材料成型與控制工程中的金屬材料加工

李小斌

【摘??要】材料成型與控制工程中金屬材料加工作為主要內(nèi)容，隨著機(jī)械化水平提高，各制造企業(yè)持續(xù)優(yōu)化金屬材料加工工藝，提升材料成型的質(zhì)量。有鑒于此，文中以材料成型與控制工程為切入點(diǎn)，分析做好金屬材料加工的具體措施。

【關(guān)鍵詞】材料成型;金屬材料;加工質(zhì)量

材料成型及控制工程是機(jī)械制造行業(yè)的重要工序，而且金屬加工作為電力制造、航空航天、船舶制造等行業(yè)的基礎(chǔ)工藝，提高材料成型質(zhì)量，是優(yōu)化機(jī)械制造水平的必要條件。本文就此展開論述。

1金屬材料加工特性與原則分析

近年來，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，逐漸研發(fā)出很多合金，這些合金與純金屬相比，硬度更高，物理性能更加良好，可以在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中發(fā)揮出更大的作用，因而對成型加工提出更高的要求，具體分別表現(xiàn)在鍛造、鍛壓與焊接三個(gè)方面。通過對相關(guān)資料進(jìn)行查詢可以發(fā)現(xiàn)，金屬材料的熔點(diǎn)非常高，抑制了材料內(nèi)部的流動(dòng)與收縮性，這一現(xiàn)象的存在，賦予金屬材料加工方式獨(dú)特的特定。通過鍛壓，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)材料的塑性，有利于材料的成型;通過鍛造，將材料打造成特定的形態(tài);通過焊接，將多個(gè)模塊有效連接到一起，形成一個(gè)構(gòu)件整體，從而可以應(yīng)用在具體工程內(nèi)。在焊接時(shí)，應(yīng)對焊縫進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)氣孔，提高焊接的質(zhì)量，確保其在實(shí)際當(dāng)中發(fā)揮出最大的作用。

在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的過程中，相對于其他材料來說，金屬更耐磨，且硬度相對較高，金屬材料在機(jī)械設(shè)計(jì)、工程建設(shè)等領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，對整個(gè)社會(huì)的發(fā)展具有重要意義。同時(shí)，也是由于這些特點(diǎn)的存在，為這類材料的成型加工帶來了更大的困難。所以，在實(shí)際當(dāng)中，應(yīng)根據(jù)金屬材料的特點(diǎn)，再結(jié)合實(shí)際需求，采用科學(xué)合理的加工技術(shù)，只有這樣，才會(huì)使加工出來的產(chǎn)品能夠發(fā)揮出最大作用。對于金屬材料成型加工來說，是一項(xiàng)非常繁瑣的程序，不僅涉及多方面的科學(xué)知識，而且操作過程非常復(fù)雜，因而對加工工藝提出較高的要求。在我國金屬加工領(lǐng)域當(dāng)中，已存在很多加工技術(shù)，這些技術(shù)各自具有不同的特點(diǎn)，但任何一個(gè)技術(shù)，在使用時(shí)若受到外界因素的影響導(dǎo)致意外出現(xiàn)，均會(huì)對整個(gè)材料加工造成干擾，影響材料的具體應(yīng)用。

2金屬材料加工成型的技術(shù)手段

2.1機(jī)械加工成型的核心原理

在金屬材料成型與控制工程中，金剛石刀具是應(yīng)用率較高的金屬切割刀具，可用于對鋁基復(fù)合材料與金屬基復(fù)合材料的精加工。常見的金剛石刀具類型主要包括鉆、銑及車等。鋁基復(fù)合材料的金剛石刀具加工形式可細(xì)化為如下幾類：車削形式、銑削形式與鉆削形式。其中，鉆削形式的關(guān)鍵在于借助鑲片麻花鉆頭進(jìn)行加工，應(yīng)用頻率較高的包括B4C及SiC顆粒鉆削，且添加適量的外切削液，能起到增強(qiáng)材料使用性能的作用。銑削形式主要依靠粘結(jié)劑與端面銑刀的協(xié)調(diào)配合完成材料加工，碳化硅顆粒可增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能，之后再通過添加適量的切削液完成冷卻。相比之下，車削加工形式的操作工序最為簡便，以硬合金刀具為主，并以乳化液作為冷卻處理介質(zhì)。

對于該技術(shù)來說，需要的能耗并不是很多，主要是將金屬加工成胚料后，利用鑄造技術(shù)對其進(jìn)行加工，并待其將要凝固時(shí)，對其進(jìn)行相應(yīng)的軋制，之后按照這一流程進(jìn)行反復(fù)操作，從而得到所需金屬零件。采用該技術(shù)對有色金屬進(jìn)行加工時(shí)，操作相對較為簡單，增加生產(chǎn)效率的同時(shí)，由于所需要的能耗并不是很高，還節(jié)約了能源，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，加強(qiáng)了對環(huán)境的保護(hù)，對企業(yè)、自然、社會(huì)等多個(gè)方面價(jià)值較高。

2.2擠壓與鍛模塑性成型的核心原理

在金屬材料成型加工過程中，要通過模具表面涂層和添加潤滑劑等方式，調(diào)整技術(shù)操作環(huán)節(jié)的壓力系數(shù)，減小摩擦阻力，確保加工工序的流暢銜接。數(shù)據(jù)顯示，采取這樣的輔助措施，可將加工環(huán)節(jié)的擠壓力縮減35%左右，從而減小擠壓力系數(shù)，以防摩擦阻力過大對模具造成機(jī)械性損傷。

此外，還可以結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)增加擠壓溫度，加強(qiáng)金屬基材料的可塑性。在金屬基材料中添加適量的增強(qiáng)顆粒，可進(jìn)一步弱化金屬基材料的可塑性，從而增強(qiáng)抗性變能力。此時(shí)，再提升擠壓溫度，可加快增強(qiáng)顆粒與金屬基材料的溶合速率。從專業(yè)角度來說，提升增強(qiáng)顆粒含量會(huì)在很大程度上影響擠壓速率。為此，應(yīng)當(dāng)在金屬基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體顆粒濃度偏低時(shí)，提升擠壓速率。需要格外注意的是，要嚴(yán)格控制擠壓速率，保證技術(shù)操作的適中性。一旦擠壓速度過快，會(huì)導(dǎo)致成型后的金屬材料出現(xiàn)橫向裂紋，影響成型加工的質(zhì)量。總而言之，在金屬材料加工成型階段，相關(guān)技術(shù)人員不僅要在材料表面添加潤滑劑，還需嚴(yán)格控制擠壓溫度，且結(jié)合實(shí)際情況，控制擠壓速率，最大限度地保證成品質(zhì)量。

2.3鑄造成型的核心原理

在加工生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合材料環(huán)節(jié)，鑄造成型技術(shù)的應(yīng)用頻率較高，并取得了良好的成效。在鑄造過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求，添加適量的增強(qiáng)顆粒，增強(qiáng)熔體粘度，提升流動(dòng)性，進(jìn)而加快熔體與增強(qiáng)顆粒間的化學(xué)反應(yīng)，優(yōu)化材料的物理屬性。在鑄造操作階段，專業(yè)技術(shù)人員需嚴(yán)格控制熔化速率、反應(yīng)溫度與保溫時(shí)效。在持續(xù)高溫條件下，添加適量的碳化硅顆粒，以提升界面反應(yīng)速率，其化學(xué)反應(yīng)方程式為3SiCA1→A14C3+3Si。在實(shí)際加工作業(yè)過程中，針對熔體粘度較大的問題，技術(shù)操作人員需優(yōu)選精煉手段，添加適量的變質(zhì)劑造渣，加快化學(xué)反應(yīng)速度，保證成型質(zhì)量滿足實(shí)際需求。需要著重注意的是，此類操作模式并不適用于顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

2.4粉末冶金成型的核心原理

粉末冶金成型技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用時(shí)間相對較長，最早源自于制造晶須及顆粒，因其諸多優(yōu)勢，被逐步拓展應(yīng)用到材料零部件與金屬基復(fù)合材料加工成型中。粉末冶金成型技術(shù)具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，適用于尺寸小、外觀形狀簡單且精密度要求高的零部件加工工藝。粉末冶金成型技術(shù)具有增強(qiáng)相分布均勻、增強(qiáng)相可調(diào)節(jié)以及界面反應(yīng)較少等優(yōu)勢特征。以DWA公司為例，其將粉末冶金成型技術(shù)拓展應(yīng)用到各類產(chǎn)品加工制造工程中，如管材、自行車零配件、自行車骨架等，取得了理想的效果。由于粉末冶金成型技術(shù)加工的產(chǎn)品具有耐磨損性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度等級高等特征，備受航空航天、船舶制造與汽車制造等行業(yè)的推崇。

2.5鍛造成型技術(shù)

對有色金屬材料進(jìn)行成型加工時(shí)還可以采用鍛造成型技術(shù)，采用該技術(shù)手段要確保整個(gè)加工活動(dòng)的有效性，應(yīng)開展良好的檢驗(yàn)工作。對于該技術(shù)來說，可以針對設(shè)計(jì)要求，制造出精確度較高的零件。該技術(shù)功能良好，但投入成本較高，雖然可以對所有金屬進(jìn)行加工，但通常情況下，主要應(yīng)用在復(fù)合材料的加工當(dāng)中。通過對我國金屬加工市場進(jìn)行調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的更新?lián)Q代，該技術(shù)也在不斷發(fā)展，使得技術(shù)更加復(fù)雜，導(dǎo)致該技術(shù)應(yīng)用的過程中，滯后性更加顯著。此外，為了進(jìn)一步增強(qiáng)材料的流動(dòng)性，并賦予其更加良好的物理性能，應(yīng)在鑄造時(shí)不斷優(yōu)化技術(shù)參數(shù)，完善工藝方法。一般來說，有色金屬處于高溫環(huán)境中，化學(xué)性質(zhì)會(huì)出現(xiàn)變化，因而在鑄造的同時(shí)，可以加入壓鑄等技術(shù)，通過這些技術(shù)的應(yīng)用，防止各種不良問題的出現(xiàn)，確保材料加工有序進(jìn)行。

結(jié)語

總之，金屬材料的成型與控制工程具有極高的難度系數(shù)，其發(fā)展前景廣闊。伴隨現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，金屬材料加工受到各行業(yè)領(lǐng)域的高度重視，相關(guān)人員要通過專項(xiàng)科研，不斷提升加工技術(shù)水平，保證成型質(zhì)量，以增強(qiáng)該行業(yè)的核心競爭力。

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（作者單位：西安航空制動(dòng)科技有限公司）