各种金（jīn）属材料的成形工艺大全

　　

 

材料成形方法是零件设计的重要内容，也是制造者们极度关心的问题，更（gèng）是材料加工过程（chéng）中的关键因素，今（jīn）天就带大家来（lái）看看各种金属成（chéng）形工艺。

 

▌ 铸造

 

液（yè）态金属浇（jiāo）注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯（pī）或零件的生产方（fāng）法，通常称为金属液态成形或铸造（zào）。

 

工艺流程：液体金属（shǔ）→充型→凝固收缩→铸件

 

工艺特点：

1、可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂（zá）的制件。

2、适应性强，合金种类（lèi）不受限制，铸件大小几乎不受限制。

3、材（cái）料来源广，废品可重熔，设备投资低。

4、废品（pǐn）率高、表面质量较低、劳动条件差。

 

铸造（zào）分类 ：

 

（1）砂型铸（zhù）造（sand casting）

 

砂型铸造：在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多（duō）数有色合金铸件都可用（yòng）砂型铸造（zào）方法获得。

 

工艺流程：

 

砂型铸造工艺流程

 

技术特点：

1、适合于制成形状复杂，特别是具有复（fù）杂内腔的毛坯；

2、适应性广，成本低（dī）；

3、对于某些塑性很差的材料，如铸铁等，砂型铸造是制造其零（líng）件或，毛坯的唯一的成形（xíng）工艺。

 

应用：汽车的发动机气缸（gāng）体（tǐ）、气缸盖、曲轴等铸件

 

（2）熔模铸造(investmentcasting)

 

熔模铸造（zào）：通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔（róng）化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温（wēn）焙烧后即（jí）可填砂浇（jiāo）注的铸（zhù）造方案。常称为（wéi）“失（shī）蜡铸造”。

 

工艺（yì）流程：

熔模铸造工艺流程

 

优点：

1、尺（chǐ）寸精度和几何精度高；

2、表面粗糙度高；

3、能够铸造外型复杂的铸件，且铸造（zào）的合金不受限制。

 

缺点：工序繁杂，费用（yòng）较高

 

应用：适用于生产形状复（fù）杂、精度要求高、或很难进（jìn）行其它加工的小（xiǎo）型零件，如（rú）涡轮发动机的叶片（piàn）等。

 

（3）压力铸造(die casting)

 

压铸：是利用高压将金属液高速压入一精（jīng）密金属模具型腔内（nèi），金属液在压力作（zuò）用下冷却（què）凝固（gù）而形成铸件。

 

工艺（yì）流程：

 

优点：

1、压铸时金（jīn）属液体承受压力高，流速快

2、产品质量（liàng）好，尺寸稳定，互换性好；

3、生产效率高，压铸模使用次数多（duō）；

4、适合大批大量生产，经济效益好。

 

缺点：

1、铸件（jiàn）容（róng）易产生细小的气（qì）孔和缩松。

2、压铸件塑性低，不宜在冲（chōng）击载（zǎi）荷及有震动的情况下工作；

3、高熔点合金压铸时，铸型寿（shòu）命低，影响压铸生产的扩大。

 

应用：压铸件最先应用在汽车工业和仪表工业，后来逐（zhú）步扩大到各个行业（yè），如农业（yè）机械、机（jī）床工业、电子工业（yè）、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和（hé）日用五金等多个行业。

 

（4）低压（yā）铸造（zào）(low pressure casting)

 

低压铸造：是指使液体金属在较低压力(0.02～0.06MPa)作用下充填（tián）铸型，并在（zài）压力下结晶以形成铸件的方法.。

 

技（jì）术特点：

1、浇注时的（de）压力和速（sù）度可以（yǐ）调节，故可适用于各种不同铸型（如金属（shǔ）型、砂型等），铸造各种合金及各（gè）种大小的（de）铸（zhù）件；

2、采用（yòng）底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避免卷入气体及对型壁和型（xíng）芯的冲刷，提高了铸件的合格率；

3、铸件（jiàn）在压力下结晶，铸（zhù）件组织（zhī）致密、轮廓清（qīng）晰、表面光洁，力学性（xìng）能较高，对于大薄壁件的（de）铸（zhù）造尤（yóu）为有利（lì）；

4、省去补缩冒口，金属利用率提高到90～98%；

5、劳动强度低，劳动条件好，设备简易，易实（shí）现机械化和自动化（huà）。

 

应用：以传统产品为主（气缸（gāng）头（tóu）、轮毂、气缸架（jià）等（děng））。

 

（5）离心铸（zhù）造(centrifugal casting)

 

离心铸造：是（shì）将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下（xià）填充铸型而凝（níng）固（gù）成（chéng）形的一种铸（zhù）造方法。

 

优点：

1、几乎不存在浇注（zhù）系统和冒口系统的金属消耗，提（tí）高工艺出品率；

2、生产中空铸件时可不用型芯，故在生产长管形铸件时可大幅度地（dì）改（gǎi）善金属充型（xíng）能力；

3、铸件致密度高，气孔、夹渣等缺陷（xiàn）少，力学性能高；

4、便于制造筒、套类复合金属铸件。

 

缺点：

1、用于生产异形铸（zhù）件时有一定的局限性；

2、铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量较差，加工余量大；

3、铸（zhù）件易产生比重偏析。

 

应用：

离心铸造最早用于生产铸管（guǎn），国内外在冶金、矿山、交通、排灌机（jī）械、航空、国防、汽车（chē）等行业中均采用离心铸造工艺，来生产钢、铁及非铁碳合金铸件。其中尤以离心铸铁管、内燃机缸套和轴套等铸件的生（shēng）产最为普遍。

 

（6）金属型铸造(gravity die casting)

 

金属型铸造：指液态金属（shǔ）在重力作（zuò）用下充填金属铸（zhù）型并在型中（zhōng）冷却凝固而（ér）获得铸件的一种成（chéng）型方法。

 

优点:

1、金属型的（de）热导率（lǜ）和热容量大，冷却速（sù）度快，铸件组织致密，力学性能比砂型铸（zhù）件高15%左右。

2、能获得较高尺（chǐ）寸（cùn）精度（dù）和较（jiào）低表面粗糙度值的铸件，并且（qiě）质量稳定性好。

3、因不（bú）用和很少用砂芯，改善环境、减少粉尘和有害气体、降低劳动强度。

 

缺点：

1、金属型本身（shēn）无透（tòu）气性，必须采用一定的措施导出型腔中的空气和砂芯所产生的气体；

2、金属型无退让性，铸（zhù）件凝固时容易产生（shēng）裂纹；

3、金属（shǔ）型制造周期较长，成本（běn）较高。因此只有在大量成批生产时，才能显示出好（hǎo）的经济效（xiào）果。

 

应用：

金（jīn）属型铸造既适用于大批量生产形（xíng）状（zhuàng）复杂的铝合金、镁合金等非铁合金铸件，也适合于生产（chǎn）钢铁金属的铸件、铸锭等。

 

（7）真空压铸(vacuumdie casting)

 

真空铸造（zào）：通过在压铸过程中抽除压铸模（mó）具型腔（qiāng）内的气体而（ér）消除或显著（zhe）减少压铸件内的气孔和溶解气体（tǐ），从（cóng）而提高压铸件力学性能和表面质量（liàng）的先进压铸工艺。

 

优点：

1、消除或减少压铸件内部（bù）的气孔，提高压铸件的机械性能和表面质量，改善镀覆性能;

2、减少型腔的反压力，可使用较低的比压（yā）及铸造性能较差（chà）的合金，有可能用小机器压铸（zhù）较（jiào）大的铸件;

3、改善了充填条件，可压铸（zhù）较薄的铸件;

 

缺点（diǎn）：

1、模具密封结（jié）构（gòu）复杂，制造及安装较困难，因而成本较高;

2、 真空（kōng）压铸法如（rú）控（kòng）制不当，效果就不是很显著（zhe）。

 

（8）挤压铸造(squeezing die casting)

 

挤压铸造：是（shì）使液态或半固态金属在高压（yā）下凝固、流动（dòng）成形，直接获得制件或毛坯的方法。它具有液态金属利用率（lǜ）高（gāo）、工序简（jiǎn）化和质量稳定等优点，是一种节能型的、具有潜在应用前景的金属成形技术。

 

直（zhí）接挤压铸造：喷涂料、浇合金、合模、加（jiā）压、保压、泄压，分模、毛坯脱模、复位；

 

间接挤压铸造：喷涂料、合模（mó）、给料、充型、加压、保压、泄压，分模、毛坯脱模、复位。

 

技术特点：

1、可消除内部（bù）的（de）气孔、缩孔（kǒng）和缩（suō）松等缺陷；

2、表面（miàn）粗糙度低，尺寸精度高；

3、可防止铸造裂纹的产生（shēng）；

4、便于实现机械化、自动化。

 

应用：可用于生产各种类（lèi）型的合金，如铝合金、锌合金、铜合金、球墨铸铁等

 

（9）消失模铸（zhù）造（Lost foam casting ）

 

消失（shī）模铸造（又称实型铸造）：是将与铸件尺（chǐ）寸形状相似的石蜡（là）或泡沫（mò）模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模（mó）型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

 

工艺流程：预发泡（pào）→发泡成型→浸涂料→烘干→造型→浇注→落砂→清理（lǐ）

 

 

 

技（jì）术特点：

1、铸件精度高，无砂芯，减少了加工（gōng）时间；

2、无分型面，设（shè）计灵活，自由度高；

3、清洁生产，无（wú）污染；

4、降低投资和（hé）生（shēng）产成本。

 

应用：

适合成产（chǎn）结构复杂（zá）的各种大小较精密铸件，合金种类不限，生产批量不限（xiàn）。如灰铸铁发动机箱体、高锰钢弯管（guǎn）等。

 

（10）连续铸（zhù）造（continual casting）

 

连续铸造：是一种先（xiān）进的铸造方法，其原理（lǐ）是（shì）将熔融的金属（shǔ），不断浇入一种叫做结晶（jīng）器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的铸件，连（lián）续不断地从结晶器的（de）另一端拉（lā）出，它（tā）可获得任意长或特定的长度的（de）铸件。

 

技术特点：

1、由于金属被迅速冷（lěng）却，结晶致密，组织均（jun1）匀，机械性能较好；

2、节约金属，提高收得率（lǜ）；

3、简化了（le）工序（xù），免除造型及其它工（gōng）序，因而减轻了劳动强度；所需生（shēng）产面积也大为减少；

4、连续铸造生产易于实现机械化和自动化，提高生产效率。

 

应用：

用连续铸造法可以浇注钢、铁、铜合金、铝合金、镁合金等断面形状不变（biàn）的（de）长铸件，如（rú）铸锭、板坯、棒坯、管子等。

 

▌ 塑性成形

 

塑性成形：就（jiù）是利用材料的塑性，在工具及（jí）模具的外力作（zuò）用下来加工制件的少（shǎo）切削或无切削的工艺方法。它的种（zhǒng）类有很多，主要（yào）包括锻造、轧制、挤压（yā）、拉拔、冲压（yā）等。

 

（1）锻造

 

锻造：是（shì）一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生（shēng）塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。

 

根（gēn）据成形机（jī）理，锻造可分为自由锻、模锻、碾环、特殊锻造。

 

自由锻造：一般是在锤锻（duàn）或者水（shuǐ）压机上，利用简（jiǎn）单的工具（jù）将金属（shǔ）锭或者块料锤成所需要形状和尺寸的（de）加工方法。

 

模锻：是在模锻锤或（huò）者热模（mó）锻压力机上利用模具来成形的。

 

碾环（huán）：指通过专用设备碾环机生产不同直径的环形（xíng）零件（jiàn），也用来生产汽（qì）车轮毂、火车车轮等轮（lún）形零件。

 

特种锻造：包括辊锻（duàn）、楔横（héng）轧、径向锻造、液态模锻等锻造方式，这些方式都比较适（shì）用于生产某些特殊形状的零件。

 

工艺流程：锻坯加热→辊锻备坯→模锻成形→切边→冲孔（kǒng）→矫（jiǎo）正→中间检验→锻件热处理→清理→矫正→检查

 

技术特点：

1、锻件质量比铸件高能（néng）承受大的冲（chōng）击（jī）力（lì）作用，塑性、韧（rèn）性和其他方面的力学性能也都比铸件高（gāo）甚至比（bǐ）轧件高。

2、节约原材料，还能缩短加工工时。

3、生产效率高（gāo）例。

4、自由锻造适合于单件（jiàn）小批量生产，灵活性比（bǐ）较大。

 

应用：

大型轧钢机的轧辊、人字齿轮（lún），汽轮发电机组的（de）转（zhuǎn）子、叶轮、护环，巨大的水压机工作缸和立柱，机车轴，汽车和拖（tuō）拉机的曲轴、连杆等。

 

（2）轧制

 

轧制：将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状（zhuàng）），因受轧辊的压缩成型轧制使材料截面减小，长度增加的压力加工方法。

 

轧制分（fèn）类：

按轧件运动分（fèn）有：纵轧、横轧、斜轧。

 

纵轧:就是金属（shǔ）在（zài）两个（gè）旋转方向相反的轧辊之间（jiān）通（tōng）过，并在其间产生塑性变形的过程。

横轧：轧件变形后运动方向与轧辊轴（zhóu）线方向一致。

斜轧：轧件作螺旋运动，轧（zhá）件与轧辊轴线非特角。

 

应用：

主要用在金属材料（liào）型材，板，管材等 ，还（hái）有一些非金（jīn）属材料比如塑料制（zhì）品及玻璃制品。

 

（3）挤压

 

挤压：坯料在三（sān）向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出使之横截面积（jī）减小长度增加，成为所需制品的加工方法叫（jiào）挤压，坯料的（de）这种加工叫挤压（yā）成型。

 

工（gōng）艺流程：

挤压前准备→铸棒加热→挤压→拉伸扭拧校直→锯（jù）切（qiē）（定尺）→取样检查→人工时效→包装

优点：

1、生产范（fàn）围（wéi）广，产品规格、品种多；

2、生产灵活性（xìng）大，适合小批量生（shēng）产；

3、产（chǎn）品尺寸精度高（gāo），表面质量好；

4、设备投资少，厂房面积小，易实现自动化生产。

 

缺点：

1、几何废料损失大；

2、金（jīn）属流动不均匀（yún）；

3、挤压速度低（dī），辅助时间长；

4、工具损耗大，成本高。

 

生产适用范围：主要用于制造长杆、深孔、薄（báo）壁、异型断面零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用外力作用于被拉金属的前端，将（jiāng）金属坯料（liào）从小于坯料断面的模孔中拉出，以获得相应的形状和尺寸的制（zhì）品的一种塑性加工方法。

 

优点：

1. 尺寸精确，表面光洁；

2. 工具、设备简单；

3. 连续高速生产断面小的长制品（pǐn）。

 

缺点：

1. 道次变形（xíng）量与两次退火间的总变形量有限；

2. 长（zhǎng）度受限制。

 

生产适用（yòng）范围：拉拔是金属管材、棒材、型材及线材的主要加工方法。

 

（5）冲压

 

冲压：是靠压力机和模具对板（bǎn）材、带材、管材和型材等施加外（wài）力，使之产生（shēng）塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺（chǐ）寸的工件（冲压（yā）件）的成形加工方法。

 

技术特点：

1、可得到轻量（liàng）、高刚性之制品。

2、生产性良好，适合大（dà）量生（shēng）产、成本低。

3、可得到品（pǐn）质均一的制品（pǐn）。，

4、材料利用率高、剪切性及回收性良好 。

 

适用范（fàn）围：

全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中（zhōng）大部分经（jīng）过冲压制成成品。汽车的车（chē）身、底盘、油箱、散热器片，锅（guō）炉的汽包（bāo），容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家（jiā）用电器、自（zì）行（háng）车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲（chōng）压件。

 

▌ 机加工

 

机加工：是在在零件生（shēng）产过程中，直接用刀具在毛坯上切除（chú）多余金属（shǔ）层厚度，使之或者图纸要求的尺寸精度、形状和位置相互（hù）精（jīng）度（dù）、表面质量等（děng）技术要求的加工过程。

 

常用机（jī）加工方（fāng）法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也称（chēng）作熔接,镕接是一种以加热、高温或者高压的（de）方式接（jiē）合金属（shǔ）或其他热塑性材料如塑（sù）料的制（zhì）造工艺及技术。

 

▌ 粉（fěn）末冶金（jīn）

 

粉末冶金：是制取金属或用（yòng）金属粉（fěn）末（或金属粉末与非金属粉末的混（hún）合物）作为原料，经过成形（xíng）和烧结，制造金属材料、复合材（cái）料以及各种类型制品的工艺技术。

 

优点：

1、绝大（dà）多数（shù）难熔金属及其化（huà）合物、假合金、多孔材料只能用（yòng）粉末冶金方法来制造。

2、节（jiē）约金属，降低产品成本。

3、不会给材料任何污染，有可能制取高纯度的材料。

4、粉（fěn）末冶金（jīn）法（fǎ）能保证材料成分配（pèi）比的正确（què）性（xìng）和均匀性。

5、粉末冶金适宜（yí）于生产同一形状而数量多的产品，能大大（dà）降低生产成本。

 

缺点：

1、在没有批量的情况下要考虑 零件的大小。

2、模具（jù）费用（yòng）相对来说要高出铸造模具（jù）。

 

生产适用范围：

粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等（děng）。

 

▌ 金属注射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金属注射成形的简称。是将（jiāng）金属粉末与其粘（zhān）结（jié）剂的增塑（sù）混合料（liào）注射于模型中的成形方法。它是先将所选粉末与粘结剂进行混合（hé），然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状。

 

MIM工艺流程：

 

MIM流程分为四个独特加（jiā）工步骤（混合、成型、脱脂和烧结）来实现零部件（jiàn）的（de）生产，针对产（chǎn）品特性决定是（shì）否需要进行表面处理（lǐ）。

 

 

 

技术特点：

1、一次成型负责零件；

2、制件表面质量好、废品率低、生（shēng）产（chǎn）效（xiào）率高、易于实现自动化；

3、对模具材料要（yào）求（qiú）低。

 

技术核心：

粘接剂是MIM技术的核心只有加入一定量（liàng）的粘接剂，粉末才具有增强流动性以适合注射成型和维持坯块的基（jī）本形状（zhuàng）。

 

▌ 金属半固态成型

 

半固态成型：利用非枝（zhī）晶半固态金属（Semi-SolidMetals，简称SSM）独有的流变性和搅熔性来控制铸件的质（zhì）量。

 

半固态成型可分为流变成型和（hé）触变成型。

 

(1)流变成（chéng）型（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)触变成型（Thixoforming）

 

技术特点：

1、减少液态成型（xíng）缺（quē）陷，显著提高质量和（hé）可靠性；

2、成型温度比全液态（tài）成型（xíng）温度低，大大减少对模具的（de）热冲击；

3、能制造常规液态成型方法不可能制造的合金；

 

应用（yòng）：

目前已成（chéng）功用于主缸、转向系统零件、摇臂、发动机活塞、轮毂、传动系（xì）统零件、燃油系统零件（jiàn）和（hé）空调零件等制造（zào）等（děng）航空（kōng）、电子以（yǐ）及消费品（pǐn）等方面。