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工業設計師必懂的25種金屬成型工藝!你了解多少?(內含鑄造步驟)

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今天分享25種金屬成型工藝:01壓鑄、02砂模鑄造、03熔模鑄造、04模鍛、05鍛造、06軋制、07壓力鑄造、08低壓鑄造、09離心鑄造、10消失模鑄造、11擠壓鑄造、12連續鑄造、13拉拔、14沖壓、15金屬注射成型、16車削加工、17銑削加工、18刨削加工、19磨削加工、20選擇性激光熔融、21選擇性激光燒結、22金屬沉積、23輥軋成型、24模切、25、輥模切制程-刀模

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01
?壓鑄?
壓鑄是一種金屬鑄造過程,它是通過將熔融金屬在高壓下注入模具腔中,使金屬在模具中冷卻固化,形成各種形狀和尺寸的零件或組件的方法。壓鑄的優點包括能生產大量復雜形狀的零件,具有高精度和良好的表面質量。常用的壓鑄材料包括鋅,鋁,鎂,銅,鉛和錫等。


壓鑄步驟如下:

1. 準備模具:模具決定產品形狀和尺寸。

2. 金屬熔化:將金屬加熱至液態。

3. 注射:高壓下將金屬注入模具。

4. 冷卻:金屬在模具中冷卻固化。

5. 開模取出:冷卻后,打開模具取出鑄件。

6. 后處理:如去毛刺、打磨、清洗、涂裝等。




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02


?砂模鑄造?

砂模鑄造是一種常見的鑄造方法,主要用于鑄造大型、中型和小型的鐵、鋼、銅、鋁等金屬零件。這種鑄造方法的主要步驟包括:

1. 制作模具:首先,根據需要鑄造的零件的形狀和尺寸,制作出相應的砂模。

2. 倒入熔融金屬:將熔融的金屬倒入砂模中,等待其冷卻固化。

3. 取出鑄件:當金屬完全冷卻固化后,打開砂模,取出鑄造好的零件。

砂模鑄造的優點是成本低,適應性強,無論是單件生產還是批量生產都很適用。但是,由于砂模的精度較低,所以鑄件的表面粗糙度較高,可能需要后續的機械加工。

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03
?熔模鑄造??


熔模鑄造,也被稱為精密鑄造或失蠟鑄造,是一種能制造出精細詳細、幾乎無需后續加工的鑄件的鑄造方法。這種方法的主要步驟包括:

1. 制作蠟模:首先,根據需要鑄造的零件的形狀和尺寸,制作出相應的蠟模。

2. 浸涂砂漿:然后,將蠟模浸入特殊的砂漿中,形成砂殼。

3. 燒蠟:將砂殼放入熱水中或用蒸汽加熱,使蠟模融化并流出,留下空的砂殼。

4. 倒入熔融金屬:將熔融的金屬倒入砂殼中,等待其冷卻固化。

5. 取出鑄件:當金屬完全冷卻固化后,打開砂殼,取出鑄造好的零件。

熔模鑄造的優點是可以制造出形狀復雜、精度高的鑄件,且表面光滑,幾乎無需后續加工。但是,由于其生產過程復雜,成本相對較高,通常用于生產精密設備的關鍵零件。




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04
?模鍛?

模鍛是一種金屬熱加工工藝,主要用于制造形狀復雜、精度高的零件。模鍛的過程主要包括以下步驟:
1. 加熱:首先,將需要鍛造的金屬材料加熱到一定的溫度。
2. 填充模具:然后,將加熱后的金屬材料放入預先制作好的模具中。
3. 壓力鍛造:通過液壓或機械設備對模具內的金屬材料施加壓力,使其充滿模具并形成所需的形狀。
4. 冷卻和取出:最后,讓金屬材料冷卻并固化,然后從模具中取出。
模鍛的優點是可以制造出形狀復雜、精度高的零件,且材料利用率高,生產效率高。但是,模具的制造成本較高,通常適用于大批量生產。

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05
?鍛造?


鍛造是一種金屬加工工藝,其主要目的是通過應用力來改變金屬的形狀、尺寸和性能。鍛造過程通常包括以下步驟:


1. 加熱:首先,將金屬坯料加熱到一定的溫度,使其具有良好的塑性。
2. 成形:然后,通過錘擊或壓力將金屬坯料塑性變形,使其形狀和尺寸符合設計要求。
3. 冷卻:最后,將鍛造后的金屬進行冷卻,使其硬度、強度等機械性能達到要求。
鍛造可以提高金屬的密度和結構,從而提高其機械性能。鍛造的產品廣泛應用于航空、汽車、農業機械、石油機械、礦山機械等各個領域。

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06
?軋制?


軋制是一種金屬塑性加工方法,通過連續的變形使金屬坯料的截面減小、長度增加。軋制過程中,金屬坯料在兩個或多個旋轉的軋輥之間通過壓力進行形變。軋制可以分為冷軋和熱軋兩種,主要區別在于加工的溫度。

1. 冷軋:在室溫下進行軋制,可以提高金屬的強度和硬度,但塑性和韌性會降低。

2. 熱軋:在金屬再結晶溫度以上進行軋制,可以大幅度改變金屬的形狀,同時保持良好的塑性和韌性。

軋制廣泛應用于鋼鐵、有色金屬、金屬制品等行業,可以生產出各種型材、板材、管材等產品。



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07
?壓力鑄造?


壓力鑄造是一種金屬鑄造方法,主要用于生產非鐵金屬(如鋁、鎂、鋅、銅等)的復雜形狀的零件。這種方法的特點是使用高壓將熔融的金屬快速注入到密閉的模具腔內,然后在高壓下冷卻固化,最后取出鑄件。

壓力鑄造的主要步驟包括:

1. 將金屬加熱至液態。

2. 將液態金屬在高壓下注入模具。

3. 金屬在模具中冷卻并固化。

4. 打開模具,取出鑄件。

壓力鑄造的優點是可以生產出精度高、表面光潔度好、內部質量均勻的復雜形狀的零件,而且生產效率高,適合大批量生產。但是,模具成本高,不適合小批量生產。



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08


?低壓鑄造?

低壓鑄造是一種鑄造方法,主要用于生產鋁合金、鎂合金等非鐵金屬的復雜形狀零件。這種方法的特點是利用氣壓將熔融的金屬通過立管注入模具的方式進行鑄造。

低壓鑄造的主要步驟包括:

1. 將金屬加熱至液態。

2. 通過調節氣壓,使液態金屬沿立管上升,注入模具。

3. 金屬在模具中冷卻并固化。

4. 打開模具,取出鑄件。

低壓鑄造的優點是可以生產出精度高、表面光潔度好、內部質量均勻的復雜形狀的零件,而且由于注入壓力較低,鑄件內部不易產生氣孔和夾渣等缺陷。同時,由于模具受力均勻,模具壽命較長。但是,設備投資較大,生產效率相對較低。



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09


?離心鑄造?

離心鑄造是一種鑄造方法,它利用離心力將熔融的金屬填充到模具腔內,并使其凝固成型。這種方法主要用于生產對稱軸類零件,如管材、軸類零件、環類零件等。

離心鑄造的主要步驟包括:

1. 將金屬加熱至液態。

2. 將液態金屬倒入旋轉的模具中。

3. 利用離心力,使金屬液在模具內均勻分布并冷卻固化。

4. 停止旋轉,打開模具,取出鑄件。

離心鑄造的優點是可以生產出內外表面光潔、質量均勻、無氣孔、無夾渣的鑄件,而且可以生產出壁厚均勻或壁厚變化的復雜形狀的零件。但是,設備投資較大,生產效率相對較低,且對工人的操作技能要求較高。


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10


?消失模鑄造?

消失模鑄造,又稱為精密鑄造或投資鑄造,是一種通過制作可熔模型的復制品,覆蓋多層耐火材料,然后熔化模型并取出,最后將金屬倒入獲得的型腔中,使其冷卻后得到鑄件的鑄造方法。

消失模鑄造的主要步驟包括:

1. 制作可熔模型:這通常是通過蠟或塑料制成的。

2. 制作石膏模型:將可熔模型浸入石膏漿中,然后等待石膏硬化。

3. 熔化并移除模型:將石膏模型加熱,使內部的可熔模型熔化并流出。

4. 倒入金屬:將熔融的金屬倒入石膏模型中。

5. 冷卻和取出鑄件:等待金屬冷卻并固化,然后打破石膏模型,取出鑄件。

消失模鑄造的優點是可以生產出形狀復雜、尺寸精度高、表面光潔度好的鑄件,適用于生產大批量的精密鑄件。但是,由于需要制作可熔模型和石膏模型,生產周期較長,成本較高。


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11


?擠壓鑄造?

擠壓鑄造是一種鑄造工藝,它是通過將熔融的金屬材料在高壓下注入到封閉的模具腔內,然后在壓力作用下使金屬材料冷卻固化,最后打開模具取出鑄件。

擠壓鑄造的主要步驟包括:

1. 預熱模具:模具需要預熱到一定的溫度,以防止熔融的金屬在接觸模具時過早冷卻。

2. 注入金屬:將熔融的金屬材料注入模具腔內。

3. 應用壓力:在金屬冷卻固化的過程中,維持或增加壓力。

4. 打開模具和取出鑄件:當金屬完全冷卻固化后,打開模具,取出鑄件。

擠壓鑄造的優點是可以生產出尺寸精度高、表面光潔度好的鑄件,而且生產效率高,適用于大批量生產。但是,設備投資大,對金屬材料的流動性和模具材料的強度有較高的要求。


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12


?連續鑄造?

連續鑄造是一種現代鋼鐵生產中常用的鑄造方法,它是將熔融的鋼水從鋼包中倒入結晶器,在冷卻水的冷卻作用下,鋼水在結晶器中部分凝固成為殼,在拉出裝置的牽引下,連續地從結晶器中拉出并通過二冷區繼續冷卻,最后通過切割裝置將其切割成一定長度的坯料。

連續鑄造的主要步驟包括:

1. 倒入鋼水:將熔融的鋼水從鋼包中倒入結晶器。

2. 形成殼:在冷卻水的冷卻作用下,鋼水在結晶器中部分凝固成為殼。

3. 拉出和冷卻:在拉出裝置的牽引下,連續地從結晶器中拉出并通過二冷區繼續冷卻。

4. 切割:通過切割裝置將其切割成一定長度的坯料。

連續鑄造的優點是生產效率高,能大大節約能源,提高金屬的回收率,而且生產出的坯料質量好,內部組織均勻。但是,設備投資大,對操作技術要求高。


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13


?拉拔?

拉拔是一種金屬塑性加工工藝,主要用于生產棒材、管材和型材等。它是通過在金屬材料上施加拉力,使材料通過模具,改變其截面形狀和尺寸,達到所需的機械性能和形狀。

拉拔過程的主要步驟包括:

1. 材料準備:選擇適當的金屬材料,通常是棒材或管材,然后進行預處理,如退火、酸洗等。

2. 模具準備:選擇適當的模具,模具的形狀和尺寸決定了拉拔后的產品形狀和尺寸。

3. 拉拔:將金屬材料通過模具,施加拉力,使其形狀和尺寸發生改變。

4. 后處理:拉拔后的產品可能需要進行后處理,如切割、熱處理、表面處理等。

拉拔的優點是可以生產出尺寸精度高、表面光潔度好的產品,而且生產效率高,適用于大批量生產。但是,對材料的塑性和韌性要求高,不適合硬度過大或塑性差的材料。



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14


?沖壓?

沖壓是一種金屬加工工藝,通過應用壓力,使金屬材料在模具中發生塑性變形或分離,從而獲得預定形狀和尺寸的零件或半成品的過程。

沖壓過程的主要步驟包括:

1. 材料準備:選擇適當的金屬材料,通常是板材或帶材,然后進行預處理,如退火、酸洗等。

2. 模具準備:選擇適當的模具,模具的形狀和尺寸決定了沖壓后的產品形狀和尺寸。

3. 沖壓:將金屬材料放入模具中,施加壓力,使其形狀和尺寸發生改變。

4. 后處理:沖壓后的產品可能需要進行后處理,如切割、熱處理、表面處理等。

沖壓的優點是可以生產出尺寸精度高、表面光潔度好的產品,而且生產效率高,適用于大批量生產。但是,對材料的塑性和韌性要求高,不適合硬度過大或塑性差的材料。



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15


?金屬注射成型?

金屬注射成型(Metal Injection Molding,簡稱MIM)是一種新型的金屬零件成型技術。它將塑料注射成型技術和粉末冶金技術相結合,可以制造出形狀復雜、性能優良的金屬零件。

MIM的主要步驟包括:

1. 混合:將金屬粉末和熱塑性粘合劑混合在一起,形成均勻的混合料。

2. 注射:將混合料注射到模具中,形成預定形狀的綠體。

3. 脫脂:將綠體中的粘合劑去除,留下金屬骨架。

4. 燒結:將金屬骨架在高溫下燒結,使金屬粉末顆粒之間形成強烈的冶金鍵合,形成最終的金屬零件。

MIM的優點是可以制造出形狀復雜、尺寸精度高、性能優良的金屬零件,而且生產效率高,適用于大批量生產。但是,設備投資大,生產過程復雜,對材料和工藝控制要求高。



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16


?車削加工?

車削加工是一種通過旋轉工件并用切削工具切除工件材料的方法,以生成所需的形狀和尺寸。這是一種非常常見的金屬加工方法,可以用于生產各種形狀和尺寸的零件。

車削加工的主要步驟包括:

1. 工件安裝:首先,將工件安裝在車床的主軸上,使其可以旋轉。

2. 切削工具選擇和設置:選擇合適的切削工具,并將其設置在合適的位置。

3. 車削:啟動車床,使工件旋轉,然后將切削工具推進工件,切除工件的材料。

4. 檢查和后處理:車削完成后,檢查工件的尺寸和表面質量,如果需要,進行后處理,如磨削、拋光等。

車削加工的優點是可以生產出尺寸精度高、表面質量好的零件,而且可以處理各種材料,包括硬質合金和非金屬材料。但是,對工件的形狀有一定的限制,不適合處理太復雜的形狀。


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17


?銑削加工?

銑削加工是一種使用旋轉刀具對工件進行切削的機械加工方法。在銑削過程中,工件是靜止的,而刀具進行旋轉和移動,通過刀具的切削運動和工件的進給運動,去除工件的余料,形成所需的形狀和尺寸。

銑削加工的主要步驟包括:

1. 工件安裝:首先,將工件安裝在工作臺或夾具上。

2. 刀具選擇和設置:選擇合適的銑刀,并將其安裝在銑床的主軸上。

3. 銑削:啟動銑床,使銑刀旋轉,然后將工件進行適當的進給,使銑刀切入工件,去除工件的余料。

4. 檢查和后處理:銑削完成后,檢查工件的尺寸和表面質量,如果需要,進行后處理,如磨削、拋光等。

銑削加工的優點是可以處理各種形狀的工件,包括復雜的曲面和凹槽,而且可以處理硬質材料。但是,銑削加工的尺寸精度和表面質量通常不如車削加工。


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18


?刨削加工?

刨削加工是一種機械加工方式,主要用于加工各種平面,如水平面、垂直面和斜面等,也可用于加工T型槽、V型槽等。刨削加工的特點是刀具進行直線切削運動,工件在刀具閑置時進行間歇進給。

刨削加工的主要步驟包括:

1. 工件安裝:首先,將工件安裝在工作臺或夾具上。

2. 刀具選擇和設置:選擇合適的刨刀,并將其安裝在刨床的刀架上。

3. 刨削:啟動刨床,使刀具進行直線切削運動,然后在刀具閑置時,將工件進行適當的進給,使刀具切入工件,去除工件的余料。

4. 檢查和后處理:刨削完成后,檢查工件的尺寸和表面質量,如果需要,進行后處理,如磨削、拋光等。

刨削加工的優點是可以處理大型工件,而且設備結構簡單,操作方便。但是,刨削加工的生產效率較低,尺寸精度和表面質量也不如磨削和銑削加工。


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19


?磨削加工?


磨削加工是一種使用磨具進行的精密加工方法。它主要用于加工硬質材料或硬化后的工件,如硬化鋼、硬質合金、陶瓷等。磨削加工不僅可以加工各種平面、圓柱、圓錐和各種螺紋,還可以加工復雜的曲面零件。
磨削加工的主要步驟包括:
1. 工件安裝:首先,將工件安裝在工作臺或夾具上。
2. 磨具選擇和設置:選擇合適的磨具,并將其安裝在磨床上。
3. 磨削:啟動磨床,使磨具進行旋轉切削運動,然后將工件進行適當的進給,使磨具切入工件,去除工件的余料。
4. 檢查和后處理:磨削完成后,檢查工件的尺寸和表面質量,如果需要,進行后處理,如拋光等。
磨削加工的優點是可以獲得高的尺寸精度和良好的表面質量,但是,磨削加工的生產效率較低,設備和磨具的成本也較高。
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20


?選擇性激光熔融?



選擇性激光熔融(Selective Laser Melting,簡稱SLM)是一種增材制造技術,也被稱為3D打印技術的一種。它使用高功率密度的激光在粉末床上逐層掃描,根據數字化的3D模型數據,將金屬粉末熔融并固化,最終形成具有完全密度和良好機械性能的零件。

SLM技術的主要步驟包括:

1. 數據處理:首先,根據設計的3D模型,生成對應的切片數據。

2. 粉末鋪層:在工作平臺上均勻鋪設一層金屬粉末。

3. 激光熔融:使用激光按照切片數據進行掃描,將粉末熔融并固化。

4. 平臺下降和粉末鋪層:完成一層熔融后,工作平臺下降一層的厚度,然后再鋪設一層粉末,進行下一層的熔融。

5. 零件清理和后處理:完成所有層的熔融后,清理掉未熔融的粉末,取出零件,如果需要,進行后處理,如熱處理、機械加工等。

SLM技術的優點是可以直接制造復雜結構的金屬零件,如輕量化結構、內部通道等,而且零件的性能接近于鍛造件。但是,SLM技術的生產效率較低,設備和材料成本較高,對操作技術要求較高。


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21


?選擇性激光燒結?

選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering,簡稱SLS)是一種增材制造技術,也是3D打印技術的一種。它使用激光作為能源,將粉末材料(如塑料、金屬、陶瓷等)逐層燒結,根據數字化的3D模型數據,最終形成實體零件。

SLS技術的主要步驟包括:

1. 數據處理:首先,根據設計的3D模型,生成對應的切片數據。

2. 粉末鋪層:在工作平臺上均勻鋪設一層粉末材料。

3. 激光燒結:使用激光按照切片數據進行掃描,將粉末燒結并固化。

4. 平臺下降和粉末鋪層:完成一層燒結后,工作平臺下降一層的厚度,然后再鋪設一層粉末,進行下一層的燒結。

5. 零件清理和后處理:完成所有層的燒結后,清理掉未燒結的粉末,取出零件,如果需要,進行后處理,如研磨、涂裝等。

SLS技術的優點是可以直接制造復雜結構的零件,不需要支撐結構,而且可以使用各種類型的材料。但是,SLS技術的精度和表面質量相對較低,對操作技術和環境要求較高。


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22


?金屬沉積?

金屬沉積加工工藝主要有:

1. 電鍍:通過電解反應,在工件表面沉積金屬或合金。工件作為陰極,被電鍍金屬作為陽極,通過直流電使金屬離子在工件表面形成鍍層。

2. 化學鍍:通過化學反應,在工件表面沉積金屬或合金。工件在含金屬離子的溶液中,金屬離子在工件表面還原為金屬原子,形成鍍層。

3. 物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD):通過物理或化學方法,將金屬或金屬化合物從固態轉為氣態,然后在工件表面冷凝形成薄膜。

4. 激光沉積:利用激光將金屬從固態或液態轉為氣態,然后在工件表面形成薄膜。

選擇哪種工藝取決于工件的材料、形狀、尺寸、功能要求及生產成本等因素。


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23


?滾軋成型?


滾軋成型是一種金屬塑性加工方法,通過連續的滾軋,使金屬板材、帶材等通過模具間隙,產生塑性變形,從而得到所需截面形狀和尺寸的工件。


滾軋成型的主要特點有:

1. 生產效率高,適合大批量生產。

2. 可以制造出截面復雜的長材料。

3. 可以改善金屬的機械性能。

4. 能夠減少材料的浪費。

滾軋成型廣泛應用于汽車、船舶、航空、建筑、電力等行業的零件制造。


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24


?模切?

模切是一種材料加工技術,主要用于對各種軟硬材料進行形狀切割。這種方法需要使用特制的模具,模具的形狀和尺寸與最終產品的形狀和尺寸相同。在模切過程中,材料被放置在模具下,然后通過壓力使模具切入材料,從而得到所需的形狀。


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25


?輥模切制程-刀模?

刀模是滾模切制程中的關鍵部分,它的形狀和尺寸決定了模切產品的形狀和尺寸。刀模通常由硬質合金或鋼制成,可以根據產品的需求定制各種形狀和尺寸。刀模的設計和制造需要非常精確,以確保模切產品的質量和精度。


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