材料成型與控制工程中金屬材料加工技術(shù)探討

王亞蒙

我國各行各業(yè)在新時(shí)代的發(fā)展下，都為國家作出了重大貢獻(xiàn)，尤其是工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)領(lǐng)域主要涵蓋了機(jī)械工業(yè)、化工工業(yè)、鋼鐵工業(yè)等多種，為我們?nèi)粘Ｉ顜砹吮憷?，提高了整體人類的生活質(zhì)量。工業(yè)領(lǐng)域中的技術(shù)材料加工技術(shù)決定了我國工業(yè)水平高度，只有重視材料成型與控制工程中的金屬材料加工技術(shù)，結(jié)合實(shí)際不斷研究這方面的知識，提升技術(shù)水平，才可以使我國達(dá)到長遠(yuǎn)發(fā)展。

1 材料成型與控制工程內(nèi)涵

材料成型與控制工程對于工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展起到了關(guān)鍵性作用，它不僅可以分析各種材料的結(jié)構(gòu)，同時(shí)還可以根據(jù)材料的特性對其進(jìn)行加工方法分析，是工業(yè)領(lǐng)域中較為實(shí)用的一個(gè)學(xué)科。它的目的是針對產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督，保證成型過程中順利開展，不同的材料具有不同的特性，應(yīng)當(dāng)從表面深入到內(nèi)部進(jìn)行詳細(xì)分析，這種研究的成果直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、工作效率以及使用效率等。金屬材料在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用非常普遍，主要可分為黑色金屬、有色金屬以及特種金屬，黑色金屬別稱為鋼鐵材料，在其中存在一定的其他物質(zhì)。有色金屬是除了鐵、錳、鉻這三種之外的一切金屬材料，其中包含著一切金屬材料的合金。通常可以劃分為輕金屬、重金屬、貴金屬、重金屬、半金屬以及稀有金屬和稀土金屬等多種。在金屬復(fù)合加工材料工藝中，可以在其中增加經(jīng)過專業(yè)篩選后的增強(qiáng)物質(zhì)，保障材料更具耐磨性，在應(yīng)用中更能抗壓，與此同時(shí)，還可以根據(jù)各個(gè)材料的種類選擇適合的加工技術(shù)，使其原料得到充分利用。以上這些都需要專業(yè)人員進(jìn)行探討研究，結(jié)合實(shí)際金屬材料的特性與應(yīng)用范圍，才可以結(jié)合實(shí)際選出最適合的加工技術(shù)以及成型工藝。相較于普通的金屬材料加工，金屬復(fù)合材料的加工方法更為復(fù)雜，在研究工業(yè)技術(shù)的過程中不僅要關(guān)注我國的材料成型技術(shù)與控制工程方面，還應(yīng)該注重國外這方面的研究成果，進(jìn)行適當(dāng)借鑒，幫助提升工作效率，達(dá)到發(fā)展提升目的。

2 金屬材料選擇原則與特征

在金屬材料選擇方面，應(yīng)當(dāng)注重材料鑒別，正如上文所說的，不同的金屬加工中適當(dāng)加入增強(qiáng)物質(zhì)，保障應(yīng)用效果。在其中添加物質(zhì)的過程，為整個(gè)工作流程增加了一定的難度，這是因?yàn)樘砑硬牧媳仨殱M足多樣機(jī)械的制造要求，加工方法和工藝上存在或多或少的差距，很難進(jìn)行合理把控。比如對于纖維增強(qiáng)的金屬復(fù)合材料加工過程中，最先選擇的加工方法為復(fù)合成型加工方法。在部分復(fù)合材料的加工過程中，應(yīng)當(dāng)利用多種不同的方法達(dá)到最終效果。加工過程中的應(yīng)用方法對于最終結(jié)果而言起到了關(guān)鍵性作用，如果加工技術(shù)與設(shè)備不能滿足加工需求，則會導(dǎo)致材料不符合要求標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生質(zhì)量問題，如未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用到工程中，還會影響到工程安全性與完成質(zhì)量。另一方面不僅要注重加工技術(shù)、方法以及設(shè)備，還應(yīng)該注重最開始材料的選擇問題，挑選最為合適的材料進(jìn)行后續(xù)加工才是最重要的，可以有效提高效率與質(zhì)量，降低因材料而產(chǎn)生的事故發(fā)生率。材料加工成型中必須嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)施。

3 加工成型的核心原理

3.1 機(jī)械加工成型技術(shù)

機(jī)械加工成型技術(shù)在現(xiàn)今為止的加工技術(shù)中具有一定的普遍性，在金屬材料的成型加工中，應(yīng)用范圍最大的是金剛刀，它是眾多金屬切割刀中最為突出的代表刀具，在實(shí)際應(yīng)用中，可以將鋁及復(fù)合材料與之進(jìn)行拼接，保證順利實(shí)施加工進(jìn)程。使用金剛石刀這種材料加工金屬復(fù)合材料的方式可分為三種，分別為銑削方式、車削方式以及鉆削方式。鉆削方式是采用鑲片麻花鉆頭針對其進(jìn)行加工處理，在其中會額外加入適量外切削液，使得金屬復(fù)合材料產(chǎn)生一定的強(qiáng)化作用。車削方式是指以硬度較高的高合金刀具作為主要應(yīng)用工具對其進(jìn)行切割，在這過程中可以采用一些乳化劑幫助起到冷卻作用。

3.2 焊接成型

在金屬材料加工工藝中焊接工藝的應(yīng)用較為廣泛，通常會將焊接方式用于金屬材料制造為目標(biāo)產(chǎn)品之中，整體作為一種帶來材料對于焊接的適應(yīng)特性的表現(xiàn)方式，焊接性在某一種材料當(dāng)中，可以很好的作為衡量焊接工藝過程中得到最佳接頭的難易程度，并且還可以據(jù)此判斷街頭穩(wěn)定性是否符合要求，在標(biāo)準(zhǔn)方面是否具備所需要的穩(wěn)定性。金屬材料的焊接性需要根據(jù)它自身的特性以及對應(yīng)的焊接工藝進(jìn)行評估。除此之外，還受到各方面條件影響，導(dǎo)致同樣的焊接工藝下，使用同樣的材料進(jìn)行焊接成型，也會出現(xiàn)各自不同的焊接性能。

3.3 壓鑄成型

壓鑄工藝作為當(dāng)前最為常見的工藝之一，它主要是進(jìn)行金屬鑄造，可以根據(jù)應(yīng)用中看出它的特點(diǎn)在于利用機(jī)器、模具以及合金這三種關(guān)鍵要素，將壓力、速度以及時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一的過程，整體過程與注塑成型有一定的相似之處，但又有根本上的不同，與其他工藝有著本質(zhì)上的區(qū)別在于，應(yīng)用于金屬熱加工中，具有一定的壓力。它將所需要加工的金屬材料熔化，放置澆注到模具之中，使金屬材料變?yōu)榻饘俨考?。這里要注意，壓鑄成型而產(chǎn)生的金屬材料是不能夠采用熱處理實(shí)施加工，隨著時(shí)間進(jìn)展，壓鑄技術(shù)不斷進(jìn)步，在現(xiàn)在看來壓鑄技術(shù)跟之前相比已經(jīng)成熟了很多，可以在模具中更加采用更加細(xì)致化的技術(shù)進(jìn)行金屬材料加工。高壓鑄鋁和重力壓鑄鋁都處于鑄鋁范圍之中，它們在鑄造方法中應(yīng)用過程具有一定的差異性。舉例說明，在加工鑄鋁的過程中，其中還包括了重力制造方法，這種工藝方法主要內(nèi)容為金屬液處于重力作用之下，直接進(jìn)入到鑄型的模型工藝之中，它也有個(gè)別稱，叫作重力澆鑄。由于它具有以上的特性，導(dǎo)致高壓鑄鋁在鑄件中應(yīng)用面積較廣，可以利用這種方法得到高質(zhì)量鑄件。

3.4 高能率成形法

高能率成形法在金屬材料加工具有一定的應(yīng)用價(jià)值，相較于其他方法而言，也是一種比較常見的加工方法。在加工過程中燃?xì)獗〞鹨幌盗心茉串a(chǎn)生，比如機(jī)械能源、水中電極之間儲存的電容器儲存的高壓電瞬間放電，在這個(gè)過程中也可產(chǎn)生巨大的電能，可以利用這種能源加入到生產(chǎn)之中，在雙金屬生產(chǎn)當(dāng)中也可以應(yīng)用這種高效能金屬材料加工工程。針對金屬材料的加工中，可以發(fā)現(xiàn)一部分進(jìn)入材料，由于自身的特質(zhì)導(dǎo)致加工出現(xiàn)一定的難度，對于這種情況可以采用高能率成型法進(jìn)行加工處理，金屬材料在一個(gè)剎那被很大的壓強(qiáng)下去，不斷融合最終進(jìn)行冶煉，使得更高品質(zhì)的金屬零件被生產(chǎn)出來。舉例說明，在鎢材料的加工之中，首先要對于鎢材料進(jìn)行專業(yè)還原，采用合理方法將其變成粉末狀，隨后進(jìn)行軋制燒結(jié)，最終依據(jù)需要的金屬部件去進(jìn)行許多不同步驟的加工以管坯作為舉例說明，它的加工步驟可以有三種，分別為機(jī)械加工，或者是軋制，旋壓，根據(jù)這三個(gè)方法進(jìn)行管材成品的制作。由此可以判斷，對于鎢材料之中，金屬加工的步驟較多，在各個(gè)步驟之中對應(yīng)所出現(xiàn)的技術(shù)都較為成熟，因此就要求了技術(shù)必須更加精密，工作人員的專業(yè)度必須得到保障，相互配合對于各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，使得合格的鎢制品應(yīng)用于市場當(dāng)中，為其創(chuàng)造收益。

3.5 粉末冶金成型

粉末冶金成型主要適用于一些體積過小但是形狀較為規(guī)則化的零部件結(jié)構(gòu)制造，在早期它主要應(yīng)用于晶須以及復(fù)合材料零部件之中，它具有極佳的適應(yīng)性質(zhì)。粉末冶金成型應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中具有組織細(xì)密、增強(qiáng)分布較為均勻和界面反應(yīng)數(shù)量較小等特性，在現(xiàn)在可以應(yīng)用于多種產(chǎn)品制造當(dāng)中，由于它在耐磨、強(qiáng)度等具有一定優(yōu)勢，所以目前還可以應(yīng)用到交通工具之中，比如汽車、高鐵、航天器材等，在這些工具上它可以充分發(fā)揮自身的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)以上研究為基礎(chǔ)，可以充分明白，在金屬材料的加工制造中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同材料的性質(zhì)和市場需求選擇對應(yīng)的加工方法，保障質(zhì)量的同時(shí)也可以提高效率。

3.6 擠壓與鍛模塑性成型

金屬材料的整體加工之中還可以使用擠壓和鍛模塑性成型方法，因?yàn)檫@種方法的特性，導(dǎo)致模具接觸到金屬材料過程中，會產(chǎn)生一定的摩擦力，摩擦力會使得材料外觀出現(xiàn)一定的磨損，產(chǎn)生傷痕，對于產(chǎn)品的外觀造成負(fù)面影響，不僅如此，還有很大幾率會影響到產(chǎn)品質(zhì)量，出現(xiàn)質(zhì)量差錯(cuò)?；诖?，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可以采用各種工藝減少表層與模具之間的磕碰。舉例說明，可以從模具表面進(jìn)行入手，在模具的外表涂料中加入潤滑物質(zhì)，可以有效減少它們之間摩擦力。根據(jù)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在外表涂料中添加潤滑劑可以使得摩擦力大幅度降低，在材料質(zhì)量方面得到顯著提升。除了這個(gè)方法，還可以在材料加工過程中添加增強(qiáng)物質(zhì)，這種方法可以影響金屬材料的可塑性質(zhì)，增強(qiáng)金屬材料的抗變性能，提升整體質(zhì)量。在整個(gè)應(yīng)用過程之中，工作人員不僅要注意涂料物質(zhì)的加入，還應(yīng)該操作速度，如果操作過快會導(dǎo)致材料成型后產(chǎn)生裂開的狀況，操作過慢會影響到材料制作的效率，導(dǎo)致接下來的工作不能及時(shí)跟進(jìn)，影響到整體進(jìn)展。

4 金屬材料加工工藝與技術(shù)

4.1 切削工藝

除了以上講述的一些工藝還有切削工藝占據(jù)一席之地，這種工藝主要應(yīng)用方法是通過刀具或切割工具將工件的部分進(jìn)行切除，科技不斷發(fā)展，切削速度也隨之提升，同時(shí)也直接影響到了材料削切效率。在應(yīng)用到金屬材料切削當(dāng)中，當(dāng)切削到達(dá)一個(gè)特定的參數(shù)之后，會導(dǎo)致切削率產(chǎn)生一定程度的下降，根據(jù)資料可以判斷，大概會下降百分之三十。不同方向?qū)τ谇邢髁σ矔a(chǎn)生不同的影響，在徑向切削時(shí)它的切削力會大幅度下降，同時(shí)可以有效提升薄壁細(xì)肋件等剛性較差構(gòu)件的加工效率。

4.2 電切割技術(shù)

電切割技術(shù)的內(nèi)容主要為在介電流中應(yīng)用可移動(dòng)的電極線進(jìn)行處理，隨后依靠局部的較高溫度針對金屬材料完成切割工作，可以將其切割為幾何形狀，與傳統(tǒng)方法相比較，具有一定的優(yōu)勢，比如它可以采用沖洗液體壓力沖刷零部件與負(fù)極中間的間隙，最大發(fā)揮自身的作用。針對新型金屬材料的成型加工之中，采用電切割技術(shù)會出現(xiàn)切割速度下降的現(xiàn)象，這主要是因?yàn)榉烹娦Ч绊懥饲懈?，使得切割口摩擦力增大、表面出現(xiàn)粗糙現(xiàn)象。

4.3 熱加工法

熱處理加工方法的主要內(nèi)容為針對加工的金屬材料采取加熱處理，當(dāng)前主要加熱方法分為三種，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行對應(yīng)選擇。第一種是高功率密度激光熱加工法，這種方法主要實(shí)施在汽車各個(gè)部件的加工成型當(dāng)中。這是由于該方法在耐磨和硬度方面均具有較好的性質(zhì)，可以充分達(dá)到汽車應(yīng)用的需求，同時(shí)還可以延長車身使用年限。第二種方法為硬涂層加工方法，這個(gè)方法的主要應(yīng)用于金屬材料的表層，通過這種方法有效延長加工產(chǎn)品的使用年限，同時(shí)操作過程較為快捷，相比于其他方法更方便簡單。第三種方法為薄層滲透加工方法，它利用了化學(xué)原理，相較于之前提到的兩種方法，它的應(yīng)用范圍更廣，并且整體效率更高，加工時(shí)間對比其他方法更有優(yōu)勢。針對汽車車身的加工方法來講，應(yīng)用最為寬泛的就是熱成型加工方法，它根據(jù)車身的特殊性質(zhì)，在加工材料的過程中可以合理把控溫度，使得零部件的整體形狀符合標(biāo)準(zhǔn)，在汽車零件生產(chǎn)當(dāng)中它的最為重要的基礎(chǔ)。根據(jù)以上研究，在生產(chǎn)過程中必須要注意保證零件形態(tài)符合規(guī)范，防止出現(xiàn)溫度異常變化導(dǎo)致零件廢棄現(xiàn)象。

4.4 拉拔成型技術(shù)

拉拔成型技術(shù)的主要內(nèi)容是在模具中放置胚料，利用技術(shù)將其進(jìn)行拉拔處理，使得金屬通過?？赘淖冃螤?，從而得到與模孔形狀、尺寸相同的產(chǎn)品，最終得到市場所需要的產(chǎn)品。依照所需要制品截面形狀又可分成實(shí)心材拉拔和空心材拉拔，實(shí)心材主要包含著棒材、型材及線材的拉拔，而空心材拉拔主要包含著管材和空心異型材。在拉拔成型技術(shù)之下所產(chǎn)生的產(chǎn)品最具有特征的優(yōu)點(diǎn)為以下幾點(diǎn)：①變形過程中阻力很小，更加便于制作。②制品的尺寸可以得到精準(zhǔn)控制，制作完成后表面具有較高的光潔度。③拉拔生產(chǎn)的工具與設(shè)備較為簡單便捷，便于維修人員進(jìn)行保養(yǎng)工作，同時(shí)還可以在一臺設(shè)備上生產(chǎn)各種不同規(guī)格與品種的制品。④可用于斷面較小的常制品當(dāng)中，甚至可以連續(xù)高速生產(chǎn)，產(chǎn)量可觀。

4.5 軋制技術(shù)

軋制技術(shù)的主要內(nèi)容是通過軋輥的作用下使得胚料在旋轉(zhuǎn)中發(fā)生形態(tài)變化，這種方法可以從產(chǎn)品質(zhì)量上進(jìn)行提升，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)品可塑的強(qiáng)性。主要可分為橫軋、縱軋以及斜軋。橫軋：在操作中需要保證軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，而軋件的縱向軸線應(yīng)當(dāng)與軋輥的縱向軸線保持平行，軋制期間軋件將隨著軋輥進(jìn)行同等的轉(zhuǎn)動(dòng)。該方法主要可用于用來軋制生產(chǎn)回轉(zhuǎn)體軋件，如齒輪坯?？v軋：該方法在操作過程中要求與軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向完全相反，軋件的縱向軸線與軋輥的水平軸線應(yīng)當(dāng)在水平面上投影保證能夠相互垂直，在制作完成之后，軋件不僅會斷面減小，整體改變形狀，還會增加長度，軋件不僅斷面減小、形狀改變，長度亦有較大的增長。斜軋：該方法在操作時(shí)應(yīng)當(dāng)保證與軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，其軸線與軋件縱向軸線在水平面上的投影保持互相平行，但在垂直面上的投影應(yīng)當(dāng)、與軋件縱軸成為相交的角，軋制當(dāng)中，軋件保持旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的狀態(tài)，主要可用于生產(chǎn)管材以及回轉(zhuǎn)體型材。

4.6 沖壓成型技術(shù)

沖壓成型技術(shù)的主要內(nèi)容為利用模型對放置在壓力表層的金屬板材料進(jìn)行壓力（沖裁、加工、拉伸等變形）作用，在不影響模具后續(xù)使用的情況下得到最終完美的產(chǎn)品。它作為一種金屬冷變形加工方法，又被稱作冷沖壓或板料沖壓，在金屬加工當(dāng)中較為常見。在制作過程中沖壓所使用的模具為沖壓模具，在整個(gè)加工當(dāng)中非常關(guān)鍵，如若沖壓模具不符合標(biāo)準(zhǔn)，將會影響正常生產(chǎn)，及時(shí)擁有先進(jìn)的沖壓技術(shù)也無法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，只有保證工藝、模具、沖壓設(shè)備以及沖壓材料相互結(jié)合，才可以生產(chǎn)出所需要的產(chǎn)品。該技術(shù)無論是在經(jīng)濟(jì)方面還是技術(shù)方面均有很多優(yōu)點(diǎn)，主要為以下幾點(diǎn)：①生產(chǎn)效率高，操作簡單方便。②制作過程當(dāng)中，一般不會破壞到產(chǎn)品表面，而模具壽命由較長，可以保證其沖壓質(zhì)量穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的互換性。③沖壓成型技術(shù)可以制作出較大尺寸的零件，還可以制作出形狀較為復(fù)雜的產(chǎn)品，比如鐘表、汽車縱梁、覆蓋件等，沖壓的強(qiáng)度以及剛度均很高。

依據(jù)上述結(jié)合實(shí)際依據(jù)當(dāng)前現(xiàn)狀以及發(fā)展，可以看出未來仍要圍繞著以下問題繼續(xù)深入研究：①各類技術(shù)裝備的自動(dòng)化、連續(xù)化以及高速化。②保證產(chǎn)品品種以及規(guī)格，確保產(chǎn)品精度不斷提高，最大限度減少制品缺陷。③在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)省材料、提升質(zhì)量的目的。雖然目前還有一些不足之處，但是相信隨著未來不斷探索，金屬加工技術(shù)將會發(fā)展的更加完善。

5 結(jié)論

綜上所述，現(xiàn)在我國處于工業(yè)發(fā)展時(shí)期，各行各業(yè)對于工業(yè)要求隨著時(shí)間不斷增加，為了應(yīng)對這種需求，保障工業(yè)發(fā)展前景，應(yīng)當(dāng)從基礎(chǔ)出發(fā)，針對材料自身特點(diǎn)，進(jìn)行金屬的加工技術(shù)研究，提升工作效率，保障產(chǎn)量能夠滿足各行業(yè)需求，在這期間也應(yīng)該注意加工質(zhì)量，避免由質(zhì)量問題而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失，促進(jìn)金屬制造業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，使其為國家整體發(fā)展奠定堅(jiān)固的基礎(chǔ)。