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內容，也是製造者們極度（dù）關心的問題，更是材料加工過（guò）程中的關鍵因素，今天就帶大家來看看各（gè）種金屬成形工藝。

 

▌ 鑄（zhù）造

 

液（yè）態金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應（yīng）的鑄型型腔中，待其冷（lěng）卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產（chǎn）方法，通常稱為金屬液態成形或鑄造。

 

工（gōng）藝（yì）流程：液體金屬→充型→凝固收縮→鑄件

 

工藝特點：

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

2、適應性強，合金種類不受限製（zhì），鑄（zhù）件大小（xiǎo）幾乎不受限製。

3、材料來源廣，廢品可重熔（róng），設備投資低。

4、廢品率高、表麵質量較低（dī）、勞動條件差。

 

鑄造分類 ：

 

（1）砂型鑄造（sand casting）

 

砂型鑄造：在砂型中生產鑄件的鑄造方法。鋼（gāng）、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲（huò）得。

 

工藝流程：

 

砂型鑄造（zào）工藝流（liú）程

 

技術特點：

1、適合於製成形狀複雜，特別是（shì）具有複雜內腔的毛坯；

2、適（shì）應性廣，成本低；

3、對於某些塑性很差的材料（liào），如鑄鐵等，砂型鑄造是（shì）製造（zào）其零件或，毛坯的唯（wéi）一（yī）的成形工藝。

 

應用：汽車的（de）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（shì）指在易熔材料製成模（mó）樣（yàng），在模樣表麵包覆若幹層耐火材料製（zhì）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，經高溫焙燒後即可填砂澆注的鑄（zhù）造方案。常稱為“失蠟鑄造”。

 

工藝流程：

熔模鑄造工藝流程（chéng）

 

優點：

1、尺（chǐ）寸精度和（hé）幾何精度高（gāo）；

2、表麵粗糙（cāo）度高；

3、能夠鑄造外型複雜的鑄件，且鑄造的（de）合金不受（shòu）限（xiàn）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（qiú）高、或很難進行其它加工的小型零件（jiàn），如渦輪發（fā）動機的葉片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利用高壓將金（jīn）屬液高速壓入一（yī）精密（mì）金屬模具型腔內，金屬液在壓力（lì）作用下冷卻凝固而形（xíng）成鑄（zhù）件。

 

工藝流程：

 

優點：

1、壓鑄時金屬液（yè）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；

4、適合大批大量生產（chǎn），經濟效益好（hǎo）。

 

缺點：

1、鑄件容易產生細小的氣孔和縮鬆。

2、壓（yā）鑄（zhù）件塑性低，不宜（yí）在衝擊載荷及有震動的情況下工作；

3、高熔點合金壓鑄時，鑄型壽命低，影響壓（yā）鑄生產的擴大。

 

應用：壓鑄件最先應用在汽（qì）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、國防工（gōng）業、計算機、醫療器械、鍾表、照相機和日用五金等多個（gè）行業。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

低壓鑄造：是指使液體金屬在較（jiào）低壓力(0.02～0.06MPa)作用下充填鑄型，並在壓力下結晶以形成鑄件（jiàn）的方法.。

 

技術特點：

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

2、采（cǎi）用底注式充型，金屬液充型平穩，無飛濺現象（xiàng），可避免（miǎn）卷入氣體及對型壁和型芯的衝刷，提高了鑄件的（de）合格率；

3、鑄件在壓（yā）力（lì）下結晶，鑄件組織致密（mì）、輪廓（kuò）清晰（xī）、表麵光潔，力（lì）學性能較（jiào）高，對於大薄壁（bì）件的鑄造尤為有利；

4、省去（qù）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，設備簡易，易實現機械化和自動化（huà）。

 

應（yīng）用：以傳統產品（pǐn）為主（氣缸頭、輪轂、氣缸架等）。

 

（5）離心鑄造(centrifugal casting)

 

離心鑄造：是將金屬液澆入旋轉的鑄型中，在離心力作（zuò）用下填充鑄型而（ér）凝固成形的一種鑄造方法。

 

優（yōu）點：

1、幾乎不存在澆注係統和冒口係統（tǒng）的（de）金屬消耗，提（tí）高工藝出（chū）品率；

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

3、鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少（shǎo），力學（xué）性能高（gāo）；

4、便於製（zhì）造筒、套類複合金屬鑄件。

 

缺點：

1、用於（yú）生產（chǎn）異形鑄件（jiàn）時有一定的局限性（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、鑄件易產生比重偏析（xī）。

 

應用：

離心鑄造最早（zǎo）用於生產鑄管，國內外（wài）在冶金、礦山、交通、排灌機（jī）械、航空、國防（fáng）、汽車等行（háng）業中均采用離心鑄造工藝，來生產鋼、鐵及（jí）非鐵碳合（hé）金鑄件。其中尤以離心鑄鐵管、內燃機缸套和（hé）軸套等（děng）鑄件的生產最為普遍。

 

（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一種成（chéng）型方法。

 

優點:

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

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

3、因不用和很少用砂芯，改善環境（jìng）、減（jiǎn）少粉塵和有害氣體、降低勞動強度。

 

缺點：

1、金屬型本身無透氣性，必須（xū）采用一定（dìng）的措施導出型（xíng）腔中（zhōng）的空氣和砂芯所產生的氣體；

2、金屬型無退（tuì）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。因此隻有在大量成批生產時，才能顯示出好的經濟效果。

 

應用：

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

 

（7）真空（kōng）壓鑄(vacuumdie casting)

 

真空（kōng）鑄造：通過在（zài）壓鑄過程中抽除壓鑄（zhù）模具型（xíng）腔內的氣體而消（xiāo）除或顯著減少壓（yā）鑄件內的氣孔和溶解氣（qì）體，從而提高壓鑄件力學性能和表麵（miàn）質量的先進壓鑄工藝。

 

優點：

1、消除或減少壓鑄件（jiàn）內（nèi）部的（de）氣孔，提高壓鑄件的機械（xiè）性能和表麵（miàn）質量，改善鍍覆性能;

2、減少型腔的反壓力（lì），可（kě）使用較低的比壓及（jí）鑄造性能較差（chà）的合金，有可能用小（xiǎo）機器壓鑄較大的鑄件;

3、改善（shàn）了（le）充填條件，可壓鑄較薄的鑄件（jiàn）;

 

缺點：

1、模具密（mì）封結（jié）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，效果就不是很顯著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠（jǐ）壓鑄（zhù）造：是使液態或半固態金屬在高壓下凝固、流動成形，直接獲得製件或毛坯的方（fāng）法。它具有液態金屬利用率高、工序簡化和質量（liàng）穩定等優點，是一種節能型的、具有潛在應（yīng）用前景的金屬（shǔ）成形技術。

 

直接擠壓鑄造：噴塗料、澆合金、合模、加壓（yā）、保壓（yā）、泄壓，分模、毛坯脫模、複（fù）位；

 

間接擠壓鑄造：噴塗料、合（hé）模、給料、充型、加壓、保（bǎo）壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位。

 

技術特點：

1、可消除內部的（de）氣孔、縮孔和（hé）縮鬆等（děng）缺陷；

2、表麵粗糙度低，尺寸精度高（gāo）；

3、可防止鑄造裂紋的產生；

4、便於實現機械化、自動化。

 

應用：可用（yòng）於生產各種類型的合金，如鋁（lǚ）合金、鋅合金、銅合金、球墨鑄（zhù）鐵等

 

（9）消失（shī）模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又稱實型鑄造）：是將與鑄件尺（chǐ）寸形狀（zhuàng）相似的（de）石（shí）蠟或（huò）泡沫模型粘結組合成模型簇，刷塗耐（nài）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，液體金（jīn）屬占據模（mó）型位置，凝固冷卻後形成鑄件的新型鑄造方法。

 

工（gōng）藝流程：預發泡→發泡成（chéng）型→浸（jìn）塗料→烘幹→造型→澆注→落砂→清理

 

 

 

技術特點（diǎn）：

1、鑄件精度（dù）高，無砂芯，減少了（le）加工（gōng）時間；

2、無分型麵，設計靈活，自由度高；

3、清潔生產，無汙染；

4、降低投資和生產成本。

 

應用：

適合成產（chǎn）結（jié）構複雜的各種大小較精密鑄件，合金種類不限，生產批量不限。如灰鑄鐵發動機箱體、高錳鋼彎管等。

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連（lián）續鑄造：是一種先進的鑄造（zào）方法，其原理是將熔融的金（jīn）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：

1、由於金屬被迅速冷卻，結晶（jīng）致密，組織均勻，機械性能較（jiào）好；

2、節約金屬，提高收得率；

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

4、連（lián）續鑄造生產易於實（shí）現機械（xiè）化和自動化，提高生產效率。

 

應用：

用連續（xù）鑄造法可以澆注鋼、鐵、銅合金（jīn）、鋁合金、鎂合金等（děng）斷麵形狀不變的長鑄件，如（rú）鑄（zhù）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，主要包括鍛造、軋製（zhì）、擠壓、拉拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

鍛造：是（shì）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（huò）得（dé）具有一（yī）定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。

 

根據成形機理，鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造。

 

自由鍛造：一般是在錘鍛或者（zhě）水壓機上，利用簡單的工具將金屬錠或者塊料錘（chuí）成所需要形狀（zhuàng）和尺寸的加工方法。

 

模鍛：是（shì）在模鍛錘或者熱模鍛壓力機上利用模具來成形的。

 

碾環（huán）：指通過專用設備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）等輪形零件。

 

特種（zhǒng）鍛造（zào）：包括輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態模（mó）鍛（duàn）等鍛造方式，這些方式（shì）都比較適用於生產某些特（tè）殊形狀的（de）零件。

 

工藝流程：鍛坯加熱→輥鍛備坯→模鍛（duàn）成形→切邊→衝孔→矯正→中間檢驗→鍛件熱處理（lǐ）→清理→矯（jiǎo）正→檢查（chá）

 

技術特點：

1、鍛件質量比鑄件高（gāo）能承受（shòu）大的（de）衝（chōng）擊力作用（yòng），塑性、韌性和（hé）其他方麵的力學性能也都比鑄（zhù）件高甚至比軋件高。

2、節約原材料（liào），還能縮短加工工時。

3、生產效率高例。

4、自由鍛造適合於單件小批量生產，靈活性（xìng）比（bǐ）較大。

 

應用：

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

 

（2）軋製

 

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

 

軋製分類：

按軋件（jiàn）運動分有：縱軋、橫軋、斜（xié）軋。

 

縱軋:就是金屬在兩個旋轉方向相反的（de）軋輥之間通（tōng）過，並在其間產生塑性變形的過（guò）程。

橫軋：軋件變形後運動方（fāng）向與軋輥軸（zhóu）線方向一致。

斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與軋輥軸線非特角。

 

應（yīng）用：

主要用在金屬材料型材，板，管材等 ，還有一（yī）些非（fēi）金屬材（cái）料（liào）比如（rú）塑料製品及（jí）玻璃製（zhì）品。

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯（pī）料在三向不均勻壓（yā）應力作用下（xià），從模具的孔口或縫隙擠出使之橫截（jié）麵積減小長度增加，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：

擠壓前準備→鑄棒加熱→擠壓→拉伸扭擰校（xiào）直→鋸切（定尺）→取樣檢查→人工時效→包裝

優點（diǎn）：

1、生產範（fàn）圍廣，產品規格、品（pǐn）種多；

2、生（shēng）產靈活性大，適合小批量生產；

3、產品尺寸精度高，表麵質（zhì）量好；

4、設備（bèi）投資少，廠房麵積小，易實現自動化生產。

 

缺點：

1、幾何廢（fèi）料（liào）損失大；

2、金屬（shǔ）流動（dòng）不均勻；

3、擠壓速度（dù）低，輔助時間長；

4、工具損耗大，成本高。

 

生產適（shì）用範圍：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（bá）：用外力作用於被拉金屬的前端，將（jiāng）金屬坯料從小（xiǎo）於坯料斷麵的模孔中拉出，以獲得相（xiàng）應的形狀和尺寸的（de）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. 連續高速生產（chǎn）斷麵小的長製品。

 

缺點：

1. 道次變形量與兩次退火間的總變形量有限；

2. 長（zhǎng）度（dù）受（shòu）限製。

 

生產適用範圍：拉拔是金（jīn）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（jī）和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產生塑性變形或分離（lí），從而獲得所需形狀和尺寸的工件（jiàn）（衝壓件）的成形加工方法。

 

技術特點：

1、可得到（dào）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、材料利用率高（gāo）、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（zhì）成成品。汽（qì）車的（de）車身（shēn）、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的（de）汽包，容器的殼體，電機、電器（qì）的鐵芯（xīn）矽鋼片等都是衝壓加工的。儀器（qì）儀表、家用電器、自行車（chē）、辦公機械、生（shēng）活器皿等產品（pǐn）中，也有大量衝壓（yā）件。

 

▌ 機加工

 

機加工：是在在零（líng）件生產過程中，直（zhí）接用刀具在毛坯上切除多餘（yú）金屬層厚度，使之或者圖紙要求的尺寸精度、形狀和（hé）位置（zhì）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：也稱作熔接,鎔接是一種以加（jiā）熱、高溫或者高壓的方式接（jiē）合金（jīn）屬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（qǔ）金屬或用金屬（shǔ）粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經過（guò）成形和燒結，製（zhì）造金屬材料、複合材（cái）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（jí）其化合物、假合金、多孔材料隻能用粉末（mò）冶金（jīn）方法來（lái）製造。

2、節約金屬，降（jiàng）低（dī）產（chǎn）品成本。

3、不會給材料任何汙染，有可能（néng）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性和均勻性。

5、粉末冶金適宜於生產同一形狀而數（shù）量多（duō）的產（chǎn）品，能大大（dà）降低生產成本。

 

缺點：

1、在沒有批（pī）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造模具。

 

生產適用範圍：

粉末冶金技術可以（yǐ）直接製成（chéng）多孔、半致密或全致密材料和製品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導杆（gǎn）、刀具（jù）等。

 

▌ 金屬注射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬注射成形的簡稱。是將金屬粉末與（yǔ）其粘結劑的增塑混合料注射於模（mó）型中的成（chéng）形方法（fǎ）。它是先將所選粉末（mò）與粘結劑進行混合，然後將混合料進行製粒（lì）再注射成形所需要的形狀（zhuàng）。

 

MIM工藝（yì）流程：

 

MIM流程分為四個獨特加工步驟（混合、成型、脫脂和燒結）來實現零部件的生產，針對產品特性決定是否需要進行表麵處理。

 

 

 

技術特點：

1、一次成（chéng）型負責零件；

2、製件表（biǎo）麵質量好、廢品率低（dī）、生產效率高、易（yì）於實現自動化（huà）；

3、對模具材料要求低。

 

技術核心：

粘接（jiē）劑是MIM技術的核心隻有加入（rù）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（wéi）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（gù）態金屬（Semi-SolidMetals，簡稱SSM）獨有的流變（biàn）性和攪（jiǎo）熔（róng）性（xìng）來（lái）控製鑄件的質量。

 

半固態成型可分為流變成型和觸變成（chéng）型。

 

(1)流變成型（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)觸變（biàn）成型（Thixoforming）

 

技術（shù）特點：

1、減少液（yè）態（tài）成型（xíng）缺陷，顯著提高質量和可靠性；

2、成型溫度比全液（yè）態成型溫度低（dī），大大（dà）減少對（duì）模具（jù）的熱衝擊；

3、能製造常規液態（tài）成型方法不可（kě）能製造的合金（jīn）；

 

應用：

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