各種金屬材料（liào）的成形工藝大全

　　

 

材料成形方法（fǎ）是零件設計的重要內容，也是製造者們極度關心的問題，更是材（cái）料加工（gōng）過程中（zhōng）的（de）關鍵因（yīn）素（sù），今天就帶（dài）大家來（lái）看看各種金（jīn）屬（shǔ）成形工藝。

 

▌ 鑄造

 

液態金屬澆注到與零件形狀、尺寸（cùn）相適應的鑄型型腔（qiāng）中，待其冷卻凝固，以獲得（dé）毛坯或零件的生產方法，通常稱（chēng）為金屬液態（tài）成形（xíng）或鑄造。

 

工藝流程：液體（tǐ）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，特別是內腔形狀複雜的製件（jiàn）。

2、適應性強，合金種類不受（shòu）限製，鑄件大小幾乎不受限製（zhì）。

3、材料來源（yuán）廣，廢（fèi）品（pǐn）可重熔，設備投資低。

4、廢品率高、表麵質量較低、勞動條件差（chà）。

 

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（fǎ）。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件（jiàn）都可用砂型鑄造方法獲得。

 

工藝流程：

 

砂（shā）型鑄造工藝流（liú）程

 

技術特點：

1、適（shì）合於製成（chéng）形狀複（fù）雜，特別是（shì）具有複雜（zá）內腔的毛坯；

2、適應性廣，成本（běn）低；

3、對於某些塑性很差的材（cái）料，如鑄鐵等，砂型鑄造是製造其零（líng）件或，毛坯的唯一的成形工藝。

 

應用：汽車的（de）發動機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等（děng）鑄件

 

（2）熔模鑄造(investmentcasting)

 

熔模鑄造：通常（cháng）是指在（zài）易熔材料製成模（mó）樣，在模（mó）樣表麵包覆若（ruò）幹層耐火材料製成型殼，再將模樣熔化排（pái）出型（xíng）殼，從（cóng）而獲得無分型麵的鑄型，經高溫焙燒後即可填砂澆注的鑄造方案。常稱為“失蠟（là）鑄造”。

 

工（gōng）藝流（liú）程：

熔模鑄造工藝流程

 

優點：

1、尺寸精度和幾何精度高；

2、表麵粗糙度高；

3、能夠鑄造外型複雜的鑄件，且鑄造的合金不受限製。

 

缺點：工序繁雜，費（fèi）用較（jiào）高（gāo）

 

應用：適（shì）用於生產形狀複（fù）雜、精度要求高、或很難（nán）進行其它加工的（de）小型零件，如渦輪發動機的葉片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓（yā）鑄：是（shì）利用高壓將金（jīn）屬液（yè）高速壓入（rù）一精密金屬模具型（xíng）腔（qiāng）內，金屬液在（zài）壓力作用下冷卻凝固而形成鑄件。

 

工藝（yì）流（liú）程（chéng）：

 

優點：

1、壓鑄時金（jīn）屬液體承受壓力（lì）高，流速（sù）快

2、產（chǎn）品質量好，尺寸穩定，互換性好；

3、生產效率高，壓鑄模使用次（cì）數多；

4、適合大批（pī）大量生產，經濟效益好。

 

缺點：

1、鑄件容（róng）易產生細小的氣孔和縮（suō）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、高熔點合金壓鑄時，鑄型壽命低，影響壓鑄生產的擴大（dà）。

 

應用：壓鑄件最先應（yīng）用在汽車（chē）工業和儀表工業，後來逐步擴（kuò）大到各（gè）個行業，如農業機械、機床工業（yè）、電子工業、國防工業（yè）、計（jì）算機、醫（yī）療器（qì）械、鍾表、照相（xiàng）機（jī）和日用五金等多個行（háng）業。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

低壓（yā）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（yā）力下結晶以形成鑄件的方法（fǎ）.。

 

技術特點：

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

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

3、鑄件在壓力下結晶，鑄件組織致（zhì）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（yǒu）利；

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，設備簡（jiǎn）易，易實現機械化和自動化。

 

應用：以傳統（tǒng）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（yè）澆入旋轉（zhuǎn）的鑄型中，在離心力作用下（xià）填（tián）充鑄型而凝固成形的一種鑄造方法。

 

優點：

1、幾乎不存在澆注係統和（hé）冒口係統的金屬（shǔ）消（xiāo）耗，提高工藝出品率；

2、生產中空鑄件時可不（bú）用型芯，故在生產長管形鑄件時（shí）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（lì）學性能高；

4、便於製造筒、套類複合金屬鑄件。

 

缺點：

1、用於生產異形鑄件時有一定的局限性；

2、鑄件（jiàn）內孔（kǒng）直徑不準確（què），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（xī）。

 

應用（yòng）：

離心鑄造最早用於生產鑄管，國（guó）內外在冶金、礦山、交通、排灌（guàn）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）及非鐵碳合金鑄件。其中（zhōng）尤以離心鑄鐵管、內燃機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)

 

金屬型鑄造：指（zhǐ）液態金屬在重力作用（yòng）下充填金屬（shǔ）鑄型並在型中冷卻凝固而獲得鑄件的一種成型（xíng）方法。

 

優點:

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

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）穩定性好。

3、因不用和很（hěn）少用砂芯，改善環境、減少粉塵和有害氣體、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（shī）導出型腔中的（de）空氣和砂（shā）芯所產（chǎn）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。因此隻有在（zài）大量成批（pī）生產時，才能（néng）顯示出好的（de）經（jīng）濟效果。

 

應用：

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

 

（7）真空壓鑄(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（shǎo）壓鑄件內的氣孔和（hé）溶解氣體，從而提（tí）高壓（yā）鑄件力學性能和（hé）表麵質量的（de）先進壓（yā）鑄工藝。

 

優點（diǎn）：

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

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

3、改善了充（chōng）填條件，可壓鑄較薄的鑄件;

 

缺點（diǎn）：

1、模具密（mì）封結構複雜，製造及安裝較困難，因而成本較高;

2、 真空壓（yā）鑄（zhù）法如控製不當，效果就（jiù）不是很顯著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓鑄造：是使液態或半固態金屬在高壓下凝固、流動成（chéng）形，直接獲得製件或毛坯的方法（fǎ）。它具有液態金屬利用率高、工序簡化和質量穩定等優點，是一種節能型的、具有潛在（zài）應用前景的金屬成形技術。

 

直接擠壓鑄（zhù）造：噴塗料、澆合金、合模、加壓、保壓（yā）、泄壓，分（fèn）模、毛坯脫模、複位；

 

間接擠壓鑄造：噴塗料、合模（mó）、給（gěi）料、充型（xíng）、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位。

 

技術特點：

1、可消除（chú）內部的氣孔、縮孔和縮鬆等（děng）缺陷；

2、表（biǎo）麵粗糙度低，尺寸精度高；

3、可（kě）防止鑄造裂紋的產生；

4、便於實（shí）現機械（xiè）化、自動化。

 

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

 

（9）消失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失（shī）模鑄造（zào）（又稱實型鑄造）：是（shì）將與鑄件尺寸形狀相似的（de）石蠟或泡沫模型（xíng）粘（zhān）結組合（hé）成模型簇（cù），刷塗耐火塗料並烘幹後，埋在幹石（shí）英（yīng）砂中振動造（zào）型，在負（fù）壓下澆注，使模型氣（qì）化，液體金屬占據模型位置，凝（níng）固（gù）冷卻（què）後形成鑄（zhù）件的新型鑄造方法。

 

工藝流程：預發泡→發泡（pào）成型→浸塗料→烘幹→造型→澆注→落砂→清理

 

 

 

技術特點：

1、鑄件精（jīng）度高，無砂芯，減少（shǎo）了（le）加工時間；

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（chéng）產結構複雜的（de）各種大小（xiǎo）較精密鑄件，合金種類（lèi）不限，生產（chǎn）批量不限（xiàn）。如灰鑄鐵發動機箱體、高錳鋼彎管等（děng）。

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連續（xù）鑄造：是（shì）一種先進的鑄（zhù）造方法，其原理是將熔（róng）融的金屬（shǔ），不斷澆入一種叫做結晶器的特殊金屬型（xíng）中，凝固（結殼）了的鑄件，連續不斷地從結晶器的另一端拉出（chū），它可獲得任意長（zhǎng）或特定的（de）長度的鑄件。

 

技術特點：

1、由（yóu）於（yú）金屬被（bèi）迅（xùn）速冷（lěng）卻，結（jié）晶致密，組織均勻，機械性（xìng）能較好；

2、節（jiē）約金屬，提高收得率；

3、簡化了工序，免除造型（xíng）及（jí）其它工序，因而減輕（qīng）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：

用連續鑄造法可以澆注鋼、鐵、銅合金、鋁合（hé）金、鎂合金等斷麵形狀不變的長鑄件，如鑄錠、板坯、棒坯、管子（zǐ）等。

 

▌ 塑性（xìng）成形

 

塑性成（chéng）形：就是（shì）利用（yòng）材料的塑性，在工具及模具的外力作用下來加工製件（jiàn）的少（shǎo）切削或無切削的工藝方法。它（tā）的種類有很多，主要包括鍛造、軋製、擠壓、拉拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

鍛（duàn）造：是一種（zhǒng）利用鍛壓機械對金屬坯（pī）料施加（jiā）壓力，使其產生塑性變形以（yǐ）獲得具有一定機械性（xìng）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（wéi）自由鍛、模鍛、碾環、特（tè）殊鍛造。

 

自由鍛造：一般（bān）是在錘鍛或者水壓機上，利用簡單的工具（jù）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（mó）鍛錘或者熱模鍛壓力機上利用模具來成形的。

 

碾環：指通（tōng）過專用設備碾環機生產不同直徑的環形零件，也用來生產（chǎn）汽車輪轂、火車車輪等輪形零件。

 

特種鍛造：包括輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態模鍛等鍛造方式，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：鍛坯加熱→輥（gǔn）鍛備坯→模鍛成形→切邊→衝孔→矯正→中間檢驗→鍛件熱處理→清理→矯正→檢查

 

技術特（tè）點：

1、鍛件質量（liàng）比鑄件高能承受大的衝擊（jī）力作用，塑性、韌性和其他方麵的（de）力學性能也都比鑄件高甚至比軋件高。

2、節約原材料，還能縮（suō）短加工工時。

3、生產效率高例。

4、自由鍛造（zào）適（shì）合（hé）於單件小（xiǎo）批量（liàng）生產，靈活性比較大。

 

應用：

大型軋鋼機（jī）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和立柱，機車軸，汽車和拖（tuō）拉機的曲軸、連杆等。

 

（2）軋製

 

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

 

軋製分（fèn）類：

按軋件運動分有（yǒu）：縱軋（zhá）、橫（héng）軋、斜（xié）軋。

 

縱軋:就是金屬在兩個旋轉方向相反的軋輥之間通過，並在（zài）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。

斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與軋輥（gǔn）軸線非特角。

 

應用：

主要用在金屬材料（liào）型材，板，管材等 ，還有（yǒu）一（yī）些非金屬材（cái）料比如塑料製品及玻（bō）璃製品。

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在三向不均勻壓應力作用下，從（cóng）模具的孔口或縫隙擠出使之橫截麵積減小長度增加，成為所需（xū）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→鑄棒加熱（rè）→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：

1、生產範圍廣，產品規格、品種多；

2、生產靈活性大（dà），適合小批量（liàng）生產；

3、產品尺寸精度高，表麵質量好；

4、設備投資少，廠房麵積小，易實現自動（dòng）化生產（chǎn）。

 

缺點：

1、幾何廢料（liào）損失大；

2、金屬流動不均（jun1）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：主要用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷麵零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用外力（lì）作用（yòng）於被拉金屬的前端（duān），將金屬（shǔ）坯料從小（xiǎo）於坯料斷麵的模（mó）孔中拉出，以獲得相應的形狀和尺寸的製品的一種塑（sù）性加工方法。

 

優點：

1. 尺寸精確（què），表麵（miàn）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（jiān）的總變形（xíng）量有限；

2. 長度受限製（zhì）。

 

生產適用範圍：拉拔是金屬管材、棒材、型材及（jí）線材（cái）的主要加工方法（fǎ）。

 

（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（shī）加外力，使之產生塑性（xìng）變形或分離，從而（ér）獲得所需形（xíng）狀和尺寸的工件（衝壓（yā）件）的成形加工（gōng）方法。

 

技術特點：

1、可得到輕量、高剛性之製品。

2、生產性良（liáng）好，適合大量生產、成本低。

3、可得到品質均一（yī）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，有60～70%是板材，其中大部（bù）分經過衝壓製成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包，容（róng）器的（de）殼體，電機、電器的鐵芯矽鋼片等都是衝壓（yā）加工的。儀（yí）器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿（mǐn）等產品中，也（yě）有大量衝壓件。

 

▌ 機加工

 

機加工（gōng）：是在在零件生產過（guò）程（chéng）中（zhōng），直接用刀具在毛坯上切除多餘金屬層厚度，使之或者圖（tú）紙要求的尺寸精（jīng）度、形狀和位置相互精度、表（biǎo）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（zuò）熔接,鎔接（jiē）是一種以加熱、高（gāo）溫或者高壓的方式接合金屬（shǔ）或其（qí）他（tā）熱塑性材料如塑料的製造工藝及技術。

 

▌ 粉末冶金（jīn）

 

粉末冶（yě）金：是製取金屬（shǔ）或用金屬粉末（或金（jīn）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，製造金屬材料、複合材料以及各（gè）種類型製（zhì）品的工藝技術。

 

優（yōu）點：

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

2、節約金屬，降低產品成本。

3、不會（huì）給材料任何汙染，有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（de）正確性和均勻性。

5、粉末冶金適（shì）宜於生（shēng）產同一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、模具費用相對來（lái）說要高（gāo）出鑄造模具。

 

生產適用（yòng）範圍：

粉末冶金技術可以直接（jiē）製成多孔、半致密或全（quán）致密材料和製（zhì）品（pǐn），如含油軸承、齒輪、凸（tū）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（jiǎn）稱。是將金屬粉末與其粘結劑（jì）的增塑混（hún）合料注射於模型中的成形方（fāng）法。它是先將所選粉（fěn）末與粘結劑進行混合（hé），然後將混合（hé）料（liào）進行製粒再注射成形所需要的形（xíng）狀。

 

MIM工藝流程：

 

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

 

 

 

技術特點：

1、一次（cì）成型負責（zé）零件；

2、製件表麵質（zhì）量好、廢品（pǐn）率低、生產效（xiào）率高、易（yì）於實（shí）現自動（dòng）化；

3、對模具（jù）材料要求低（dī）。

 

技術核心：

粘接劑是（shì）MIM技術的核心隻有加入一（yī）定量的粘接（jiē）劑，粉末才具有增（zēng）強流動性以適合注射成型和維持坯塊的基本形狀。

 

▌ 金屬半固（gù）態成型

 

半固態成型：利（lì）用非枝晶半固態金屬（Semi-SolidMetals，簡稱SSM）獨有的流變性和攪熔性來控（kòng）製鑄件的質量。

 

半固態成型可分為流變成型和（hé）觸變成型。

 

(1)流變成型（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)觸變（biàn）成型（xíng）（Thixoforming）

 

技術特（tè）點：

1、減少液態成型缺陷，顯著提高質量和可靠（kào）性；

2、成型（xíng）溫度比全液態成型溫度（dù）低，大大減少對模具的熱衝擊；

3、能製造常規液（yè）態成型方法不可能（néng）製造的合金；

 

應用：

目前已成功用於主缸、轉（zhuǎn）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航空、電子以及消費（fèi）品等方（fāng）麵。