材料成型與控制工程中的金屬材料加工方法思考

劉金輝

（陜西師范大學(xué)，陜西 西安 710119）

0 引言

材料成型與控制工程在我國制造業(yè)發(fā)展中有著舉足輕重的地位，特別是在金屬材料加工過程中，材料成型與控制工程的出現(xiàn)，極大提高了金屬材料加工技術(shù)水平，最終產(chǎn)品質(zhì)量及使用性能也得到有力保障。然而從實際來看，材料成型與控制工程金屬材料加工過程中，還存在金屬材料選擇不當(dāng)、加工工藝掌握不足、實際作業(yè)不夠規(guī)范等問題，非常不利于金屬材料加工水平與質(zhì)量提升，需要加強(qiáng)材料成型與控制工程中的金屬材料加工方法研究與分析工作，以更好把握金屬材料加工工藝與實際應(yīng)用要點，并推動制造業(yè)朝著更好的方向發(fā)展[1]。

1 材料成型與控制工程概述

材料成型與控制工程在制造業(yè)領(lǐng)域有很強(qiáng)的實用性，通過其可以實現(xiàn)對各種材料結(jié)構(gòu)的有效把握，并根據(jù)材料實際特性選擇合適的加工方法，最終實現(xiàn)對產(chǎn)品的嚴(yán)格監(jiān)督和保證最終加工質(zhì)量。操作中對材料成型與控制工程進(jìn)行運用，需要對材料進(jìn)行表面到內(nèi)部的詳細(xì)分析，然后將所得的研究分析結(jié)果運用到產(chǎn)品加工效率提升、保證產(chǎn)品加工質(zhì)量等中，促使制造業(yè)獲得更進(jìn)一步發(fā)展。

2 金屬材料科學(xué)合理選擇

金屬材料在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分普遍，對其進(jìn)行分類主要有有色金屬、黑色金屬和特種金屬，其中有色金屬是除了鐵、錳和鉻之外的一切金屬，黑色金屬主要是鋼鐵材料。實際運用時要遵循使用性原則進(jìn)行合理的選擇，確保選擇金屬材料可以保證產(chǎn)品完成后規(guī)定的功能，同時預(yù)測材料在加工成型過程中可能出現(xiàn)的安全問題，并提前做好相應(yīng)防護(hù)工作，有效保障金屬材料的加工質(zhì)量。另外盡可能地選擇不添加任何涂層鍍層的原材料，以防止對環(huán)境造成污染，并且這一材料使用以后也難以進(jìn)行回收利用。

3 材料成型與控制工程中的金屬材料加工方法

3.1 機(jī)械加工

制造企業(yè)在對金屬材料進(jìn)行加工鍛造時，大多數(shù)都會采用機(jī)械加工成型的方法，其應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)為操作流程簡單、設(shè)備資源完善等，并且隨著機(jī)械加工技術(shù)不斷的發(fā)展，在金屬材料加工中應(yīng)用也已經(jīng)從單一的車間轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)化的加工工藝，使實際作業(yè)效率和工藝精準(zhǔn)性得到進(jìn)一步提高。而在材料成型與控制工程中，金屬材料加工應(yīng)用最為廣泛的金屬切割刀具是金剛石刀具，涉及到的加工形式主要有車削、銑削和鉆削三種，其中對車削加工形式運用就是利用硬合金刀具對材料進(jìn)行切割，并在實際加工過程加入一些乳化液進(jìn)行冷卻；銑削加工形式應(yīng)用則需要在黏合劑的基礎(chǔ)上進(jìn)行加工；鉆削加工形式運用主要是通過鑲片麻花鉆頭對金屬材料進(jìn)行加工，操作中還要加入一些外切削液，以對材料起到強(qiáng)化的作用。

3.2 擠壓鍛模

金屬材料在加工成型過程出現(xiàn)模具直接接觸到材料，極容易引起材料表面?zhèn)?，最終對材料外觀和加工質(zhì)量帶來極大的影響。要防止這類問題出現(xiàn)，可以在金屬材料成型與控制工程中，對擠壓鍛模成型工藝進(jìn)行有效運用，操作中主要是利用模具對零件涂抹潤滑劑及涂層，以防止加工過程中出現(xiàn)較大阻力的情況。隨著加工摩擦力不斷減少，實際作業(yè)效率也能得到明顯的提高，執(zhí)行時要根據(jù)實際生產(chǎn)情況及實質(zhì)需要，對合理的擠壓方式進(jìn)行選擇，涉及到的方案有正擠、反擠、復(fù)合擠等類型。針對不同金屬制造工藝選擇合適擠壓方案執(zhí)行，有助于大大減少模具與材料之間的摩擦力。另外在成型加工過程中還要注意考慮增強(qiáng)材料自身效果，比如加入合適添加劑，實現(xiàn)對擠壓速度和成型質(zhì)量的有效控制[2]。

3.3 鑄造成型

鑄造成型工藝在金屬復(fù)合材料加工中應(yīng)用較多，實際操作一般會在金屬材料中加入一定的增強(qiáng)顆粒，在保證金屬材料原有特點不變的同時，促使金屬材料的黏度、流動性等得到增大，進(jìn)而使增強(qiáng)顆粒與熔體在高溫條件下充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終取得改變金屬材料本身特征的效果。執(zhí)行時要注意對熔化的溫度、時間等進(jìn)行嚴(yán)格的把控，若在高溫狀態(tài)下添加增強(qiáng)顆粒，雖然很容易就使顆粒與材料產(chǎn)生界面反應(yīng)，但是出現(xiàn)熔體黏度過大問題的機(jī)率也會升高，最終影響到金屬材料成型澆注的質(zhì)量。這時候就可以依托材料成型與控制工程，對精煉的方法進(jìn)行運用，通過在金屬材料中增添適當(dāng)變質(zhì)劑，促使金屬材料更加契合澆注的要求。由于這種加工方式不適合運用到每一種金屬材料當(dāng)中，因此在選擇使用時要慎重，最好根據(jù)材料具體情況及加工要求進(jìn)行選擇。

3.4 粉末冶金

粉末冶金在金屬材料加工中應(yīng)用，具有適用范圍廣、實用效果好的特點，實際操作中更多是將粉末冶金工藝運用到規(guī)格比較小和形狀較為復(fù)雜的精密型金屬材料零配件加工當(dāng)中，執(zhí)行時會通過含量調(diào)整的方式實現(xiàn)對金屬材料局部的有效調(diào)整。若金屬材料出現(xiàn)顆粒含量超過半數(shù)以上的情況，就可以借助該項工藝實現(xiàn)對制造精密度的有效控制。再加上粉末冶金成型界面反應(yīng)比較小，在很大程度上可以提升金屬材料的加工作業(yè)效率，加工成型的金屬制品耐磨性和強(qiáng)度也較大。

3.5 熱加工

采用熱處理的方法對金屬材料進(jìn)行加工，涉及到的工藝方式有很多，比如高功率密度激光熱加工法。實際操作在汽車各種金屬材料零部件加工中應(yīng)用較多，由于這種工藝方法在耐磨和硬度方面有很好的性質(zhì)，因此能夠滿足實際金屬材料加工要求。針對硬涂層加工方法，實際應(yīng)用更多體現(xiàn)在金屬材料的表層，可以起到增強(qiáng)加工產(chǎn)品的實際使用年限的作用，并且操作使用流程較為簡單。對于薄層滲透加工方法，在金屬材料加工中使用會對化學(xué)原理加以利用，通過準(zhǔn)確把握金屬材料的特性以后，在實際加工中就可以通過加強(qiáng)對溫度的有效控制，保障金屬材料加工的精度。

3.6 拉拔成型

采用拉拔成型工藝開展金屬材料加工作業(yè)，一般會在模具中放置胚料，然后對其進(jìn)行拉拔處理，使金屬材料可以通過?？赘淖冏陨硇螤?，最終得到與模孔形狀和尺寸相同的產(chǎn)品。實際作業(yè)中根據(jù)制品截面形狀，又可以將該項工藝分為實心材拉拔和空心材拉拔兩種類型。前者包括型材、線材拉拔，后者包括管材、異型材拉拔。實踐中可以根據(jù)金屬材料類型及加工要求進(jìn)行合理的工藝選擇，并在拉拔成型過程中注意對變形進(jìn)行控制，使金屬材料加工制成的產(chǎn)品尺寸精度和表面光潔度也能滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。另外還可以依托拉拔生產(chǎn)工具設(shè)備，實現(xiàn)對金屬材料的連續(xù)性加工[2-3]。

4 材料成型與控制工程發(fā)展趨勢分析

隨著現(xiàn)代制造業(yè)不斷地發(fā)展，材料成型與控制工程在該領(lǐng)域也得到深層次的應(yīng)用，并依托其完成對金屬材料各種結(jié)構(gòu)形態(tài)的研究與了解以后，根據(jù)金屬材料實際特性及加工需求，選擇最為合適的加工工藝技術(shù)進(jìn)行操作，在提高金屬材料加工作業(yè)效率的基礎(chǔ)上，實際產(chǎn)品加工質(zhì)量得到極大保障。而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，材料成型與控制工程朝著自動化、數(shù)字化等方向邁進(jìn)，其在金屬材料加工中應(yīng)用的優(yōu)勢作用充分體現(xiàn)出來，并為金屬材料加工產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)制造效率的提升奠定良好的基礎(chǔ)。對金屬材料成型與控制工程的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1）高效節(jié)能。在工業(yè)化快速發(fā)展的今天，社會對金屬材料的需求量日漸增大，并對金屬材料加工質(zhì)量提出更高的要求。從開展金屬材料加工活動，依托材料成型與控制工程就需要從高效節(jié)能的角度入手，實現(xiàn)對加工活動流程、時間等的科學(xué)規(guī)劃與組織設(shè)計，在減少加工過程對各種能源資源損耗的同時，保證金屬材料加工的質(zhì)量與使用功能[3]。

2）綠色環(huán)保。隨著人們環(huán)保意識不斷增強(qiáng)，對金屬材料加工的要求發(fā)生極大地改變，特別是在加工工藝選擇上，要徹底摒棄傳統(tǒng)高污染和惡劣加工環(huán)境的工作方式，并從綠色環(huán)保入手選擇綠色能源及工藝，進(jìn)而達(dá)到降低金屬材料加工過程污染問題的目的。執(zhí)行時依托材料成型與控制工程，就可以在準(zhǔn)確把握金屬材料結(jié)構(gòu)以后，圍繞材料加工實質(zhì)要求，對生產(chǎn)成型過程能源使用、工藝操作流程等進(jìn)行合理選擇和細(xì)致分解，最后通過優(yōu)化工藝環(huán)節(jié)、優(yōu)先選擇清潔能源等，實現(xiàn)對金屬材料加工造成污染的有效控制。

3）數(shù)字化發(fā)展。在步入信息化時代以后，各種先進(jìn)技術(shù)手段在材料成型與控制工程中也得到一定的應(yīng)用，特別是將現(xiàn)代大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融入到金屬材料成型與控制工程中以后，可以實現(xiàn)對完善數(shù)字化數(shù)據(jù)、設(shè)計、制造等體系的有效構(gòu)建。并依托這些數(shù)據(jù)體系實現(xiàn)對金屬材料加工過程的有效監(jiān)控與分析，甚至還能依托智能化技術(shù)實現(xiàn)對金屬材料加工誤差的有效控制，并提高金屬材料加工效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4）自動化發(fā)展。自動化是金屬材料成型與控制工程發(fā)展的必經(jīng)之路，特別是在現(xiàn)代工業(yè)水平不斷提升背景下，制造行業(yè)對金屬材料生產(chǎn)規(guī)模、質(zhì)量等提出更高的要求，這時依托現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，可以減少因為人為操作出現(xiàn)的失誤與差錯，并切實解決生產(chǎn)效率低的問題，最終金屬材料加工規(guī)模、效率、質(zhì)量等也均能夠得到提升。

5 結(jié)語

本文是對材料成型與控制工程中金屬材料加工方法的探討，隨著現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展，材料成型與控制工程在金屬材料加工中應(yīng)用也愈發(fā)廣泛，實際操作可以通過其有效掌握金屬材料的結(jié)構(gòu)特性，并根據(jù)金屬材料加工實質(zhì)要求選擇合適的工藝進(jìn)行使用。這些工藝包括機(jī)械加工、擠壓鍛模、拉拔成型等，同時將現(xiàn)代發(fā)展的數(shù)字化技術(shù)融入到其中，可以增強(qiáng)材料成型與控制工程運用的實用性，并促使金屬材料加工效率與質(zhì)量得到提升。