內(nei) 容提要：

本文主要介紹了幾種金屬成型工藝，包含鑄造（（1）砂型鑄造（2）熔模鑄造（3）壓力鑄造（4）低壓鑄造（5）離心鑄造（6）金屬型鑄造（7）真空壓鑄（8）擠壓鑄造（9）消失模鑄造（10）連續鑄造）、塑性成形（（1）鍛造（2）軋製（3）擠壓（4）拉拔（5）衝(chong) 壓）、機加工、焊接、粉末冶金金屬注射成型金屬半固態成型3D打印

 

材料成形方法是零件設計的重要內(nei) 容，也是製造者們(men) 極度關(guan) 心的問題，更是材料加工過程中的關(guan) 鍵因素，今天就帶大家來看看金屬成形工藝。

▌ 鑄造

液態金屬澆注到與(yu) 零件形狀、尺寸相適應的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chan) 方法，通常稱為(wei) 金屬液態成形或鑄造。

工藝流程：液體(ti) 金屬→充型→凝固收縮→鑄件

 

工藝特點：

1、可生產(chan) 形狀任意複雜的製件，特別是內(nei) 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(chan) 鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。

工藝流程：

 

砂型鑄造工藝流程

技術特點：

1、適合於(yu) 製成形狀複雜，特別是具有複雜內(nei) 腔的毛坯；

2、適應性廣，成本低；

3、對於(yu) 某些塑性很差的材料，如鑄鐵等，砂型鑄造是製造其零件或，毛坯的唯一的成形工藝。

應用：汽車的發動機氣缸體(ti) 、氣缸蓋、曲軸等鑄件

（2）熔模鑄造(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，再將模樣熔化排出型殼，從(cong) 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(wei) “失蠟鑄造”。

工藝流程：

 

熔模鑄造工藝流程

優(you) 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，費用較高

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

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利用高壓將金屬液高速壓入一精密金屬模具型腔內(nei) ，金屬液在壓力作用下冷卻凝固而形成鑄件。

工藝流程：

 

優(you) 點：

1、壓鑄時金屬液體(ti) 承受壓力高，流速快

2、產(chan) 品質量好，尺寸穩定，互換性好；

3、生產(chan) 效率高，壓鑄模使用次數多；

4、適合大批大量生產(chan) ，經濟效益好。

缺點：

1、鑄件容易產(chan) 生細小的氣孔和縮鬆。

2、壓鑄件塑性低，不宜在衝(chong) 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(chan) 的擴大。

應用：壓鑄件最先應用在汽車工業(ye) 和儀(yi) 表工業(ye) ，後來逐步擴大到各個(ge) 行業(ye) ，如農(nong) 業(ye) 機械、機床工業(ye) 、電子工業(ye) 、國防工業(ye) 、計算機、醫療器械、鍾表、照相機和日用五金等多個(ge) 行業(ye) 。

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

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

工藝流程：

 

技術特點：

1、澆注時的壓力和速度可以調節，故可適用於(yu) 各種不同鑄型（如金屬型、砂型等），鑄造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(ti) 及對型壁和型芯的衝(chong) 刷，提高了鑄件的合格率；

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

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，設備簡易，易實現機械化和自動化。

應用：以傳(chuan) 統產(chan) 品為(wei) 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，在離心力作用下填充鑄型而凝固成形的一種鑄造方法。

工藝流程：

 

 

優(you) 點：

1、幾乎不存在澆注係統和冒口係統的金屬消耗，提高工藝出品率；

2、生產(chan) 中空鑄件時可不用型芯，故在生產(chan) 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；

4、便於(yu) 製造筒、套類複合金屬鑄件。

缺點：

1、用於(yu) 生產(chan) 異形鑄件時有一定的局限性；

2、鑄件內(nei) 孔直徑不準確，內(nei) 孔表麵比較粗糙，質量較差，加工餘(yu) 量大；

3、鑄件易產(chan) 生比重偏析。

應用：

離心鑄造最早用於(yu) 生產(chan) 鑄管，國內(nei) 外在冶金、礦山、交通、排灌機械、航空、國防、汽車等行業(ye) 中均采用離心鑄造工藝，來生產(chan) 鋼、鐵及非鐵碳合金鑄件。其中尤以離心鑄鐵管、內(nei) 燃機缸套和軸套等鑄件的生產(chan) 最為(wei) 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型方法。

工藝流程：

 

優(you) 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，並且質量穩定性好。

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

缺點：

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

2、金屬型無退讓性，鑄件凝固時容易產(chan) 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(chan) 時，才能顯示出好的經濟效果。

應用：

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

（7）真空壓鑄(vacuumdie casting)

 

真空鑄造：通過在壓鑄過程中抽除壓鑄模具型腔內(nei) 的氣體(ti) 而消除或顯著減少壓鑄件內(nei) 的氣孔和溶解氣體(ti) ，從(cong) 而提高壓鑄件力學性能和表麵質量的先進壓鑄工藝。

工藝流程：

 

優(you) 點：

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

2、減少型腔的反壓力，可使用較低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：

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、流動成形，直接獲得製件或毛坯的方法。它具有液態金屬利用率高、工序簡化和質量穩定等優(you) 點，是一種節能型的、具有潛在應用前景的金屬成形技術。

工藝流程：

 

直接擠壓鑄造：噴塗料、澆合金、合模、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位；

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、可消除內(nei) 部的氣孔、縮孔和縮鬆等缺陷；

2、表麵粗糙度低，尺寸精度高；

3、可防止鑄造裂紋的產(chan) 生；

4、便於(yu) 實現機械化、自動化。

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

（9）消失模鑄造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又稱實型鑄造）：是將與(yu) 鑄件尺寸形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(ti) 金屬占據模型位置，凝固冷卻後形成鑄件的新型鑄造方法。

工藝流程：預發泡→發泡成型→浸塗料→烘幹→造型→澆注→落砂→清理

 

技術特點：

1、鑄件精度高，無砂芯，減少了加工時間；

2、無分型麵，設計靈活，自由度高；

3、清潔生產(chan) ，無汙染；

4、降低投資和生產(chan) 成本。

應用：

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

（10）連續鑄造（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，連續不斷地從(cong) 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。

工藝流程：

 

技術特點：

1、由於(yu) 金屬被迅速冷卻，結晶致密，組織均勻，機械性能較好；

2、節約金屬，提高收得率；

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

4、連續鑄造生產(chan) 易於(yu) 實現機械化和自動化，提高生產(chan) 效率。

應用：

用連續鑄造法可以澆注鋼、鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等斷麵形狀不變的長鑄件，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、擠壓、拉拔、衝(chong) 壓等。

（1）鍛造

 

 

鍛造：是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chan) 生塑性變形以獲得具有一定機械性能、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(wei) 自由鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造。

自由鍛造：一般是在錘鍛或者水壓機上，利用簡單的工具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(zhuan) 用設備碾環機生產(chan) 不同直徑的環形零件，也用來生產(chan) 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(yu) 生產(chan) 某些特殊形狀的零件。

 

工藝流程：鍛坯加熱→輥鍛備坯→模鍛成形→切邊→衝(chong) 孔→矯正→中間檢驗→鍛件熱處理→清理→矯正→檢查

技術特點：

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

2、節約原材料，還能縮短加工工時。

3、生產(chan) 效率高例。

4、自由鍛造適合於(yu) 單件小批量生產(chan) ，靈活性比較大。

應用：

大型軋鋼機的軋輥、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和立柱，機車軸，汽車和拖拉機的曲軸、連杆等。

（2）軋製

 

 

軋製：將金屬坯料通過一對旋轉軋輥的間隙（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(liang) 個(ge) 旋轉方向相反的軋輥之間通過，並在其間產(chan) 生塑性變形的過程。

橫軋：軋件變形後運動方向與(yu) 軋輥軸線方向一致。

斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與(yu) 軋輥軸線非特角。

 

工藝流程：

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比如塑料製品及玻璃製品。

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在三向不均勻壓應力作用下，從(cong) 模具的孔口或縫隙擠出使之橫截麵積減小長度增加，成為(wei) 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→拉伸扭擰校直→鋸切（定尺）→取樣檢查→人工時效→包裝入庫

 

優(you) 點：

1、生產(chan) 範圍廣，產(chan) 品規格、品種多；

2、生產(chan) 靈活性大，適合小批量生產(chan) ；

3、產(chan) 品尺寸精度高，表麵質量好；

4、設備投資少，廠房麵積小，易實現自動化生產(chan) 。

缺點：

1、幾何廢料損失大；

2、金屬流動不均勻；

3、擠壓速度低，輔助時間長；

4、工具損耗大，成本高。

生產(chan) 適用範圍：主要用於(yu) 製造長杆、深孔、薄壁、異型斷麵零件。

（4）拉拔

 

拉拔：用外力作用於(yu) 被拉金屬的前端，將金屬坯料從(cong) 小於(yu) 坯料斷麵的模孔中拉出，以獲得相應的形狀和尺寸的製品的一種塑性加工方法。

 

優(you) 點：

1. 尺寸精確，表麵光潔；

2. 工具、設備簡單；

3. 連續高速生產(chan) 斷麵小的長製品。

缺點：

1. 道次變形量與(yu) 兩(liang) 次退火間的總變形量有限；

2. 長度受限製。

生產(chan) 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(chong) 壓

 

衝(chong) 壓：是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chan) 生塑性變形或分離，從(cong) 而獲得所需形狀和尺寸的工件（衝(chong) 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(chan) 性良好，適合大量生產(chan) 、成本低。

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，有60～70%是板材，其中大部分經過衝(chong) 壓製成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包，容器的殼體(ti) ，電機、電器的鐵芯矽鋼片等都是的。儀(yi) 器儀(yi) 表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chan) 品中，也有大量衝(chong) 壓件。

▌ 機加工

 

機加工：是在在零件生產(chan) 過程中，直接用刀具在毛坯上切除多餘(yu) 金屬層厚度，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,鎔接是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的製造工藝及技術。

焊接分類：

 

 

▌ 粉末冶金

 

粉末冶金：是製取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與(yu) 非金屬粉末的混合物）作為(wei) 原料，經過成形和燒結，製造金屬材料、複合材料以及各種類型製品的工藝技術。

工藝基本流程：

 

優(you) 點：

1、絕大多數難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料隻能用粉末冶金方法來製造。

2、節約金屬，降低產(chan) 品成本。

3、不會(hui) 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正確性和均勻性。

5、粉末冶金適宜於(yu) 生產(chan) 同一形狀而數量多的產(chan) 品，能大大降低生產(chan) 成本。

缺點：

1、在沒有批量的情況下要考慮 零件的大小。

2、模具費用相對來說要高出鑄造模具。

生產(chan) 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、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。是將金屬粉末與(yu) 其粘結劑的增塑混合料注射於(yu) 模型中的成形方法。它是先將所選粉末與(yu) 粘結劑進行混合，然後將混合料進行製粒再注射成形所需要的形狀。

MIM工藝流程：

MIM流程分為(wei) 四個(ge) 獨特加工步驟（混合、成型、脫脂和燒結）來實現零部件的生產(chan) ，針對產(chan) 品特性決(jue) 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(chan) 效率高、易於(yu) 實現自動化；

3、對模具材料要求低。

技術核心：

粘接劑是MIM技術的核心隻有加入一定量的粘接劑，粉末才具有增強流動性以適合注射成型和維持坯塊的基本形狀。

▌ 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SSM）獨有的流變性和攪熔性來控製鑄件的質量。

半固態成型可分為(wei) 流變成型和觸變成型。

(1)流變成型（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(chong) 擊；

3、能製造常規液態成型方法不可能製造的合金；

應用：

目前已成功用於(yu) 主缸、轉向係統零件、搖臂、發動機活塞、輪轂、傳(chuan) 動係統零件、燃油係統零件和空調零件等製造等航空、電子以及消費品等方麵。

▌ 3D打印

3D打印：是快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為(wei) 基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體(ti) 的技術。

3D打印技術比較:

 

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來源：網絡

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