材料成型與控制工程中的金屬材料加工探討

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摘要：在制造業(yè)中，材料成型以及控制工程技術(shù)對于制造業(yè)發(fā)展情況具有關(guān)鍵性影響，同時(shí)也是影響其發(fā)展前景的關(guān)鍵因素。因此，制造業(yè)應(yīng)該對該工程技術(shù)予以重視，科學(xué)選擇加工工藝。對此，本文闡述了金屬材料成型與控制工程概述，介紹了金屬材料采用原則，提出了金屬材料的加工工藝。

關(guān)鍵詞：材料成型;控制;材料加工

前言：在工業(yè)化進(jìn)程持續(xù)發(fā)展過程中，在金屬材料方面的需求持續(xù)增加，對于材料的性能要求也持續(xù)提升，材料成型與控制工程對于工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)水平以及材料利用率等方面具有直接關(guān)聯(lián)，在制造業(yè)中具有重要地位。成型以及控制技術(shù)的進(jìn)步需要通過長時(shí)間探索研究，還需要對材料結(jié)構(gòu)與適用環(huán)境進(jìn)行明確。所以，需要對材料成型以及加工工藝予以足夠重視，對材料應(yīng)用特點(diǎn)與成型方法予以明確，將材料性能優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，以充分促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)。

1金屬材料成型與控制工程概述

在科技快速發(fā)展過程中，我國工業(yè)化建設(shè)活動(dòng)中開始廣泛應(yīng)用相關(guān)新技術(shù)與新工藝，進(jìn)一步促進(jìn)材料加工業(yè)以及制造業(yè)發(fā)展水平，在材料成型以及加工等方面的要求進(jìn)一步提高。材料成型以及控制工藝對于材料應(yīng)用價(jià)值有著直接影響，所以，需要對成型與控制工藝、方法與理論體系等加以重視，根據(jù)金屬材料具體性能特點(diǎn)，科學(xué)選擇加工工藝，以充分保證加工水平。成型以及控制工程一般是借助對不同材料表面形態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)與宏觀結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行全面的分析，深入研究塑性成型與熱加工方法。在建筑行業(yè)、設(shè)備加工以及機(jī)械制造等行業(yè)中，該技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，與產(chǎn)品制造與設(shè)備制造等方面的效率有著直接關(guān)聯(lián)，會(huì)對制造業(yè)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生一定影響。一般，設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該根據(jù)成型以及控制工程加工工藝與相關(guān)理論，對材料加工目的、使用特點(diǎn)等進(jìn)行明確，科學(xué)開展材料加工作業(yè)。在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，金屬材料應(yīng)用較為廣泛，該技術(shù)主要是結(jié)合金屬材料展開分析，對材料成型以及制造核心技術(shù)持續(xù)研究，在金屬材料中引進(jìn)前沿技術(shù)手段，充分促進(jìn)制造行業(yè)升級以及革新，充分提升工業(yè)生產(chǎn)水平^[1]。

進(jìn)行材料加工活動(dòng)時(shí)，會(huì)涉及焊接、鑄造、鍛造、擠壓、沖壓等工藝技術(shù)，在技術(shù)水平方面具有較高要求，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，均會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，破壞其使用性能。因此，進(jìn)行加工前，應(yīng)該充分分析以及測試材料化學(xué)性質(zhì)與物理性質(zhì)，保證材料符合加工成型規(guī)范，以此為基礎(chǔ)根據(jù)材料運(yùn)行環(huán)境，科學(xué)生產(chǎn)復(fù)合材料。

2金屬材料采用原則

2.1實(shí)用性

在挑選金屬材料過程中，應(yīng)該積極遵循實(shí)用性原則，可以充分提高產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能，強(qiáng)化金屬材料實(shí)用性以及可塑造性。首先，應(yīng)該對產(chǎn)品的功能要求進(jìn)行全面分析，結(jié)合相關(guān)零件產(chǎn)品與使用要求等因素合理挑選金屬材料。其次，對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來講，各個(gè)金屬材料在結(jié)構(gòu)方面存在一定差異，開展成型加工活動(dòng)時(shí)，需要選擇相應(yīng)工藝，水中呈現(xiàn)的性質(zhì)也有所不同。所以，需要對金屬材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)選擇。再次，應(yīng)該對材料安全性進(jìn)行充分考慮，對材料加工與使用等方面的風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行預(yù)測，科學(xué)制定預(yù)防策略。最后，對工作環(huán)境加以注意，在運(yùn)行環(huán)境中，一些外部因素會(huì)影響金屬材料，比如振動(dòng)、沖擊、腐蝕性與溫度濕度等，所以應(yīng)該提供健康的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)而將材料性能有效發(fā)揮出來，同時(shí)提高材料質(zhì)量^[2]。

2.2環(huán)境性

首先，盡量采用無鍍層、涂層原材料當(dāng)前，一些金屬材料基于防腐、美觀等方面要求，會(huì)對金屬材料進(jìn)行鍍層與涂層設(shè)置。然而涂層工藝中存在有毒物質(zhì)，會(huì)嚴(yán)重影響環(huán)境，材料廢氣之后無法進(jìn)行有效回收率用，同時(shí)嚴(yán)重污染環(huán)境問題。其次，控制材料種類。設(shè)計(jì)人員挑選材料過程中，盡量控制材料種類，通過此種方式能夠促進(jìn)零件生產(chǎn)管理以及分類管理效果，促使零件結(jié)構(gòu)得到有效簡化，同時(shí)也可以保證材料回收質(zhì)量。

3金屬材料的加工工藝

3.1粉末冶金

對于材料成型金屬加工來講，操作人員可以借助添加適當(dāng)金屬顏色，或是將相應(yīng)質(zhì)地的金屬粉末向零件模具中添加，可以保證相關(guān)技術(shù)粉末基于高溫條件，與模具之間展開充分融合，同時(shí)不會(huì)發(fā)生縫隙缺陷問題，充分提高模具完整性。該技術(shù)屬于拼接技術(shù)，同時(shí)對于專業(yè)操作并無較高要求，能夠充分提高資源利用效率。比如，比如在汽車車身強(qiáng)度構(gòu)件中，涵蓋水泵帶輪、曲軸輪帶以及其他典型零件材料主要選擇Cu-C-Fe材料，變速箱傳動(dòng)、鏈輪、發(fā)動(dòng)機(jī)等中高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，因?yàn)樾枰休d的負(fù)荷較大，同時(shí)在耐磨性等方面具有較高要求，因此相應(yīng)粉末冶金一般以Mo-Ni-Cu-C-Fe或是Ni-Cu-C-Fe等材料為主。在高性能粉末構(gòu)件方面，以現(xiàn)階段實(shí)際情況來講，在變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)方面具有廣泛應(yīng)用?？偠灾柚勰┮苯鸸に?，可以充分強(qiáng)化金屬材料加工效率以及加工質(zhì)量，有效保證汽車質(zhì)量。

3.2斷模塑性以及擠壓成型

對于金屬材料的加工活動(dòng)來講，一般需要借助潤滑油與涂層等方式，促使模具及壓力得到有效強(qiáng)化，同時(shí)可以促進(jìn)模具和材料之間的潤滑，進(jìn)而充分減小加工難度。開展加工活動(dòng)時(shí)，若是擠壓力較大，則會(huì)造成模具與金屬材料摩擦力增加，嚴(yán)重影響損耗，同時(shí)使得金屬可塑性受到影響，還會(huì)造成變形問題，對成型材料應(yīng)用率產(chǎn)生影響。所以，開展及加工活動(dòng)時(shí)，科學(xué)加入潤滑油等可以充分減小擠壓力，同時(shí)還能夠減少30%左右的摩擦力。同時(shí)，將增強(qiáng)顆粒加入到金屬材料中，能夠充分強(qiáng)化金屬材料可塑性，保證成型構(gòu)件質(zhì)量。另外，進(jìn)行鍛模塑性活動(dòng)時(shí)，操作人員應(yīng)該對擠壓速率進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免操作過慢或是過快問題，以充分防止材料成型之后發(fā)生密度值較大或是裂痕問題。

3.3熱處理法

對于熱處理工藝，主要涵蓋三種類型。首先，高功率密度激光熱加工技術(shù)。該加工工藝在汽車部件成型加工活動(dòng)中具有廣泛應(yīng)用。主要是由于采用該工藝開展構(gòu)件加工活動(dòng)，可以充分提高構(gòu)件硬度、強(qiáng)度與耐磨性，保證汽車加工運(yùn)行需求得到充分滿足，并提高車身防腐水平。其次，硬涂層工藝。該工藝一般是作用于材料表面，因此借助該工藝開展產(chǎn)品加工活動(dòng)，可以充分延長產(chǎn)品使用期限，同時(shí)操作便捷。再次，薄層滲透工藝。相比于前兩種工藝，該工藝的應(yīng)用更加廣泛，具有良好加工效率，充分減少能量消耗問題，促進(jìn)生產(chǎn)加工活動(dòng)中的環(huán)保效果。在汽車車身加工生產(chǎn)活動(dòng)中，熱成型加工工藝應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)槠囓嚿砭哂幸欢ㄌ厥庑?，因此開展成型加工活動(dòng)時(shí)，需要對材料溫度進(jìn)行有效控制，因此，以充分提高零部件形態(tài)合理性，企業(yè)是保證汽車零件穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵保障。對此，開展加工活動(dòng)室，應(yīng)該盡量控制零件變形量，若是材料承壓能力與材料溫度受到影響，則相應(yīng)壓力就會(huì)出現(xiàn)變化，進(jìn)而造成變形問題，因此，開展熱成型加工活動(dòng)時(shí)，應(yīng)該積極根據(jù)操作流程展開操作^[3]。

3.4軋制成型

該工藝主要是借助旋轉(zhuǎn)軋輥之間的各種形狀間隙促使金屬胚料成型，因?yàn)榛谲堓亯嚎s，所以可以減小材料截面，增加材料長度，在鋼材生產(chǎn)中該成型工藝較為常用，一般用于管材、板材、型材生產(chǎn)加工。以材料屬性角度分析，涵蓋冷軋與熱軋兩種工藝形式。

①冷軋。原料采用熱軋鋼卷，通過酸性溶液將氧化皮層去除之后開展冷連軋作業(yè)，制作軋硬卷成品，因?yàn)檫B續(xù)冷軋?zhí)幚?，出現(xiàn)冷作硬化現(xiàn)象，促使扎硬卷韌塑指標(biāo)減小、硬度與強(qiáng)度增加，所以，沖壓性能會(huì)受到一定影響。在簡單并行工件中具有良好適用性。在熱鍍鋅加工中，軋硬卷是重要原料。軋硬卷通常在20t—40t范圍內(nèi)，基于常溫條件，鋼卷針對熱軋酸洗卷展開連續(xù)軋制處理，內(nèi)徑在610mm左右。因?yàn)闆]有進(jìn)行退火處理，所以其HRB在90以上，硬度較高，缺乏良好的機(jī)械性能，一般用于90°以內(nèi)的折彎加工作業(yè)。一般而言，冷軋工藝是基于熱軋卷板基礎(chǔ)開展加工軋制作業(yè)，加工過程為：第一，熱軋;第二，酸洗;第三，皂化;第四，冷軋。

②熱軋。其主要優(yōu)點(diǎn)就是可以對鋼錠鑄造組織進(jìn)行破壞，對鋼材晶粒進(jìn)行細(xì)化，同時(shí)將顯微組織缺陷消除掉，進(jìn)而提高組織密實(shí)度，優(yōu)化鋼材力學(xué)性能。此種優(yōu)化體現(xiàn)于沿軋制方向方面，促使鋼材不再為不同向的同性體。開展?jié)仓鳂I(yè)時(shí)，可以在壓力與高溫作用下將疏松與氣泡等現(xiàn)象充分焊合掉。

其主要缺陷如下：第一，進(jìn)行熱軋?zhí)幚砗?，鋼材中氧化物與硫化物等非金屬物質(zhì)會(huì)成為薄片，發(fā)生分層問題。導(dǎo)致鋼材厚度方向的受拉性能受到影響，同時(shí)在焊縫收縮過程中可能發(fā)生層間斷裂問題。第二，殘余應(yīng)力。鋼構(gòu)件基于外力影響下，其性能會(huì)受到一定影響，比如抗疲勞與穩(wěn)定性等方面。第三，熱軋鋼材產(chǎn)品在邊寬與厚度方面無法進(jìn)行有效控制。在熱脹冷縮原理下，即便初期熱軋制品在厚度與長度等方面滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，然而在冷卻之后還是會(huì)發(fā)生負(fù)差問題，主要體現(xiàn)在厚度更厚、邊寬更寬。因此在大號鋼材方面，對于其角度、長度、厚度與邊寬等指標(biāo)無法進(jìn)行精準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]竇君，印子林，趙星昊.材料成型與控制工程中的金屬材料加工研究[J].世界有色金屬，2019（21）：240-240+242.

[2]屈升.金屬材料成型及控制工程的設(shè)計(jì)制造和加工方向[J].世界有色金屬，2019（01）：276-276+280.

[3]單松松，熊家樂，陶學(xué)祿.材料成型與控制工程中金屬材料加工探討[J].信息記錄材料，2020，21（12）：30-31.