各種金屬材料的成形工藝大全

　　

 

材料成形方法（fǎ）是零件（jiàn）設計的重要內容，也是製造者們極度關心的問題，更（gèng）是材料加工（gōng）過程中的關（guān）鍵因素，今天就帶大家來看看（kàn）各種金屬成形工藝。

 

▌ 鑄造

 

液態金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應的鑄（zhù）型型（xíng）腔中，待其冷卻凝（níng）固（gù），以獲得毛坯或零件的生產方法，通（tōng）常稱為金屬液態成形或鑄造。

 

工藝流程：液體金屬→充型→凝固收縮→鑄件

 

工藝特點：

1、可生產形狀任意（yì）複（fù）雜（zá）的製（zhì）件，特別是內（nèi）腔形狀複（fù）雜的製（zhì）件。

2、適應性強，合金種類不受限製，鑄件大小幾乎不受限製。

3、材料來源廣，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）砂型鑄造（sand casting）

 

砂型鑄造：在砂型中生產鑄件的（de）鑄（zhù）造方法。鋼、鐵和大（dà）多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。

 

工藝流（liú）程：

 

砂型鑄造工藝流程

 

技術特點：

1、適合於（yú）製成形狀複雜，特別是具有複雜內腔的毛坯；

2、適應性廣，成（chéng）本低；

3、對（duì）於某些塑性很差的材（cái）料，如鑄（zhù）鐵等（děng），砂型鑄造（zào）是製造其零件或，毛坯的唯一的成形工藝。

 

應用：汽車的發動機氣缸（gāng）體（tǐ）、氣缸蓋、曲軸等（děng）鑄件

 

（2）熔模鑄造(investmentcasting)

 

熔模鑄造：通常是（shì）指在易（yì）熔材料（liào）製成模樣（yàng），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（huò）得無分（fèn）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（yì）流（liú）程：

熔（róng）模鑄造工藝流程

 

優點：

1、尺寸精度和幾何精度高；

2、表麵粗（cū）糙度高；

3、能夠鑄造外型複雜的鑄件（jiàn），且（qiě）鑄造的合（hé）金不受限（xiàn）製。

 

缺點：工序繁雜，費用（yòng）較高

 

應用：適用於生產形狀複雜、精度要求高、或很難進行其（qí）它加工的小型零件，如渦（wō）輪發動機的葉片等（děng）。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

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

 

工藝流程：

 

優點：

1、壓鑄時（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（xìng）好（hǎo）；

3、生產效率高，壓鑄模使用次數多；

4、適合大批（pī）大量生產，經濟效益好。

 

缺（quē）點：

1、鑄（zhù）件容易產生細小的氣孔（kǒng）和縮（suō）鬆。

2、壓鑄件塑性低，不宜在衝擊載荷及有震（zhèn）動的情況下工作；

3、高熔點合金壓鑄時（shí），鑄型壽命低，影響壓鑄生（shēng）產的擴（kuò）大。

 

應（yīng）用：壓（yā）鑄件最先應用在汽車工業和儀表工業，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（fáng）工業、計算機、醫療器械、鍾表、照（zhào）相機和（hé）日用五金等多個行業。

 

（4）低壓鑄（zhù）造(low pressure casting)

 

低（dī）壓鑄造：是指使液體金屬在較低壓（yā）力(0.02～0.06MPa)作用下充填鑄（zhù）型，並在壓力下結晶以形成鑄件的方法.。

 

技術特點：

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

2、采用底注式充型，金屬（shǔ）液（yè）充型平穩，無飛濺現象，可避免卷入氣體及對型壁和型芯的衝刷，提高了鑄件的合格（gé）率；

3、鑄件在壓力（lì）下結晶，鑄件組織致密、輪廓清晰、表（biǎo）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（jīn）屬利用率提高到90～98%；

5、勞動（dòng）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、氣缸架等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

離心鑄造：是將金屬（shǔ）液澆入旋轉的鑄型（xíng）中，在離心力作用下填充鑄型而凝固成形的一種鑄造（zào）方法。

 

優點：

1、幾乎（hū）不存在澆注係（xì）統和冒口（kǒu）係統的金屬消耗，提高工藝出品率；

2、生產中空鑄件時可不用型芯，故在生產（chǎn）長管（guǎn）形鑄件時可大幅（fú）度（dù）地（dì）改善金屬充型能力；

3、鑄件致密度高，氣孔、夾渣等（děng）缺陷少，力學性能高；

4、便於製造筒、套（tào）類複（fù）合金屬鑄件。

 

缺點：

1、用於生產異形鑄件時有一定的局限性；

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（yú）量大（dà）；

3、鑄（zhù）件易產生比重偏析。

 

應用：

離心鑄造最（zuì）早用於（yú）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（děng）行業中均采（cǎi）用離心鑄造工藝，來（lái）生（shēng）產鋼、鐵及非鐵碳（tàn）合金鑄件。其中（zhōng）尤以離心（xīn）鑄鐵管、內燃機缸套和軸套等鑄件的生產最為普遍。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

金屬型鑄（zhù）造：指液（yè）態金屬在重力作（zuò）用（yòng）下充填金屬（shǔ）鑄型並在（zài）型（xíng）中冷卻凝固而獲得鑄件的一種成型方（fāng）法。

 

優點:

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

2、能獲得較高尺寸精度和較低表麵粗（cū）糙（cāo）度（dù）值（zhí）的鑄件，並且質量穩（wěn）定性好。

3、因（yīn）不用和很少用砂芯，改善環（huán）境、減少粉（fěn）塵和有害氣（qì）體（tǐ）、降低勞動強度。

 

缺（quē）點：

1、金屬型本身無透氣性，必須采用一定的措施導出型（xíng）腔中的空（kōng）氣和砂芯所產生的氣體（tǐ）；

2、金屬型無退讓性，鑄件凝固時容易產生裂紋；

3、金屬（shǔ）型製（zhì）造（zào）周期較長（zhǎng），成本較高。因此隻有在（zài）大量成（chéng）批生（shēng）產時，才能顯示出（chū）好（hǎo）的經濟效果。

 

應用：

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

 

（7）真空壓鑄(vacuumdie casting)

 

真空鑄造：通過在壓鑄（zhù）過（guò）程中抽除壓鑄模（mó）具型腔（qiāng）內的氣體而消除或顯著減少壓鑄件內的氣孔和溶解氣體，從而提高壓鑄件（jiàn）力學（xué）性能（néng）和表麵質量的先進壓鑄（zhù）工（gōng）藝。

 

優（yōu）點（diǎn）：

1、消除或減少壓鑄件內部的氣孔，提高壓鑄件的機械性能和表（biǎo）麵質量，改善鍍覆性（xìng）能;

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

3、改善了充填（tián）條件，可壓鑄較薄的鑄件;

 

缺點：

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（fǎ）如控製不當，效（xiào）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（jīn）屬在高壓下凝固、流動成形，直接獲得製件或毛坯的方法。它具有液（yè）態金屬利用率高、工序簡化和質量穩定等優點，是一種（zhǒng）節能型的、具有潛（qián）在應用前景的金屬（shǔ）成形技術。

 

直（zhí）接擠壓鑄造：噴（pēn）塗料、澆合金、合模、加壓、保壓、泄壓，分模（mó）、毛坯脫（tuō）模、複位（wèi）；

 

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、複位。

 

技術特點：

1、可（kě）消除內部的氣孔、縮孔和縮（suō）鬆（sōng）等缺陷；

2、表麵粗糙度（dù）低，尺寸精度高；

3、可防止（zhǐ）鑄造裂（liè）紋的產生（shēng）；

4、便於實現機械（xiè）化、自動化。

 

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

 

（9）消失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又稱實型（xíng）鑄造（zào））：是將與鑄件（jiàn）尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結組合成（chéng）模型簇，刷塗（tú）耐火塗料並烘幹（gàn）後（hòu），埋在幹石英砂中振動（dòng）造型，在負壓下澆注，使模型（xíng）氣化（huà），液體金屬（shǔ）占據模型位（wèi）置，凝固冷卻後形（xíng）成鑄件的新型鑄造方法。

 

工藝（yì）流程：預發泡→發泡成型→浸塗料→烘幹→造（zào）型→澆注→落砂→清理

 

 

 

技術特點：

1、鑄件精度高（gāo），無砂芯（xīn），減少了加工時（shí）間；

2、無分型麵，設計（jì）靈活，自（zì）由度高；

3、清潔生產，無汙染（rǎn）；

4、降低投（tóu）資和生產成本。

 

應（yīng）用：

適（shì）合成（chéng）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（pī）量不限。如灰鑄鐵發動機箱體、高錳鋼彎（wān）管等。

 

（10）連（lián）續鑄造（continual casting）

 

連續鑄造：是一種先進的鑄造方法，其原理是將（jiāng）熔融的金屬，不斷澆入一種叫（jiào）做結晶器的特（tè）殊金屬型（xíng）中，凝固（結殼）了的鑄件，連續不斷地從結晶器的（de）另一端拉出，它可獲（huò）得（dé）任意長或特定的長度的鑄件。

 

技術特點：

1、由於（yú）金（jīn）屬（shǔ）被迅速冷卻，結晶致（zhì）密，組織均勻（yún），機械性能較好；

2、節約金屬，提高收（shōu）得率；

3、簡化了工序，免除造型及其它工序，因而減（jiǎn）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自動化，提高生產效率。

 

應用：

用連續鑄造法可以澆注鋼、鐵、銅（tóng）合金、鋁合金、鎂合金（jīn）等斷麵形狀不（bú）變的長鑄件（jiàn），如鑄錠、板坯、棒坯、管子等。

 

▌ 塑性成形

 

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

 

（1）鍛造

 

鍛造：是一種利（lì）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（jī）械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。

 

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

 

自由（yóu）鍛造：一般是在錘鍛或者水壓機上，利用簡（jiǎn）單的工具將金屬錠或（huò）者塊料錘成（chéng）所需要形狀和尺寸的加工方法。

 

模鍛：是在模鍛錘或者熱模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（huán）機生產不同直徑的環形（xíng）零件，也用來生產汽車（chē）輪轂、火車車輪等輪形零件（jiàn）。

 

特種鍛造（zào）：包括輥鍛、楔橫（héng）軋、徑向鍛造、液態模鍛等鍛造方式，這些方式都比較適用（yòng）於生產某（mǒu）些特殊形（xíng）狀的零件。

 

工藝流（liú）程：鍛坯加熱→輥鍛備（bèi）坯→模鍛成形→切邊→衝孔→矯正→中間（jiān）檢驗→鍛（duàn）件熱處理→清（qīng）理→矯正→檢（jiǎn）查

 

技術特點：

1、鍛件質量比鑄件高能承受大的衝擊力作（zuò）用，塑（sù）性、韌性和其他（tā）方麵的力學性能也都比（bǐ）鑄件（jiàn）高甚至比軋件高（gāo）。

2、節約原材料，還（hái）能縮短加工工時。

3、生產效率高例。

4、自由（yóu）鍛造適合於單（dān）件小批量生產，靈活性比較大。

 

應用：

大（dà）型軋鋼機的（de）軋輥、人字齒輪，汽（qì）輪發電機組的轉子、葉輪、護環，巨大的水壓機工作缸和（hé）立柱，機車軸，汽車和拖拉（lā）機的曲軸（zhóu）、連杆等（děng）。

 

（2）軋製

 

軋（zhá）製（zhì）：將金屬坯（pī）料通過一（yī）對旋（xuán）轉軋輥的間隙（各種形狀），因受軋輥的壓縮成型軋製使材料截麵減（jiǎn）小，長度增加的壓（yā）力加工方法。

 

軋製分類：

按軋件（jiàn）運動分（fèn）有（yǒu）：縱軋（zhá）、橫軋、斜軋。

 

縱軋:就（jiù）是金屬（shǔ）在兩個旋轉方向相反的（de）軋輥之間通過，並在其間產（chǎn）生塑性（xìng）變形的過程。

橫軋：軋（zhá）件變形後（hòu）運動方（fāng）向與軋輥軸線方向一致。

斜軋：軋件作螺旋運動，軋（zhá）件與軋輥軸線非特角。

 

應用：

主要（yào）用在金屬材料型（xíng）材，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出使之橫截麵積減小長度（dù）增加，成為所需製品的加工方法叫擠壓，坯料的（de）這種加工叫（jiào）擠壓成型。

 

工藝流程：

擠（jǐ）壓前準備→鑄棒加熱→擠壓→拉伸扭擰校直→鋸（jù）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（líng）活性大，適合（hé）小批量生產；

3、產品尺寸精度高，表麵（miàn）質量好；

4、設備投資少，廠房麵積小，易實（shí）現（xiàn）自動化生（shēng）產。

 

缺點：

1、幾（jǐ）何廢料損失大；

2、金屬（shǔ）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（chǎn）適用範圍：主要用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷麵零件。

 

（4）拉拔

 

拉（lā）拔：用外力作（zuò）用於（yú）被拉金屬的前端，將金屬坯料從小於坯料（liào）斷麵的模孔中（zhōng）拉（lā）出，以獲得相應的形狀和尺寸的製品的一（yī）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（dān）；

3. 連續高（gāo）速（sù）生產斷麵小的長製品。

 

缺點（diǎn）：

1. 道次變形量與兩次退火間的總變形（xíng）量（liàng）有限（xiàn）；

2. 長度受限（xiàn）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：是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型（xíng）材等（děng）施加外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的（de）工件（jiàn）（衝壓件）的成形加工方法。

 

技（jì）術（shù）特（tè）點：

1、可得到輕（qīng）量、高（gāo）剛性之製品。

2、生產性良好，適合大量生（shēng）產、成本（běn）低。

3、可得到品質均一的製品。，

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（pǐn）。汽（qì）車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽（qì）包，容器的殼體，電機、電器的鐵芯矽鋼片（piàn）等都是（shì）衝壓加工（gōng）的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器（qì）皿等（děng）產品中，也有大（dà）量衝壓件。

 

▌ 機加工

 

機加工：是在在零件生產過（guò）程中，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、表麵（miàn）質量等技術要求的加工過程（chéng）。

 

常用機加（jiā）工（gōng）方法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也稱作熔接（jiē）,鎔接（jiē）是一（yī）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（liào）如塑料的製造工藝及技術。

 

▌ 粉末冶金

 

粉末冶金：是（shì）製取金屬或用金屬粉末（或金屬（shǔ）粉末（mò）與非金屬（shǔ）粉末（mò）的混合物）作（zuò）為原料，經過成形和燒結（jié），製造金屬材料、複合材料以及各（gè）種類型（xíng）製品的工藝技術。

 

優點：

1、絕（jué）大多數難熔金屬及其化合物、假合金、多（duō）孔材料隻能（néng）用粉（fěn）末冶金方法來製（zhì）造。

2、節約金屬，降低（dī）產品成（chéng）本。

3、不會給材料（liào）任何汙染，有可能製取高純（chún）度的材料。

4、粉末冶金法能保證材（cái）料（liào）成分配比的（de）正確性和均勻性。

5、粉末冶金適宜於生產同一形狀而（ér）數量多的產品，能大（dà）大降低（dī）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（shuō）要高出鑄造模具。

 

生（shēng）產適用範圍：

粉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，如含油軸承、齒輪、凸輪（lún）、導杆、刀具等。

 

▌ 金屬（shǔ）注射成型

 

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（jì）的增塑混合料注射於（yú）模型中的成形方法。它是先（xiān）將（jiāng）所選粉末與粘結劑進行混合，然後將混合料進行製（zhì）粒（lì）再注射成形所需要的形狀。

 

MIM工藝流程：

 

MIM流（liú）程分為四個獨特（tè）加工步驟（混合、成型、脫脂和燒結）來實現零部件的生產，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、生產效率高（gāo）、易於實現自動化；

3、對模具材料要（yào）求低。

 

技術核心：

粘接劑（jì）是MIM技術的核心隻有加入一定量（liàng）的粘接劑（jì），粉末才（cái）具有增強流動性以適合注（zhù）射成型和（hé）維持坯（pī）塊的（de）基本形狀。

 

▌ 金屬半固態成型

 

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

 

半（bàn）固態成型可（kě）分為（wéi）流變成型和觸變成型。

 

(1)流變成型（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)觸變成（chéng）型（Thixoforming）

 

技術特點：

1、減（jiǎn）少液態成型缺陷（xiàn），顯著提高（gāo）質量和（hé）可靠性；

2、成型溫度（dù）比全液態成型溫度低，大大減少對模具的熱衝擊；

3、能製（zhì）造常規液（yè）態成型方（fāng）法不可能製造（zào）的合金；

 

應用：

目前已成功用於主缸、轉向係（xì）統零件、搖臂、發動（dòng）機活塞、輪轂、傳動係統零件、燃油係統零件和空調（diào）零件等製造等航空（kōng）、電子以及消費品等方麵。