26种金属成型工艺,这才是你需要的干货(一)

常用的金属材料成型工艺就是生产零部件的工艺方法,为冷、热成型,常见的工艺大面上分为以下几类:铸造、锻造、焊接和切削加工!今天我们从这些工艺的小类别用动图和解释总结概括一下。

1.压铸

(注意压铸不是压力铸造的简称)是一种金属铸造工艺,其特点是利用模具腔对融化的金属施加高压。模具通常是用强度更高的合金加工而成的,这个过程有些类似注塑成型。

特点:

优点:

  • 压铸件尺寸精度高,表面粗糙度低;

  • 铸件强度和表面硬度高;

  • 应用广泛;

  • 生产效率高;

  • 金属利用率高;

缺点:

  • 压铸时由于液态金属充填型腔速度高,流态不稳定,故采用一般压铸法,铸件易产生气孔,不能进行热处理;

  • 对内凹复杂的铸件,压铸较为困难;

  • 高熔点合金(如铜,黑色金属),压铸型寿命较低;

  • 不宜小批量生产,其主要原因是压铸型制造成本高,压铸机生产效率高,小批量生产不经济。

应用:

压铸是最先进的金属成型方法之一,应用很广,发展很快。压铸件也不再局限于汽车工业和仪表工业,逐步扩大到其它各个工业部门,如农业机械、机床工业、电子工业、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和日用五金等几十个行业,具体有:汽车零配件,家具配件,浴室配件(卫浴),灯饰零件,玩具,须刨,领带夹,电气一电子零件,皮带扣,表壳,金属饰扣,锁具,拉链等。


2.砂模铸造

就是用砂子制造铸模。砂模铸造需要在砂子中放入成品零件模型或木制模型(模样),然后在模样周围填满砂子,开箱取出模样以后砂子形成铸模。为了在浇铸金属之前取出模型,铸模应做成两个或更多个部分;在铸模制作过程中,必须留出向铸模内浇铸金属的孔和排气孔,合成浇注系统。铸模浇注金属液体以后保持适当时间,一直到金属凝固。取出零件后,铸模被毁,因此必须为每个铸造件制作新铸模。

特点:

优点:

  • 适用于制造形状复杂的工件;

  • 适用于一些重量或体积大的工件;

  • 可简化加工程序或装配步骤;

  • 适用于大量生产,具有很高的生产效率。

缺点:

  • 铸件的尺寸精度及表面粗糙度比切削或成形加工者差,故常需再进行后续加工制作以得到工件所要求的品质;

  • 铸件的表面状态一般较差;

  • 铸件的内部组件通常不均匀,且容易出现缺陷。

3.熔模铸造

又称失蜡铸造,包括压蜡、修蜡、组树、沾浆、熔蜡、浇铸金属液及后处理等工序。失蜡铸造是用蜡制作所要铸成零件的蜡模,然后蜡模上涂以泥浆,这就是泥模。泥模晾干后,再焙烧成陶模。一经焙烧,蜡模全部熔化流失,只剩陶模。一般制泥模时就留下了浇注口,再从浇注口灌入金属熔液,冷却后,所需的零件就制成了。

特点:

  • 熔模铸件尺寸精度较高;

  • 压制熔模时,采用型腔表面光洁度高的压型,因此,熔模的表面光洁度也比较高;

  • 可以铸造各种合金的复杂的铸件,特别可以铸造高温合金铸件。

4.模锻

这是在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。根据设备不同,模锻分为锤上模锻,曲柄压力机模锻,平锻机模锻,摩擦压力机模锻等。辊锻是材料在一对反向旋转模具的作用下产生塑性变形得到所需锻件或锻坯的塑性成形工艺。它是成形轧制(纵轧)的一种特殊形式。

特点:

  • 模锻工艺生产效率高,劳动强度低,尺寸精确,加工余量小;

  • 可锻制形状复杂的锻件;

  • 适用于批量生产,不适合于单件或小批量生产;

  • 锻件内部的锻造流线按锻件轮廓分布,从而提高了零件的力学性能和使用寿命;

  • 操作简单,易于实现机械化,生产率高。

5.锻造

这是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生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,锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,同时由于保存了完整的金属流线,锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件,除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外,多采用锻件。

特点:

  • 与铸件相比,金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能;

  • 铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能;

  • 锻件是金属被施加压力,通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。

应用:

锻造生产是机械制造工业中提供机械零件毛坯的主要加工方法之一。锻造生产广泛的应用于冶金、矿山、汽车、拖拉机、收获机械、石油、化工、航空、航天、兵器等工业部门。

6.轧制

又称压延,指的是将金属锭通过一对滚轮来为之赋形的过程。如果压延时,金属的温度超过其再结晶温度,那么这个过程被称为“热轧”,否则称为“冷轧”。压延是金属加工中最常用的手段。

特点:

  • 可以破坏钢锭的铸造组织,细化钢材的晶粒;

  • 消除显微组织的缺陷;

  • 使钢材组织密实,力学性能得到改善。

应用:

这是生产钢材最常用的生产方式,主要用来生产型材、板材、管材。

7.压力铸造

它的实质是在高压作用下,使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型(压铸模具)型腔,并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。

特点:

优点:

  • 生产率高,易于实现机械化和自动化,可以生产形状复杂的薄壁铸件;

  • 铸件尺寸精度高,表面粗糙度值小;

  • 压铸件中可嵌铸零件,既节省贵重材料和机加工工时,也替代了部件的装配过程,可以省去装配工序,简化制造工艺。

缺点:

  • 合金种类受限制,锌、镁、铜等有色合金;

  • 压铸时液体金属充填速度高,型腔内气体难以完全排除,铸件易出现气孔和裂纹及氧化杂物等缺陷,压铸件通常不能进行热处理;

  • 压铸模的结构复杂、制造周期长,成本较高,不适合小批量铸件生产;

  • 压铸机造价高、投资大,受到压铸机锁模力及装模尺寸的限制,不适宜生产大型压铸件。

应用:

由于压铸的优点,使它获得广泛的应用,主要应用于大批量生产的非铁合金铸件。在压铸件产量中,占最大比重的是铝合金压铸件,为30%~50%;其次为锌合金压铸件;铜合金压铸件占1%~2%。应用压铸件最多的是汽车、拖拉机制造业,其次为仪表制造和电子仪器工业,再次为农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业。用压铸法生产的零件有发动机汽缸体、汽缸盖、变速箱箱体、发动机罩、仪表和照相机的壳体与支架、管接头、齿轮等。

8.低压铸造

在低压气体作用下使液态金属充填铸型并凝固成铸件的铸造方法。低压铸造最初主要用于铝合金铸件的生产,以后进一步扩展用途,生产熔点高的铜铸件、铁铸件和钢铸件。

特点:

优点:

  • 低压铸造可以采用砂型、金属型、石墨型等,充型过程既与金属型铸造和砂型铸造等重力铸造有区别,也不同于高压高速充型的压力铸造;

  • 纯净金属液充型,提高了铸件的纯净度;

  • 金属液充型平稳,减少或避免了金属液在充型时的翻腾、冲击、飞溅现象,从而减少了氧化渣的形成;

  • 铸件成型性好,金属液在压力作用下充型,可以提高金属液的流动性,有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件,对于大型薄壁铸件的成型更为有利;

  • 铸件在压力作用下结晶凝固,能得到充分地补缩,铸件组织致密;

  • 提高了金属液的收得率,一般情况下不需要冒口,并且升液管中未凝固的金属可回流至坩埚,重复使用,使金属液的收得率大大提高,收得率一般可达90%;

  • 生产操作方便,劳动条件好,生产效率高,易实现机械化和自动化。

应用:

低压铸造是最早的反重力铸造技术,20世纪40年代开始用于工业生产。如今,低压铸造主要用于生产铝合金、镁合金件,如汽车工业的汽车轮毂、内燃发动机的气缸体、气缸盖、活塞、导弹外壳、叶轮、导风轮等形状复杂、质量要求高的铸件。当采用低压铸造生产铸钢时,如铸钢车轮,升液管需采用特种耐火材料。低压铸造也可应用于小型铜合金铸件,如管道装置接头,浴室中的旋塞龙头等。

9.离心铸造

这是将液体金属注入高速旋转的铸型内,使金属液在离心力的作用下充满铸型和形成铸件的技术和方法。离心铸造所用的铸型,根据铸件形状、尺寸和生产批量不同,可选用非金属型(如砂型、壳型或熔模壳型)、金属型或在金属型内敷以涂料层或树脂砂层的铸型。

特点:

优点:

  • 几乎不存在浇注系统和冒口系统的金属消耗,提高工艺出品率;

  • 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改善金属充型能力,降低铸件壁厚对长度或直径的比值,简化套筒和管类铸件的生产过程;

  • 铸件致密度高,气孔、夹渣等缺陷少,力学性能高;

  • 便于制造筒、套类复合金属铸件,如钢背铜套、双金属轧辊等;成形铸件时,可借离心运动提高金属的充型能力,故可生产薄壁铸件。

缺点:

  • 用于生产异形铸件时有一定的局限性。

  • 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;

  • 铸件易产生比重偏析,因此不适合于合金易产生比重偏析的铸件(如铅青铜),尤其不适合于铸造杂质比重大于金属液的合金。

应用:

双金属铸铁轧辊;加热炉底耐热钢辊道;特殊钢无缝钢管;刹车鼓、活塞环毛坯、铜合金蜗轮;异形铸件如叶轮、金属假牙、金银介子、小型阀门和铸铝电机转子。

10.消失模铸造

这是把与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫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。消失模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺,该工艺无需取模、无分型面、无砂芯,因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度,并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。

特点:

优点:

  • 铸件尺寸形状精确,重复性好,具有精密铸造的特点;

  • 铸件的表面光洁度高;

  • 铸件无飞边毛刺,使清理打磨工作量减少50%以上;

  • 可在理想位置设置合理形状的浇冒口,不受分型、取模等传统因素的制约,减少了铸件的内部缺陷;

  • 可以取消拔模斜度。