各種（zhǒng）金屬材料的成形工藝大全

　　

 

材（cái）料成形方法是零件設計（jì）的重要內容，也是製造者們極度關心的問題，更是材料（liào）加工過程中的關鍵（jiàn）因素，今天就帶大家來看看（kàn）各種（zhǒng）金屬成（chéng）形工藝。

 

▌ 鑄造

 

液態金屬（shǔ）澆注到與零件形狀、尺寸相適應的（de）鑄型型腔中，待（dài）其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產方法（fǎ），通常稱為（wéi）金屬液態成形或（huò）鑄造。

 

工藝流程：液體金屬→充型→凝（níng）固收縮→鑄件

 

工（gōng）藝特（tè）點：

1、可生產形狀任意複雜的製件，特別是（shì）內（nèi）腔形狀複雜的製件。

2、適應性強，合金種類不受限製，鑄件大小幾乎不受（shòu）限製。

3、材料（liào）來源廣，廢品可重熔（róng），設備投資低。

4、廢品率高、表（biǎo）麵質量較低、勞動條件差。

 

鑄（zhù）造分類 ：

 

（1）砂型鑄（zhù）造（sand casting）

 

砂型鑄造：在砂型中生產（chǎn）鑄件的（de）鑄造（zào）方法。鋼（gāng）、鐵和大多數有色合金鑄件都（dōu）可用砂型鑄造方法（fǎ）獲得。

 

工藝流程：

 

砂型鑄造工藝流程

 

技術特點：

1、適合於製成形狀複雜，特別是（shì）具有（yǒu）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材料，如（rú）鑄鐵等，砂型鑄造是製造其零件或，毛坯（pī）的唯一的成形工藝。

 

應用：汽車的發動機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件

 

（2）熔模（mó）鑄（zhù）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層耐火材料製成型殼，再將模（mó）樣（yàng）熔化排出型殼，從而獲得無分型麵的鑄（zhù）型，經高溫焙（bèi）燒後即（jí）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（zào）工藝流程

 

優點（diǎn）：

1、尺寸精度和（hé）幾何（hé）精度高；

2、表麵粗糙度高；

3、能夠鑄（zhù）造外型複（fù）雜的鑄件（jiàn），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（shēng）產形狀複雜、精度要求高、或（huò）很難進行其它（tā）加工（gōng）的小型零件，如渦輪發動機的葉片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利（lì）用高壓（yā）將金屬液高速（sù）壓入一精密金屬模具型腔內，金（jīn）屬液在壓力作用（yòng）下冷卻凝固而形成鑄件。

 

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（dìng），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（jīng）濟效益好。

 

缺點：

1、鑄件容易（yì）產生細小的（de）氣孔和縮鬆。

2、壓鑄件塑性低，不宜在衝擊（jī）載荷及有震動的情況下工作；

3、高熔點合金壓鑄時，鑄型壽（shòu）命低，影（yǐng）響壓鑄生產的擴（kuò）大。

 

應用：壓鑄件（jiàn）最（zuì）先應用在汽車工業和儀表工業，後來（lái）逐（zhú）步擴大到各個行業，如農業機械（xiè）、機床工業（yè）、電子工業、國防工業、計算機、醫療（liáo）器（qì）械、鍾表（biǎo）、照相機和日用五金等（děng）多個行業。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

低壓鑄造：是指使（shǐ）液體金屬在較低壓力(0.02～0.06MPa)作（zuò）用下充填鑄型，並在壓力（lì）下（xià）結晶以形成鑄件的方法.。

 

技術特點：

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

2、采用底注式充型，金屬液充型平穩，無飛濺現象，可避免卷入氣體（tǐ）及對型壁和（hé）型（xíng）芯的衝刷，提高了鑄件的（de）合格率；

3、鑄件在壓力下結晶，鑄件組織致密、輪廓清晰、表麵光（guāng）潔，力學性能較高，對於大薄壁件的鑄造尤為有利；

4、省去補縮冒口，金屬（shǔ）利用率（lǜ）提高到90～98%；

5、勞動強度低，勞動條件好，設備簡（jiǎn）易，易實現機械化和自動化。

 

應用：以傳（chuán）統產品為主（氣缸頭、輪轂、氣缸架等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

離心鑄造：是將金屬液澆入（rù）旋轉的鑄型中，在（zài）離心力作用（yòng）下填充鑄型而凝（níng）固成形的一種鑄造方（fāng）法。

 

優（yōu）點：

1、幾乎不存在澆注係統和冒口係統的（de）金屬消耗（hào），提高工（gōng）藝出品率；

2、生產中（zhōng）空鑄件時可（kě）不用型（xíng）芯，故在生產（chǎn）長管形鑄件時可大幅度地改善金屬充型能力；

3、鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學性能高（gāo）；

4、便於製造筒、套類（lèi）複合金屬鑄件。

 

缺（quē）點：

1、用於（yú）生（shēng）產異形鑄件時有一（yī）定的局限性；

2、鑄件內孔直（zhí）徑不準確，內孔表麵比較粗糙，質量較差，加工餘量大；

3、鑄件易產生比重偏析。

 

應用：

離（lí）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（fáng）、汽車等行業（yè）中均（jun1）采用離心鑄造（zào）工藝，來生產鋼、鐵及非鐵碳合金鑄件。其中尤以離心鑄鐵（tiě）管、內燃機缸套和軸套等鑄件的（de）生產最（zuì）為普遍。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

金屬型鑄造：指液態金屬在重力作用下充填金屬鑄型並在型中冷卻凝固而獲得鑄件的（de）一種成（chéng）型方法。

 

優（yōu）點:

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

2、能獲（huò）得（dé）較高尺寸精度和較低表麵（miàn）粗糙度（dù）值的（de）鑄件，並且質（zhì）量穩定性好。

3、因不用和很少用砂芯，改（gǎi）善環境、減少粉塵（chén）和有害氣體、降低勞動強度。

 

缺點：

1、金屬型（xíng）本身無透氣性，必須采（cǎi）用一定的措施（shī）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，鑄件凝固時容易產生裂紋；

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

 

應用（yòng）：

金屬型鑄造既適（shì）用於（yú）大批量（liàng）生產形狀（zhuàng）複雜的鋁合金、鎂合金等非（fēi）鐵合金鑄（zhù）件，也適合於生產鋼鐵金屬的（de）鑄件、鑄錠等。

 

（7）真空壓鑄(vacuumdie casting)

 

真空鑄造：通（tōng）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）氣體，從而提高壓鑄件力學性能和（hé）表麵質量（liàng）的先進壓鑄工藝。

 

優點：

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

2、減（jiǎn）少型腔的反壓力（lì），可（kě）使用較低（dī）的比壓及鑄造性能較差的合金，有可能用小機器壓鑄較大的鑄件;

3、改善了充填條件，可壓鑄較薄的鑄件;

 

缺點（diǎn）：

1、模具密封結構複雜，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（xiǎn）著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓（yā）鑄造（zào）：是使液態（tài）或半固態金屬在（zài）高壓下凝固、流（liú）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（shì）一種節能型的、具有潛在應用前（qián）景（jǐng）的金屬成形技術。

 

直接（jiē）擠壓鑄造：噴塗料、澆合（hé）金、合模（mó）、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複（fù）位；

 

間接（jiē）擠壓鑄造：噴塗料、合模、給料、充型、加壓、保壓、泄壓（yā），分模、毛坯（pī）脫模（mó）、複位。

 

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，尺寸精（jīng）度（dù）高；

3、可防止鑄造裂紋的產生；

4、便（biàn）於實現機械化、自動化。

 

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

 

（9）消失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（zào）（又稱實型鑄（zhù）造）：是將與（yǔ）鑄件尺寸（cùn）形（xíng）狀相似的石蠟或泡沫模型粘結組合成模型簇，刷塗耐火塗料（liào）並烘幹後，埋在幹石英砂中振動造型，在負壓（yā）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（luò）砂→清（qīng）理

 

 

 

技術特點：

1、鑄件精度（dù）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（gāo）；

3、清（qīng）潔生產，無汙染；

4、降低投資和生產成本。

 

應用：

適合成產結構複雜的各種大小較精密鑄件，合金種類不（bú）限，生產批量不限。如灰鑄鐵發動機箱（xiāng）體、高錳（měng）鋼（gāng）彎管等。

 

（10）連續鑄（zhù）造（zào）（continual casting）

 

連續鑄造：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殊金屬型中，凝固（結殼）了的鑄件，連（lián）續不斷地從結晶（jīng）器的另一端拉出，它可獲得（dé）任意（yì）長或特定的長度（dù）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（yún），機械性能較好；

2、節約金屬，提高收得率；

3、簡（jiǎn）化了（le）工序，免除造型及其它工序，因（yīn）而減輕了勞動（dòng）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：

用連續鑄（zhù）造法可以澆注鋼、鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等（děng）斷麵形狀不變的長鑄件，如鑄錠、板坯、棒（bàng）坯、管子等（děng）。

 

▌ 塑性（xìng）成形

 

塑性成（chéng）形：就是利用材料的塑性，在工（gōng）具及模具的（de）外力（lì）作用下（xià）來加工製件的少切削（xuē）或無切削的工藝（yì）方法。它的種類有很多，主要包括鍛造（zào）、軋製、擠壓、拉拔、衝（chōng）壓等。

 

（1）鍛（duàn）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（dìng）機械性能、一定形狀和尺寸（cùn）鍛（duàn）件的加工方法。

 

根據成形機理，鍛造可分（fèn）為自由鍛、模鍛、碾環、特殊（shū）鍛造。

 

自由（yóu）鍛造：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（liào）錘成所需要形狀（zhuàng）和尺寸的加工方（fāng）法。

 

模鍛：是在模鍛錘或者熱（rè）模鍛壓力機（jī）上利用模具來成形的。

 

碾環：指通過（guò）專用設（shè）備碾環機生產不同直（zhí）徑的環形零件，也用來生產汽車（chē）輪轂、火車（chē）車輪等輪形零（líng）件（jiàn）。

 

特種鍛造：包括輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液（yè）態模鍛等鍛造方式，這些（xiē）方式都比較適用於生產某些特殊（shū）形狀的零件。

 

工藝流（liú）程：鍛坯加熱→輥鍛備坯→模鍛成形→切邊→衝孔→矯正→中（zhōng）間檢驗→鍛件熱處理→清理→矯正→檢查

 

技術特點（diǎn）：

1、鍛件質量比鑄件高能承受大（dà）的（de）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（hái）能縮短加工工（gōng）時。

3、生產效率高（gāo）例。

4、自由鍛造適合於單件小批量生產，靈活性比較大。

 

應用（yòng）：

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

 

（2）軋（zhá）製

 

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

 

軋製分類：

按軋件運動分有：縱軋、橫軋、斜軋。

 

縱軋:就是金屬在兩個旋轉方向相反的軋輥之（zhī）間通過，並在其間產生塑性變形的過程。

橫軋：軋件變形後運動方向與軋輥軸線方向一致（zhì）。

斜軋：軋件作螺旋運（yùn）動，軋件與軋輥軸線（xiàn）非特角。

 

應用：

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

 

（3）擠壓

 

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

 

工藝流程：

擠壓前準（zhǔn）備→鑄（zhù）棒加（jiā）熱→擠（jǐ）壓→拉伸扭擰校直→鋸切（定（dìng）尺）→取樣檢查→人工時效→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（hé）小批量生產；

3、產品尺寸精度（dù）高，表麵質量好；

4、設備投資少，廠房麵積小，易實現自動化生（shēng）產。

 

缺（quē）點：

1、幾何廢料損失大；

2、金屬流動不均勻（yún）；

3、擠（jǐ）壓速度低，輔助時間長；

4、工具損耗大，成本（běn）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）拉拔（bá）

 

拉拔：用（yòng）外力作用於被（bèi）拉金屬的前端，將金（jīn）屬坯料（liào）從小於坯料斷麵的模（mó）孔中拉出，以獲得相（xiàng）應的形狀和尺寸的（de）製品的一種塑（sù）性加工（gōng）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（gāo）速（sù）生產斷麵小的長製品。

 

缺點：

1. 道次變形量與兩次（cì）退火間的總變形量有限；

2. 長（zhǎng）度受限製。

 

生產適（shì）用範圍（wéi）：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（yā）：是（shì）靠壓力機和模具對板材、帶材、管材（cái）和型材等（děng）施加外力（lì），使之產生塑（sù）性變形或分離，從而獲得所需形狀（zhuàng）和尺寸（cùn）的工件（衝（chōng）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、生產（chǎn）性良好，適合大量生產、成本低。

3、可（kě）得到品質均一的製品。，

4、材料利用（yòng）率高、剪切性及回收性良好 。

 

適用範圍：

全世界的鋼材中，有60～70%是板材，其中大部分經過衝壓製成成品。汽車的車身（shēn）、底（dǐ）盤、油箱（xiāng）、散熱器片，鍋爐的汽包（bāo），容器的殼體，電（diàn）機、電器（qì）的鐵芯矽鋼片等都是衝（chōng）壓加工的。儀器儀表、家用（yòng）電器、自行車、辦公機（jī）械、生活器皿等產（chǎn）品中，也有大量衝（chōng）壓件。

 

▌ 機加工

 

機加工：是在在零件生產過程（chéng）中，直接（jiē）用刀具（jù）在毛坯（pī）上切除多餘（yú）金屬（shǔ）層厚度（dù），使之（zhī）或者（zhě）圖紙要求的尺寸精度、形（xíng）狀和位置相互精度、表麵質量等技術（shù）要求的加工過程。

 

常用機（jī）加工方法：

 

▌ 焊接

 

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

 

▌ 粉末（mò）冶金（jīn）

 

粉末冶金：是製取金屬或用金屬粉末（mò）（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經過（guò）成（chéng）形和燒結，製造金屬（shǔ）材料（liào）、複合材料以及各種類（lèi）型製品的工藝技術（shù）。

 

優點：

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

2、節約金屬（shǔ），降低產品成本。

3、不會給材料任何汙染，有可能（néng）製取（qǔ）高（gāo）純度的材（cái）料。

4、粉末冶金法（fǎ）能保證（zhèng）材料成分配比的正確性和均勻性（xìng）。

5、粉末冶金適宜於生產同一（yī）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 零件的大小。

2、模（mó）具費用相對來（lái）說要高出鑄造模具。

 

生產適用範圍：

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

 

▌ 金屬注射成型

 

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

 

MIM工藝流程：

 

MIM流程分為四個獨（dú）特加工步驟（混合、成型、脫脂和燒結（jié））來實現零部件的生產，針（zhēn）對（duì）產（chǎn）品特（tè）性決定是否需要進（jìn）行表麵處理（lǐ）。

 

 

 

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、生產效率（lǜ）高、易於（yú）實現自（zì）動化；

3、對模具材料要求低。

 

技術核心（xīn）：

粘接劑是MIM技術的核心隻有加入（rù）一定（dìng）量的粘接劑，粉末才具有增強流動性以適合注射成型和（hé）維持坯塊的基本（běn）形狀。

 

▌ 金屬半固態成型

 

半固態成型：利用非枝晶半固態金屬（Semi-SolidMetals，簡稱（chēng）SSM）獨有的（de）流變性和攪熔性來（lái）控製鑄件的（de）質量。

 

半固態（tài）成型可分為（wéi）流變成型和觸變成型。

 

(1)流變（biàn）成（chéng）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（gāo）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、能製造常規液態成型方法不可能製造的合金；

 

應用（yòng）：

目前已成功用於主缸、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（děng）航空、電子以及消費品等方麵。