材料成型與控制工程中的金屬材料加工研究

竇 君，印子林，趙星昊

（華北理工大學(xué)，河北 唐山 063210）

1 材料成型與控制工程概念闡釋

材料成型與控制工程是一個實用性學(xué)科，該學(xué)科剖析各種類型材料的宏觀結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)轉(zhuǎn)換，深入研究材料熱加工方法和塑性成形方法。材料成型與控制技術(shù)一般應(yīng)用在機械制造行業(yè)、建筑行業(yè)以及設(shè)備加工行業(yè)，技術(shù)水平直接決定了這些行業(yè)產(chǎn)品制造質(zhì)量、產(chǎn)品制造效率，關(guān)系到制造行業(yè)的利潤，對于我國工業(yè)發(fā)展起到關(guān)鍵性基礎(chǔ)作用。一般來說，產(chǎn)品設(shè)計必須應(yīng)用材料成型與控制工程理論內(nèi)涵以及具體的加工工藝，確定材料的性質(zhì)、特點以及加工成品的功能，合理規(guī)劃設(shè)計材料加工。金屬材料是目前工業(yè)生產(chǎn)中較為常見的材料，材料成型與控制工程以分析金屬材料性質(zhì)、特點為主，充分考慮到材料成型與控制工程理論內(nèi)容以及金屬材料加工方法，探究材料成型與制造的關(guān)鍵技術(shù)，并利用領(lǐng)先的加工技術(shù)，實現(xiàn)制造技術(shù)的革新，確立我國工業(yè)制造的領(lǐng)先優(yōu)勢。

加工金屬材料時，需要應(yīng)用到多種工藝技術(shù)，例如沖壓、擠壓、鍛造、鑄造以及焊接等工藝，這些工藝對技術(shù)水平提出了較高要求，每個技術(shù)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯都極易導(dǎo)致成型產(chǎn)品出現(xiàn)瑕疵，成型產(chǎn)品質(zhì)量難以達(dá)標(biāo)，其使用性能不能達(dá)到相關(guān)要求。因此，使用、加工金屬材料之前，應(yīng)仔細(xì)分析材料的物理性質(zhì)、化學(xué)構(gòu)成，并對材料進行測試，使其達(dá)到加工成型相關(guān)要求，結(jié)合此種材料的工作環(huán)境特點準(zhǔn)備復(fù)合材料。

2 材料成型與控制工程中加工金屬材料的具體方式

2.1 機械加工成型方法概述

機械加工成型作為金屬材料加工過程中使用最為頻繁的一種方式，這種方法的優(yōu)勢在于加工簡便，設(shè)備資源較為豐富，加工金屬材料的范圍涉及到多個種類，加工精度高，能夠加工幾乎所有的金屬材料。機械加工設(shè)備由普通機床逐步升級到數(shù)控機床，早期車、銑、刨、磨加工工序是單一的、獨立的，現(xiàn)如今已經(jīng)形成具備綜合加工能力的加工中心，提高了加工效率和加工精準(zhǔn)性。機械加工金屬材料需要結(jié)合產(chǎn)品的材料性質(zhì)、形狀特點，分析選擇對應(yīng)的加工工藝，確定工藝路線，選擇鉆、車、銑等加工方法以及相應(yīng)的加工刀具。通常在對硬度較低的金屬材料進行機械加工時，鉆、銑等加工方式需要應(yīng)用高速某材料刀具，車削加工應(yīng)用硬質(zhì)合金類刀具，此類刀具表面適合涂層使用；在機械加工高硬度金屬材料時，適合選擇金剛石、立方氮化硼、陶瓷等材料制作的刀具，加工時使用切削液，能夠降低加工金屬材料表面和刀具的摩擦力，并將加工時產(chǎn)生的熱量帶走，確保材料加工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。在機械加工特殊金屬材料時，適合選擇線切割、雕刻、電火花等加工方式，對于表面質(zhì)量有較高要求的，應(yīng)采取磨削加工方式，并根據(jù)具體情況實施拋光處理。

2.2 粉末冶金成型方法概述

粉末冶金技術(shù)是一種傳統(tǒng)的材料成型與控制工程加工成型技術(shù)，該種技術(shù)在促進我國工業(yè)發(fā)展起到了積極的作用。粉末冶金成型技術(shù)最初應(yīng)用在復(fù)合材料零件的制作過程中，利用壓力成型的工藝完成加工、成型，適合應(yīng)用在尺寸小、形狀單一的零件制造中。該技術(shù)具有較強的適應(yīng)性，能夠應(yīng)用于多種材料，工藝流程并不復(fù)雜，使用時突出增強相分布均勻、組織細(xì)密、界面反應(yīng)少的特點。伴隨科技的進步、加工制造技術(shù)的突破，該種技術(shù)也得到了發(fā)展和改進，現(xiàn)如今該技術(shù)主要應(yīng)用于汽車、軍事領(lǐng)域產(chǎn)品制造中，例如預(yù)制破片、剎車片等。應(yīng)用粉末冶金成型技術(shù)生產(chǎn)、制造的金屬產(chǎn)品具有較強耐磨性、較大強度，應(yīng)用在特種工程領(lǐng)域中能夠體現(xiàn)出較高的應(yīng)用價值，例如含油材料制品。

粉末冶金成型技術(shù)根據(jù)成型方式劃分成三類：傳統(tǒng)壓制成型方式，注射成型方式，3D打印成型方式。粉末冶金成型技術(shù)在應(yīng)用過程中必須將成型方法與金屬材料的物質(zhì)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、產(chǎn)品特點、產(chǎn)品要求相一致，以此來提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品精度、生產(chǎn)效率。

2.3 粉末冶金成型技術(shù)分析概述

粉末冶金工藝流程包括配料環(huán)節(jié)、混料環(huán)節(jié)、成型環(huán)節(jié)、脫脂環(huán)節(jié)、燒結(jié)環(huán)節(jié)、后處理環(huán)節(jié)。汽車以及機械設(shè)備使用的齒輪具體以壓制成型的加工工藝為主，這種工藝具有較高的生產(chǎn)效率，且材料成本低廉，產(chǎn)量大，適合規(guī)模生產(chǎn)。

輕武器零件類似扳機等，具有較高的機械性能要求和尺寸精度要求，同時該產(chǎn)品形狀復(fù)雜；醫(yī)療器械例如止血鉗等產(chǎn)品要求較高的機械性能和表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；電子零件例如手機按鍵，具有較高的尺寸精度要求和質(zhì)量要求，這些產(chǎn)品都應(yīng)選擇注射成型工藝加工，待燒結(jié)后制品無成分偏析，精度準(zhǔn)確、機械性能好、組織致密、表面質(zhì)量好，密度為7.6g/cm3～7.8g/cm3，后期能夠采用整形、熱處理、表面處理、機械加工工藝進行加工?，F(xiàn)如今，應(yīng)用粉末冶金成型技術(shù)能夠體現(xiàn)出性能良好、效率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢。

2.4 沖壓、擠壓、塑性成型方法概述

沖壓、擠壓、塑性成型方法的應(yīng)用范圍最廣。技術(shù)人員僅需要結(jié)合基礎(chǔ)材料成型特點，利用模具表面涂層以及潤滑技術(shù)，優(yōu)化加工過程中的應(yīng)力狀態(tài)，從而減少材料加工成型中的摩擦阻力，釋放材料壓力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

沖壓、擠壓、塑性成型過程在加工復(fù)合材料時，應(yīng)結(jié)合增強材料比例、材料尺寸、材料強度、材料種類、材料質(zhì)量選取適當(dāng)?shù)臎_壓、擠壓、模鍛及其他塑形方式，進而制造高質(zhì)量金屬材料制品。塑性成型過程中如果被加工金屬強度低，應(yīng)提高加工速度。上述內(nèi)容重點闡釋了應(yīng)用沖壓、擠壓、塑性成型方法時應(yīng)重視模具的設(shè)計、制造、潤滑方法、潤滑條件。

2.5 鑄造成型方法概述

鑄造成型加工方法包括熔模法、壓力法、反重力法、消失模法，離心法等，通常應(yīng)用在低精度要求大批量產(chǎn)品成型，這些產(chǎn)品都需要后續(xù)機械加工操作。

3 結(jié)語

材料成型與控制工程中金屬材料加工工藝水平將對金屬材料的功能、應(yīng)用效果產(chǎn)生重要影響。金屬材料成型方式很多，重點是結(jié)合材料特點、產(chǎn)品功能選擇加工方式。技術(shù)人員應(yīng)深入學(xué)習(xí)材料成型與控制工程的理論內(nèi)涵和實踐操作，設(shè)計、生產(chǎn)出來的產(chǎn)品與技術(shù)材料成型的技術(shù)要求相符，讓金屬材料加工制造水平進一步提高，增強我國工業(yè)制造核心實力。