各種金屬材料的成形工藝大全

　　

 

材料成形方法是零件設（shè）計（jì）的重要內容，也是製造者們極（jí）度關心的問題，更（gèng）是（shì）材料加工過程中的（de）關鍵因素，今天就帶大家來看看各種金屬成形工藝（yì）。

 

▌ 鑄造

 

液（yè）態金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應的鑄（zhù）型型腔中（zhōng），待其（qí）冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產方法，通常稱為金屬液態（tài）成形或鑄造。

 

工藝流程：液體金屬→充（chōng）型→凝固收縮→鑄件

 

工藝特點：

1、可生產形（xíng）狀任意複雜的製件，特（tè）別是內腔（qiāng）形狀複（fù）雜的製件。

2、適應（yīng）性強，合金種類不受限（xiàn）製，鑄件大小（xiǎo）幾乎不受限製。

3、材料來源廣，廢品可重熔，設備投資低。

4、廢品率高、表麵質量較低、勞動條件差。

 

鑄造分類 ：

 

（1）砂型（xíng）鑄造（sand casting）

 

砂型（xíng）鑄造：在砂型中（zhōng）生產鑄件的鑄（zhù）造方法。鋼、鐵和大多（duō）數有色合金鑄件都可用砂（shā）型鑄造方法獲得。

 

工藝流程：

 

砂型鑄造工藝流程

 

技術特點：

1、適（shì）合於製成形（xíng）狀複（fù）雜，特別是具有複雜內腔的毛坯；

2、適應性廣，成本低；

3、對（duì）於某些塑性很差的材料，如鑄（zhù）鐵（tiě）等，砂型鑄造是製造（zào）其零件或，毛坯的唯一的成形工藝。

 

應（yīng）用（yòng）：汽車的發動機氣缸體、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（cái）料製成模（mó）樣，在模樣表麵（miàn）包（bāo）覆若幹層耐火（huǒ）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（tián）砂澆注的鑄造方案（àn）。常稱為“失（shī）蠟鑄造”。

 

工（gōng）藝（yì）流程：

熔模鑄造工藝流（liú）程

 

優點（diǎn）：

1、尺寸精度和幾何精度高（gāo）；

2、表麵（miàn）粗（cū）糙度高；

3、能夠鑄造外型複（fù）雜的鑄件，且鑄造（zào）的合金不受限製。

 

缺點：工序繁雜，費用較（jiào）高（gāo）

 

應用：適用於生產形狀複雜、精度要求高、或很難（nán）進行其它加工（gōng）的（de）小型零件（jiàn），如渦輪發動機的（de）葉（yè）片等。

 

（3）壓（yā）力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利用高壓將金（jīn）屬液高速（sù）壓入一精密金屬模具型腔內，金屬液在壓（yā）力作用下（xià）冷卻凝固而形（xíng）成鑄件（jiàn）。

 

工藝流程：

 

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，壓鑄模使用次數多（duō）；

4、適合大批大量生產，經濟效益好。

 

缺（quē）點：

1、鑄件容易產生細小的氣孔和縮鬆（sōng）。

2、壓鑄件塑（sù）性低，不宜在衝擊載荷及有震動（dòng）的情況下工作；

3、高熔點合金壓鑄時，鑄型壽命低，影響壓鑄生產的擴大。

 

應用：壓鑄件最先應用（yòng）在汽車工（gōng）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（jī）、醫療器械、鍾表（biǎo）、照相機和日用五金等多個行業。

 

（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，並在壓力（lì）下結晶以形成鑄件的方（fāng）法.。

 

技術特點：

1、澆注時的壓力和速度可以調（diào）節，故可適（shì）用於各種不同鑄型（如（rú）金屬（shǔ）型、砂型等），鑄造各種合金及各種大小的鑄件；

2、采用底注式充型，金屬液充型平（píng）穩，無飛（fēi）濺現象，可避免卷入氣體及對（duì）型壁和型（xíng）芯（xīn）的衝刷，提高了鑄件的合格率；

3、鑄（zhù）件在（zài）壓力下結晶，鑄件組織致密、輪廓清晰、表麵光潔，力學性能（néng）較高，對於大薄壁件的鑄造（zào）尤為有利（lì）；

4、省去補縮冒口，金屬利用率提高到90～98%；

5、勞動強度低，勞動條件好，設備（bèi）簡易，易實現機械化和（hé）自動化。

 

應用：以傳統產品為主（氣（qì）缸頭、輪（lún）轂、氣缸架等（děng））。

 

（5）離心（xīn）鑄造(centrifugal casting)

 

離心鑄造（zào）：是將金屬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（zhǒng）鑄造方（fāng）法。

 

優點：

1、幾乎（hū）不存在（zài）澆注係統和冒口係統的金屬消耗，提（tí）高工藝出品率；

2、生（shēng）產中空鑄（zhù）件（jiàn）時可不用型芯，故在生產長管形鑄件時可大幅度地改善金屬（shǔ）充型能（néng）力；

3、鑄（zhù）件致密度（dù）高（gāo），氣孔、夾（jiá）渣等缺陷少，力學性能高；

4、便於製造筒（tǒng）、套類（lèi）複合金屬鑄件。

 

缺點：

1、用（yòng）於生產異形鑄件時有一定的局限性；

2、鑄件（jiàn）內孔直徑不準確，內孔表（biǎo）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（zǎo）用於生產鑄管，國（guó）內外在冶金、礦山、交通、排灌機（jī）械、航空、國防、汽（qì）車等行業中均采用離心鑄造工藝（yì），來生產鋼、鐵及非鐵碳合金鑄件。其中尤以離心鑄鐵管、內燃機缸套（tào）和軸套等鑄件的生產最為普遍。

 

（6）金屬型（xíng）鑄造(gravity die casting)

 

金（jīn）屬型鑄造：指液態金屬（shǔ）在重力作用下充（chōng）填金屬鑄型並在型中冷卻（què）凝固而獲得鑄件的一種成型方法。

 

優點:

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

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

3、因不用和很少用砂芯，改善（shàn）環境、減少粉塵和（hé）有害氣體、降低（dī）勞動強度。

 

缺點：

1、金屬型本身無透氣性，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（níng）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（shí），才能顯示出好的經濟效果。

 

應用：

金屬型鑄造既適用於（yú）大批量（liàng）生產形狀複（fù）雜（zá）的鋁合金、鎂合金等非鐵合金鑄件，也適合於（yú）生產鋼鐵金（jīn）屬的鑄件、鑄錠等。

 

（7）真空（kōng）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而消除或顯著減少壓鑄件內的氣孔和溶解（jiě）氣（qì）體，從而提高壓鑄件力學性能和表麵質（zhì）量的先進壓鑄工藝。

 

優點：

1、消除或減（jiǎn）少壓鑄件內部（bù）的氣孔，提高壓鑄件的機械性能和表麵質（zhì）量，改善鍍覆性能;

2、減少型（xíng）腔的反壓力，可使用較低的比壓及鑄造（zào）性能較差的合金，有可能用小機器壓鑄（zhù）較大的鑄件;

3、改善了充填條件，可壓鑄較薄的鑄件（jiàn）;

 

缺（quē）點：

1、模具密封結構複雜，製造及安裝較（jiào）困難，因而成本較高;

2、 真（zhēn）空壓鑄法如控製不當，效果（guǒ）就不是很顯著（zhe）。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓鑄造：是使液（yè）態或（huò）半固（gù）態金屬在高壓下凝固、流動（dòng）成形（xíng），直接獲得製件或毛坯的方法（fǎ）。它具有液態金屬利用率高、工序簡化和質（zhì）量穩定等優點，是（shì）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（zào）：噴（pēn）塗料、澆合金、合模、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位；

 

間（jiān）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、複位。

 

技（jì）術特點：

1、可消除內部（bù）的氣孔、縮孔和縮鬆等缺陷；

2、表麵粗糙（cāo）度低，尺寸精度高；

3、可防止鑄造（zào）裂（liè）紋的產生；

4、便於實現機械化、自動化（huà）。

 

應用：可用於生產各（gè）種（zhǒng）類型的合金，如鋁合金、鋅合金、銅合金、球墨鑄鐵等

 

（9）消（xiāo）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蠟或泡沫模型（xíng）粘結（jié）組合成模型簇，刷塗耐火塗料（liào）並烘幹後，埋在幹石（shí）英砂中振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬（shǔ）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（liào）→烘幹→造型→澆注→落砂→清理

 

 

 

技術特點（diǎn）：

1、鑄件精（jīng）度高，無砂芯，減少了加工時間；

2、無分型麵，設計靈活，自由度高（gāo）；

3、清潔生產，無汙染；

4、降低投（tóu）資和生產成（chéng）本。

 

應用：

適合成（chéng）產（chǎn）結構複雜的各種大小（xiǎo）較精密鑄件（jiàn），合金種類不限，生產批量不限。如灰（huī）鑄鐵發動機箱體（tǐ）、高（gāo）錳鋼彎管等。

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連續（xù）鑄造：是一種先進的鑄造方法，其原（yuán）理是將熔融的金屬（shǔ），不斷澆入一種叫做結晶器的特（tè）殊（shū）金屬型（xíng）中，凝固（結殼）了的鑄件，連續不斷地從結晶（jīng）器的另一端拉出，它可獲得任意長或特定的長度的（de）鑄件。

 

技術特點：

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（shōu）得率；

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

4、連續鑄造生（shēng）產易於實現機械化和自動化，提高生產效率。

 

應用：

用連（lián）續鑄造法（fǎ）可以澆注鋼、鐵、銅合金（jīn）、鋁合金、鎂合（hé）金等斷麵（miàn）形狀不（bú）變的長（zhǎng）鑄（zhù）件，如鑄錠、板坯、棒坯、管子等。

 

▌ 塑性成形

 

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

 

（1）鍛造（zào）

 

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

 

根據（jù）成形機理，鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾（niǎn）環（huán）、特殊鍛造。

 

自（zì）由鍛造：一般是在錘鍛或者水壓機上，利（lì）用（yòng）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工方法。

 

模鍛：是在模鍛錘或者熱模鍛壓力機上利用模具來成形的（de）。

 

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（yòng）來生產汽車輪轂、火車車輪（lún）等輪（lún）形零件。

 

特種鍛造：包括輥鍛、楔橫軋、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特殊形狀的零件。

 

工藝流程：鍛（duàn）坯（pī）加熱→輥鍛備坯→模（mó）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（jì）術特點：

1、鍛件質（zhì）量比鑄件高能承受大的衝擊力作用，塑性、韌性和其他方（fāng）麵的力學性（xìng）能也都比鑄件高甚至比軋件高。

2、節約（yuē）原材料（liào），還能（néng）縮短加工工時（shí）。

3、生產效率高例。

4、自由鍛造（zào）適合於單（dān）件小批量生產，靈活（huó）性比較（jiào）大。

 

應用：

大型軋鋼機（jī）的軋輥、人字齒輪（lún），汽輪發電機組的（de）轉子、葉輪、護環，巨大（dà）的水壓機工作缸和立柱，機車（chē）軸，汽車和（hé）拖拉機的曲軸、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（zhá）輥的壓縮成型軋（zhá）製使材料截麵減小，長度增加的壓力加工方法。

 

軋製分類：

按軋件（jiàn）運動分有：縱軋、橫軋、斜軋。

 

縱軋（zhá）:就是金屬在兩（liǎng）個旋轉方向相反的軋輥之間通過，並在其間產生塑（sù）性變形的（de）過程。

橫軋：軋件變形後運動方向與軋輥軸（zhóu）線方向一致。

斜軋：軋（zhá）件作螺旋運動（dòng），軋件與軋輥軸線非特角。

 

應（yīng）用：

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

 

（3）擠壓

 

擠（jǐ）壓：坯料在三向不均勻壓應力作用下，從（cóng）模（mó）具的孔口（kǒu）或縫隙擠出使（shǐ）之橫截麵積減小長度增（zēng）加，成（chéng）為（wéi）所需製品的（de）加工（gōng）方法叫擠壓，坯（pī）料的這（zhè）種（zhǒng）加（jiā）工（gōng）叫擠壓成型。

 

工藝流程：

擠壓前準備→鑄棒（bàng）加熱→擠壓→拉伸扭擰校直→鋸切（定尺）→取樣檢查→人（rén）工時效→包裝

優點：

1、生（shēng）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（chǎn）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（xiàn）自動化生產。

 

缺點：

1、幾何廢料損失大；

2、金屬流動不均（jun1）勻；

3、擠壓速（sù）度低，輔助時間長；

4、工具損耗大，成本（běn）高。

 

生產適用範圍：主要用於製造長杆、深孔、薄壁（bì）、異型斷麵零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用外力作用於（yú）被拉金屬的前端（duān），將金屬坯（pī）料從小於坯料斷麵的模孔（kǒng）中拉出（chū），以獲得相應的形（xíng）狀和尺寸的製品的一種塑性加工方法。

 

優點：

1. 尺寸（cùn）精確，表麵光潔；

2. 工具、設備簡單；

3. 連（lián）續高速（sù）生產（chǎn）斷麵小的長製品。

 

缺點（diǎn）：

1. 道次（cì）變形量與兩次退火間的（de）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、型材及線（xiàn）材的主要加工方法。

 

（5）衝壓

 

衝（chōng）壓：是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和（hé）型材等施加外力，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）的成形加工方法。

 

技術特點：

1、可得到輕量、高剛性之製品。

2、生（shēng）產性良好，適合大量生產（chǎn）、成本低。

3、可得到品質均（jun1）一的製品。，

4、材料利用率高、剪切性及回收性良好 。

 

適用範圍：

全世界的鋼材中（zhōng），有60～70%是板材，其中大部分經過衝壓製成成品。汽車（chē）的車身（shēn）、底盤、油箱、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（huó）器皿等產品中，也有大量衝壓件。

 

▌ 機加工

 

機加工：是在在零件生產（chǎn）過程中（zhōng），直接用刀具（jù）在毛坯上切除多（duō）餘金屬（shǔ）層厚度，使之或者圖紙要求的尺寸精度、形狀和位置相互精度、表（biǎo）麵（miàn）質量等技術（shù）要求的加工（gōng）過程。

 

常（cháng）用機加工方法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也稱作熔接（jiē）,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（sù）料的製造工藝及技術。

 

▌ 粉（fěn）末冶金

 

粉末冶金：是製取金屬或用金屬粉末（或金（jīn）屬粉末與非（fēi）金屬粉末的混合物）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型製品的工藝技術。

 

優點：

1、絕大多數難熔金屬及其化（huà）合物、假合（hé）金、多孔材料隻能用粉末冶金（jīn）方法（fǎ）來製造。

2、節（jiē）約金屬，降低產品成本。

3、不會給（gěi）材料任何汙（wū）染，有（yǒu）可能製取高純度的材料。

4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確（què）性（xìng）和均（jun1）勻性。

5、粉末冶金適宜於生產（chǎn）同一形狀而（ér）數量多的產品，能大大降低生產成本（běn）。

 

缺點：

1、在沒有（yǒu）批量的情況下要考慮 零件的大小。

2、模具費用相對來說要高出鑄（zhù）造模具。

 

生（shēng）產適（shì）用範圍：

粉末冶金技術可以直接製成多孔、半致密或全（quán）致密材料和製品，如含（hán）油軸承、齒輪、凸（tū）輪、導杆、刀具等。

 

▌ 金屬（shǔ）注射成（chéng）型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬注射成形的簡稱。是將金屬粉末與其粘結劑的增塑混合（hé）料注射（shè）於模型中的成形方法。它是先將所選（xuǎn）粉末（mò）與粘結（jié）劑（jì）進行（háng）混合（hé），然（rán）後將混合（hé）料進行製（zhì）粒再注射（shè）成形所需要的形狀。

 

MIM工藝流程：

 

MIM流程分（fèn）為四（sì）個獨特加工步（bù）驟（混合、成型（xíng）、脫脂和燒結）來實現零部件的生產，針對產品（pǐn）特（tè）性（xìng）決定是否（fǒu）需要進行表麵（miàn）處理。

 

 

 

技術特點：

1、一次成（chéng）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（zì）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一定量的（de）粘接劑，粉末才具有（yǒu）增強（qiáng）流動性以適合注射（shè）成型（xíng）和（hé）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（jiǎn）稱SSM）獨（dú）有的（de）流變性和攪熔性（xìng）來控（kòng）製鑄件的質量。

 

半固態成型可分為流（liú）變成型和觸變（biàn）成型。

 

(1)流變成型（xíng）（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)觸變成（chéng）型（Thixoforming）

 

技術特點（diǎn）：

1、減少液態成型缺陷，顯著提高質量和可靠性；

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（guī）液態成型方法不可能製造的合金；

 

應（yīng）用：

目（mù）前已成功用於主缸、轉向係統零件（jiàn）、搖臂、發動機活塞、輪轂、傳動係統（tǒng）零件（jiàn）、燃油係統零件和空調零件等製造等（děng）航空、電子以及消費品等方麵。