各種金屬材料的成形工藝（yì）大全

　　

 

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

 

▌ 鑄造

 

液態金屬澆注到與零（líng）件形狀（zhuàng）、尺寸相適應（yīng）的鑄型型（xíng）腔中，待（dài）其冷卻凝固，以獲得毛坯（pī）或零件的生產方法，通常稱為金屬液態成（chéng）形或鑄造。

 

工藝流程：液體金屬→充型→凝（níng）固收縮→鑄件

 

工藝特點：

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

2、適應性強，合金種類不受限製，鑄件大小幾乎（hū）不受限製。

3、材料來源廣，廢品可重熔，設備（bèi）投資低。

4、廢（fèi）品（pǐn）率高、表麵質量較（jiào）低（dī）、勞動條件差。

 

鑄造分類 ：

 

（1）砂型鑄造（sand casting）

 

砂型鑄造：在砂型（xíng）中生產鑄件的鑄（zhù）造方法。鋼、鐵和大多（duō）數有色合金鑄（zhù）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（jì）術特點：

1、適合於製成形狀複雜，特別是具有複雜內腔的（de）毛坯；

2、適應性廣（guǎng），成本低（dī）；

3、對於某些塑性很差（chà）的材料，如鑄鐵等，砂型鑄造是製造其零件或（huò），毛坯的唯一的成（chéng）形工藝。

 

應用：汽車（chē）的（de）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（tōng）常是指在易熔材料製（zhì）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（fèn）型麵的鑄型，經高溫焙燒後（hòu）即可填（tián）砂澆注的鑄造方案。常稱為（wéi）“失蠟鑄造”。

 

工（gōng）藝流程：

熔（róng）模鑄造工藝流程

 

優點：

1、尺寸（cùn）精度和幾何精度高；

2、表麵粗糙度高；

3、能夠鑄（zhù）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（yīng）用：適用於生產形狀複雜、精度要求高、或很難進行其它加工的小型零（líng）件，如渦輪發動（dòng）機的葉片等（děng）。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利用高壓將金（jīn）屬液高速壓入一精密金屬模具型腔內，金屬液（yè）在壓力作用下冷卻（què）凝固而形成鑄件。

 

工藝流程（chéng）：

 

優點：

1、壓鑄時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：

1、鑄（zhù）件容易產生細小的氣孔和縮鬆。

2、壓鑄件塑性低，不（bú）宜在衝擊載荷及有震動的情況下工作；

3、高（gāo）熔點合金壓鑄時，鑄型壽命低，影響壓（yā）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業，後來逐（zhú）步擴大到各個行業（yè），如農業機械、機床工業、電子（zǐ）工業、國防工業、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（yè）體金屬在較低壓力（lì）(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.。

 

技術特點：

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

2、采（cǎi）用底注式充型，金屬液充型（xíng）平穩，無飛濺現象，可避（bì）免卷入氣體及對型壁和（hé）型芯的衝刷（shuā），提高了鑄件的合格率；

3、鑄件在壓力下結晶（jīng），鑄件組織（zhī）致密、輪廓清晰、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（mào）口，金屬利用率提高到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（氣缸頭、輪轂、氣（qì）缸架等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

離心（xīn）鑄造：是將金屬液澆入（rù）旋轉的鑄型中，在離心力（lì）作用下填充鑄型而凝固成形的一種（zhǒng）鑄造方法。

 

優點：

1、幾乎不存在澆注係統和冒口係統（tǒng）的金屬消耗，提高工藝（yì）出品率；

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

3、鑄件（jiàn）致（zhì）密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學性（xìng）能高；

4、便於（yú）製（zhì）造（zào）筒、套類複合（hé）金屬鑄件。

 

缺點：

1、用於生產異形鑄件時有一定的局（jú）限性；

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

3、鑄件易產生（shēng）比（bǐ）重偏（piān）析。

 

應用：

離心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工藝，來生產鋼、鐵（tiě）及非鐵碳合（hé）金鑄件。其中尤（yóu）以離（lí）心鑄鐵管（guǎn）、內燃機（jī）缸套和軸套等鑄件的生產最為普遍（biàn）。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

金屬（shǔ）型鑄（zhù）造：指液態金屬（shǔ）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一種成（chéng）型方法。

 

優點:

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

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

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

 

缺點：

1、金屬型本身（shēn）無透氣性，必須采用一定的措施導出（chū）型（xíng）腔（qiāng）中的空氣和砂芯所產生的氣體；

2、金屬型無退讓性，鑄（zhù）件凝固時容易產生裂紋；

3、金屬（shǔ）型製造（zào）周期較長，成（chéng）本較高。因（yīn）此隻（zhī）有在大量成批生產時，才能顯示出好的經濟效果。

 

應用（yòng）：

金屬（shǔ）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，也適合於生產鋼鐵金（jīn）屬的鑄件、鑄錠等。

 

（7）真空壓（yā）鑄(vacuumdie casting)

 

真空鑄造：通過在壓鑄過程中抽除壓鑄（zhù）模（mó）具（jù）型（xíng）腔內的氣體而（ér）消除或顯著減少壓鑄件內的氣孔（kǒng）和溶（róng）解氣體（tǐ），從而提高壓鑄件力學性能和表麵質量的先進壓鑄工藝。

 

優點（diǎn）：

1、消（xiāo）除或減少壓鑄件內部的（de）氣孔，提高壓鑄（zhù）件的機械性能和表麵質量，改善鍍覆（fù）性能;

2、減少型腔的反壓力，可使用較低的比壓及鑄造性能較（jiào）差的合金，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（jiào）薄的鑄件;

 

缺點：

1、模具密封（fēng）結構複雜，製造及安裝較困難，因而成本較高;

2、 真空（kōng）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（tài）或半固態金屬在高壓（yā）下凝固、流動成形，直接獲得（dé）製件或毛坯的方（fāng）法。它具有（yǒu）液態金屬利用率高、工序簡化和質量穩定（dìng）等優（yōu）點，是一（yī）種節能型的、具有（yǒu）潛在應（yīng）用前景的金屬成（chéng）形技術。

 

直（zhí）接擠壓鑄（zhù）造（zào）：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：噴塗料、合模、給料、充（chōng）型、加（jiā）壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位。

 

技術特點：

1、可消除內部（bù）的氣孔、縮孔和縮鬆等缺陷；

2、表麵粗（cū）糙度低，尺寸（cùn）精度（dù）高；

3、可防止鑄造裂紋的產生；

4、便於實現機械化、自動化。

 

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

 

（9）消（xiāo）失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又稱實型鑄造）：是將與鑄件尺寸（cùn）形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結組合成模型簇，刷塗耐火（huǒ）塗料並烘幹後，埋（mái）在幹（gàn）石英砂中振（zhèn）動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷（lěng）卻後形成鑄件（jiàn）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

 

 

 

技術特點：

1、鑄件精度高，無砂芯，減少（shǎo）了加工時間；

2、無分型麵（miàn），設計靈活（huó），自由度高；

3、清潔（jié）生產，無汙染；

4、降低投資（zī）和生產成本。

 

應用：

適合成產結構複雜的各種大小較精密鑄件，合金種（zhǒng）類不限，生產批量不限。如灰鑄鐵發動（dòng）機箱體、高（gāo）錳鋼彎管等。

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連（lián）續鑄造：是一種先進的鑄造方法，其原理是（shì）將熔融的金（jīn）屬（shǔ），不斷澆入一種叫（jiào）做結晶器的特（tè）殊（shū）金（jīn）屬型（xíng）中，凝固（結（jié）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定的長度的鑄件。

 

技術特點（diǎn）：

1、由於金屬被迅速冷卻，結晶致（zhì）密，組織均勻，機械性能（néng）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；所需生產麵積也大為（wéi）減少；

4、連續鑄造生產易於實現機械化和自（zì）動（dòng）化（huà），提高生產效率。

 

應用：

用連續（xù）鑄造法可以澆注鋼（gāng）、鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金（jīn）等斷麵形狀不（bú）變的長鑄件，如鑄錠、板坯、棒坯、管子（zǐ）等。

 

▌ 塑性（xìng）成形

 

塑性成形：就是利（lì）用材料的塑性，在工具及模具的外力作用下來加工製件的少切削或無（wú）切（qiē）削的工藝方法。它（tā）的種（zhǒng）類（lèi）有很多，主要包括鍛造、軋製、擠壓、拉（lā）拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

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

 

根據成形機理，鍛造可（kě）分為（wéi）自由鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造。

 

自由鍛（duàn）造：一（yī）般（bān）是在錘鍛或者水壓機上（shàng），利用簡單的工具將（jiāng）金屬錠或者（zhě）塊料錘成（chéng）所需要形狀和尺寸的加工方法。

 

模鍛：是在模鍛錘（chuí）或者熱模鍛壓力機上利用模具來（lái）成形的。

 

碾環：指通過專用設（shè）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（lún）等（děng）輪形零件。

 

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

 

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

 

技術特（tè）點（diǎn）：

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

2、節約原材（cái）料，還能縮短加工（gōng）工時。

3、生產效率高例。

4、自由鍛造適合於（yú）單件小（xiǎo）批（pī）量生產，靈活性比較大。

 

應用：

大型軋鋼機的軋輥、人（rén）字（zì）齒輪，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，汽車和拖拉機的曲軸、連杆等。

 

（2）軋製

 

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

 

軋製分類：

按軋件運動分有：縱軋、橫軋、斜軋。

 

縱軋:就是金屬在兩（liǎng）個旋（xuán）轉方向相反的軋輥之（zhī）間通過（guò），並在其間產生塑性變形的過程（chéng）。

橫軋：軋件變形後運動方向（xiàng）與軋輥軸線方向一致。

斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與軋（zhá）輥軸線非特角。

 

應用：

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

 

（3）擠壓（yā）

 

擠壓：坯料在三（sān）向不均勻壓應力作（zuò）用下（xià），從模（mó）具（jù）的（de）孔口或縫隙擠出使之橫截麵積減小長度增加，成為所需製品的加工方法叫擠（jǐ）壓，坯料的這種加工叫擠壓成型。

 

工藝流程：

擠（jǐ）壓前準（zhǔn）備→鑄（zhù）棒加熱（rè）→擠（jǐ）壓→拉伸（shēn）扭擰校直→鋸切（定尺）→取樣檢查→人（rén）工時（shí）效→包裝

優點：

1、生產範（fàn）圍廣（guǎng），產品規格、品種多；

2、生產靈活性大（dà），適合小批量生產；

3、產品尺寸精度高，表麵質量好；

4、設備投資（zī）少（shǎo），廠房麵積小，易實現自動化（huà）生產。

 

缺點：

1、幾（jǐ）何廢料損失（shī）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，成本高。

 

生產適用範圍（wéi）：主要用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷麵零件。

 

（4）拉（lā）拔

 

拉（lā）拔：用外力作（zuò）用於被（bèi）拉金屬的前端，將（jiāng）金屬坯料從小於坯料斷麵的模孔中拉出，以（yǐ）獲得相應的形狀和尺寸的製品的一種塑性加（jiā）工方法。

 

優點：

1. 尺寸精確，表麵光潔；

2. 工具、設備簡單；

3. 連續（xù）高速生產斷麵小的長（zhǎng）製品。

 

缺點：

1. 道次變形（xíng）量與兩次退火間的總變形量有限；

2. 長度受限（xiàn）製。

 

生產（chǎn）適用範圍：拉拔是金屬（shǔ）管材、棒材、型材及線（xiàn）材的（de）主要加工（gōng）方法。

 

（5）衝壓

 

衝壓：是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之（zhī）產生（shēng）塑性變形或分離，從（cóng）而獲得所需形狀和尺（chǐ）寸的工件（衝壓件）的成形加工方法。

 

技術特點：

1、可得到輕量、高剛性之製（zhì）品。

2、生產性（xìng）良好，適（shì）合（hé）大量生產、成本低。

3、可得（dé）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（shì）用範圍：

全世界的（de）鋼材中，有60～70%是板材，其中大部分經過衝壓製成成品。汽車的車身、底（dǐ）盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包，容器的殼（ké）體，電機、電器的鐵芯矽（guī）鋼片（piàn）等都（dōu）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（mǐn）等產品中，也有大（dà）量衝壓件。

 

▌ 機加（jiā）工（gōng）

 

機加工：是在在零件生（shēng）產過程中，直接用刀具在毛坯上（shàng）切除多餘金屬（shǔ）層厚度，使之（zhī）或者圖紙要求的尺（chǐ）寸精度、形狀和位置相互精度（dù）、表麵質量等技術要求的（de）加（jiā）工過（guò）程。

 

常用機加工方法：

 

▌ 焊接

 

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

 

▌ 粉末冶金

 

粉末冶金：是製取金屬或用金（jīn）屬（shǔ）粉末（或金屬（shǔ）粉末與非金屬粉末的（de）混合物）作為原料，經過成形和燒結，製造金屬材料、複合材料以及各種類（lèi）型製品的工藝技（jì）術。

 

優點：

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

2、節（jiē）約金屬，降低產品成本。

3、不會給材料任何汙染，有可能製取高純度的材料（liào）。

4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均（jun1）勻性。

5、粉末冶金適（shì）宜（yí）於（yú）生產同一形狀而數量多的產（chǎn）品，能大大降低生產成本。

 

缺（quē）點：

1、在（zài）沒有批（pī）量的情況下要考慮（lǜ） 零（líng）件的大（dà）小。

2、模具費用相對來說要（yào）高出鑄造模具。

 

生產適（shì）用（yòng）範圍：

粉末冶（yě）金技術可以直接製成多孔、半致密或全致密材料和（hé）製品，如含油軸（zhóu）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）粉末與其粘結劑的增塑混（hún）合料注射於模型中的成形（xíng）方法（fǎ）。它（tā）是先將所選粉末與粘結劑進行（háng）混合，然後（hòu）將（jiāng）混（hún）合料進行製粒再注射成形所需（xū）要的形狀。

 

MIM工藝流程：

 

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

 

 

 

技（jì）術特點：

1、一次成型負（fù）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。

 

技術核心：

粘接劑（jì）是MIM技術的核心隻有加入一定量的粘（zhān）接劑，粉（fěn）末（mò）才具（jù）有增（zēng）強流動性以適合（hé）注射成型和維持坯塊（kuài）的基本形狀。

 

▌ 金屬半固態成型

 

半（bàn）固態成型：利用非（fēi）枝晶半固態金屬（Semi-SolidMetals，簡（jiǎn）稱SSM）獨有的流變性和攪熔性來控製鑄件的質量。

 

半固態成型可分（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（shù）特點：

1、減少液態成型缺陷，顯著提高質量和可（kě）靠性；

2、成型溫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法不可能製造的合金；

 

應用：

目前已（yǐ）成功用於主缸、轉向係統零件、搖臂、發動機活（huó）塞（sāi）、輪轂、傳動係統零件、燃油係統零件和（hé）空調零件等製造等（děng）航空、電子以及消（xiāo）費（fèi）品等方麵。