

4、粉末冶金法能保證材（cái）料成分配比（bǐ）的正確性（xìng）和均勻性。

5、粉末冶（yě）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鑄（zhù）造（zào）模具。

 

生產適用範圍：

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

 

▌ 金屬注（zhù）射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬注射成形的簡稱。是將金屬粉末與（yǔ）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（xíng）所需要的形狀。

 

MIM工藝流程（chéng）：

 

MIM流程（chéng）分為四個獨特（tè）加工步驟（混合、成型、脫脂和燒結）來實（shí）現零部件的生產，針對產品特性決定是否（fǒu）需（xū）要進（jìn）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（lǜ）低、生產效率高、易於實現自動化；

3、對（duì）模具材料要求（qiú）低。

 

技（jì）術核心：

粘接劑是MIM技術的核心（xīn）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成型和維持坯塊的（de）基本形狀。

 

▌ 金屬半固態成型（xíng）

 

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（biàn）性和攪熔性來控製鑄件的質量（liàng）。

 

半（bàn）固（gù）態成型可分為（wéi）流變成型和觸變（biàn）成型。

 

(1)流變（biàn）成（chéng）型（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)觸變成型（xíng）（Thixoforming）

 

技術（shù）特點：

1、減少液態成型缺陷，顯著提高質量和可靠性（xìng）；

2、成型溫度比全液態成型溫度（dù）低，大（dà）大減少對模具的熱衝擊；

3、能製造常規液態成型方法不（bú）可能製造（zào）的合金；

 

應用：

目前已成功用於主缸（gāng）、轉向係統零件、搖臂、發動（dòng）機（jī）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（yǐ）及（jí）消費（fèi）品等方麵。