材料成型與控制工程中的金屬材料加工研究

胡曉宇

摘要：在我們國(guó)家日益繁榮昌盛的過(guò)程中我國(guó)各行各業(yè)獲得了不同程度的發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)飛速發(fā)展，對(duì)機(jī)械制造提出了更高的要求。經(jīng)過(guò)不斷實(shí)踐探索，材料成型與控制工程逐步成為機(jī)械制造行業(yè)的重點(diǎn)工藝。

關(guān)鍵詞：材料成型;控制工程;金屬材料;加工

引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷壯大的現(xiàn)階段，我國(guó)材料成型與控制工程眾普遍應(yīng)用的材料主要包括三類，即金屬材料、非金屬材料以及符合材料。材料必須經(jīng)過(guò)加工、制作成成品，才能發(fā)揮其功效，在加工材料的過(guò)程中有必要掌握材料成型、控制工程等方面知識(shí)。

1 概述

1.1有色金屬材料加工特性

近年來(lái)，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，逐漸研發(fā)出很多有色合金，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(duì)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(guò)對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行查詢可以發(fā)現(xiàn)，有色金屬材料的熔點(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，賦予有色金屬材料加工獨(dú)特的特定。通過(guò)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(guò)鍛造，將材料打造成特定的形態(tài);通過(guò)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(duì)焊縫進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)氣孔，提高焊接的質(zhì)量，使其在實(shí)際當(dāng)中發(fā)揮出最大的作用。

1.2材料成型與控制工程的含義

材料成型及控制工程這一學(xué)科是對(duì)塑性成型及熱加工方法進(jìn)行研究，分析各種類型材料微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性能以及表面形態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以有效解決產(chǎn)品成型過(guò)程中存在的問(wèn)題，是制造業(yè)中一個(gè)十分重要的學(xué)科，也能夠?yàn)楣I(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此這一學(xué)科應(yīng)當(dāng)?shù)玫匠浞值闹匾?，材料成型及控制工程在機(jī)械制造等領(lǐng)域中得到的應(yīng)用十分廣泛，會(huì)直接對(duì)設(shè)備生產(chǎn)制造效率及產(chǎn)品質(zhì)量造成一定影響。針對(duì)材料成型與控制工程中的金屬材料加工工藝進(jìn)行分析，才可以推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)走上一條穩(wěn)定發(fā)展道路上，最終也就可以在我國(guó)構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展型社會(huì)的過(guò)程中，起到一定促進(jìn)作用。

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(jī)械加工成型方法概述

機(jī)械加工成型作為金屬材料加工過(guò)程中使用最為頻繁的一種方式，這種方法的優(yōu)勢(shì)在于加工簡(jiǎn)便，設(shè)備資源較為豐富，加工金屬材料的范圍涉及到多個(gè)種類，加工精度高，能夠加工幾乎所有的金屬材料。機(jī)械加工設(shè)備由普通機(jī)床逐步升級(jí)到數(shù)控機(jī)床，早期車、銑、刨、磨加工工序是單一的、獨(dú)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(jī)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(diǎn)，分析選擇對(duì)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(duì)硬度較低的金屬材料進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，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(jī)械加工高硬度金屬材料時(shí)，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(shí)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(shí)產(chǎn)生的熱量帶走，確保材料加工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。在機(jī)械加工特殊金屬材料時(shí)，適合選擇線切割、雕刻、電火花等加工方式，對(duì)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(shí)施拋光處理。

2.2 擠壓和鍛模塑性成型技術(shù)

金屬材料加工相關(guān)的工作人員一般都了解，在材料加工過(guò)程中，為確保加工工作能夠順利進(jìn)行，多數(shù)工作人員都會(huì)借助圖層或者潤(rùn)滑油劑幫助加工工作。其中的圖層和潤(rùn)滑油劑可以對(duì)模具產(chǎn)生的擠壓力，使得金屬材料和模具之間具有一定的潤(rùn)滑度。減少擠壓力對(duì)減低金屬和模具摩擦而產(chǎn)生的損耗，也可減弱金屬材料可塑性，使得加工過(guò)程中降低材料受阻而產(chǎn)生的變形，使得產(chǎn)品成型質(zhì)量得到保證。經(jīng)過(guò)不實(shí)踐研究，將圖層或者潤(rùn)滑油劑使用到材料加工過(guò)程中，可以有效降低材料成型過(guò)程中的擠壓力，數(shù)值大概會(huì)縮小 25% ～ 35%。除此之外，還可以將增強(qiáng)顆粒加入材料加工過(guò)程，通過(guò)此種方法可以降低金屬材的可塑性，使金屬抗變性能得到提高，進(jìn)而保障質(zhì)量。由此可見(jiàn)，在鍛模塑性過(guò)程中，相關(guān)的工作人員要嚴(yán)格控制好材料擠壓速度，不要過(guò)快或過(guò)慢操作，過(guò)快會(huì)導(dǎo)致材料在成型后出現(xiàn)裂痕等情況，過(guò)慢則會(huì)使得成型后的材料密度值出現(xiàn)偏差，與實(shí)際材料需求不符，帶來(lái)嚴(yán)重后果。

2.3模鍛塑型技術(shù)

采用傳統(tǒng)鍛造技術(shù)，由于很多有色合金形變會(huì)產(chǎn)生較高的抵抗力，受到這些抵抗力的影響，導(dǎo)致材料難以塑型，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)中規(guī)格的要求，不能應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中。針對(duì)這一問(wèn)題，相關(guān)人員在傳統(tǒng)鍛造技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出模鍛塑型技術(shù)，用來(lái)加工有色合金。在該技術(shù)當(dāng)中，由很多流程構(gòu)成，如模鍛、擠壓等，通過(guò)各個(gè)流程之間的配合，共同對(duì)材料加成型加工。對(duì)材料擠壓時(shí)，有效對(duì)制造環(huán)境進(jìn)行控制，確保其處于合理的、相對(duì)穩(wěn)定的溫度下，即可賦予材料較強(qiáng)的可塑性。通過(guò)該技術(shù)對(duì)有色金屬材料進(jìn)行加工時(shí)，能夠生產(chǎn)出塑型較高的零件，且在組織結(jié)構(gòu)上，具有更嚴(yán)密的特點(diǎn)。

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(duì)較長(zhǎng)，最早源自于制造晶須及顆粒，因其諸多優(yōu)勢(shì)，被逐步拓展應(yīng)用到材料零部件與金數(shù)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(jiǎn)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(shì)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(jí)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粉末冶金成型技術(shù)分析

粉末冶金工藝流程為：配料→混料→成型→脫脂→燒結(jié)→后處理。汽車、機(jī)械設(shè)備用的齒輪，很多是采用壓制成型的工藝加工，其生產(chǎn)效率高，材料成本低，由于產(chǎn)量非常大，所以生產(chǎn)具有規(guī)模效應(yīng)。輕武器零件如扳機(jī)，形狀復(fù)雜，對(duì)產(chǎn)品尺寸精度和機(jī)械性能要求高;醫(yī)療器械產(chǎn)品如止血鉗，對(duì)機(jī)械性能及表面質(zhì)量要求高;電子產(chǎn)品零件如手機(jī)按鍵，對(duì)尺寸精度及表面質(zhì)量要求高，以上產(chǎn)品適合采用注射成型工藝加工，其燒結(jié)后制品組織致密，無(wú)成分偏析，尺寸精度、機(jī)械性能好，表面質(zhì)量高，密度可達(dá)7.6 g/cm 3 ～7.8g/cm 3，后期可以配以整形、熱處理及表面處理甚至機(jī)械加工工藝來(lái)完成產(chǎn)品的加工。目前，粉末冶金成型技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，產(chǎn)品具有生產(chǎn)成本低、效率高、性能好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。隨著混料、成型、脫脂、燒結(jié)設(shè)備智能化技術(shù)的發(fā)展，粉末冶金成型的控制水平不斷升高，在電子、汽車、醫(yī)療、輕武器、航空航天領(lǐng)域中的精密、復(fù)雜、小金屬零件制造中發(fā)揮了重要作用。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，金屬材料的加工是材料成型與控制過(guò)程中的重要內(nèi)容。由于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展速度不斷加快，在制造業(yè)的推動(dòng)下，金屬材料的各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值不斷提升。但在實(shí)際生產(chǎn)中，需要根據(jù)材料本身的特點(diǎn)，并結(jié)合使用一定的工藝，在加工過(guò)程中通過(guò)提高質(zhì)量控制水平，為整個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域提供更為優(yōu)質(zhì)的金屬材料零部件。

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（作者單位：遼寧沈鵬電力科技有限公司）