精密金屬零件應該采用哪種工藝制造？
我們生產(chǎn)的不銹鋼精密零件用于日本道路除雪系統(tǒng)
2022年4月4日
2022年1-3月天輝機械總結(jié)及下季度展望
2022年4月11日
很多客戶都會有這樣的疑問，手上的精密金屬零件應該用哪種工藝生產(chǎn)制作？哪家工廠是合適的精密金屬零件加工廠？
我們工廠有接近20余年的定制類精密金屬零件的生產(chǎn)制作經(jīng)驗，在我們工廠，我們將精密金屬零件的加工方式總共分為以下七個大類:
- 機加工，用棒料或板料
- 鑄造+機加工
- 鍛造+機加工
- 型材擠壓+機加工
- 鈑金
- 切割
- 3D打印
機加工
機加工，也稱機械加工或CNC加工，是指通過機械設備對工件的外形尺寸進行改變的加工過程，常見的機械加工類型有車削、銑削、鉆削、刨削、磨削等。
在機械加工行業(yè)內(nèi)，機加工的通常是狹義的含義，是指僅僅使用市場上能夠買到的標準棒料或板料，然后進行機械加工。
它的優(yōu)勢在于:
- 機械加工不需要開模，且自由度高；
- 精度非常高，有利于提高工件質(zhì)量；
- 加工的效率高，有利于提高產(chǎn)量；
- 采用數(shù)控操作和機器人操作，可減少生產(chǎn)工人，節(jié)約生產(chǎn)成本；
- 采用自動檢測及監(jiān)控裝置，有利于提高工件的穩(wěn)定性。
鑄造+機加工
鑄造是人類最早知道的金屬成型方法之一。它一般是將熔融金屬倒入耐火模具型腔中，將其凝固成型。待凝固后，將所需的成品從模具中取出,?這個過程被稱之為鑄造。
經(jīng)過多年的發(fā)展,?如今的鑄造被細分為砂型鑄造、熔模鑄造、離心鑄造、金屬型鑄造、擠壓鑄造、消失模鑄造等。
我們工廠非常擅長使用鑄造精密加工這一方式生產(chǎn)金屬零件，尤為擅長不銹鋼失蠟鑄造和覆膜砂鑄造。
砂型鑄造
砂型鑄造由稱為翻砂鑄造，通常用于生產(chǎn)鑄鐵精密加工零件。目前，隨著國內(nèi)砂型鑄造能力的提升，特別是覆膜砂鑄造工藝提升，鋼，合金鋼，不銹鋼零件也開始使用砂型鑄造工藝生產(chǎn)。
優(yōu)勢:
適合于制成形狀復雜，特別是具有復雜內(nèi)腔的毛坯；
適應性廣，成本低；
對于某些塑性很差的材料，如鑄鐵等，砂型鑄造是制造其零件或，毛坯的唯一的成形工藝。
熔模鑄造
熔模鑄造又稱為失蠟鑄造，有兩大主要生產(chǎn)工藝，硅溶膠鑄造和水玻璃鑄造，常用于生產(chǎn)不銹鋼，合金鋼精密加工零件
熔模鑄造是指在易熔材料制成模樣，在模樣表面包覆若干層耐火材料制成型殼，再將模樣熔化排出型殼，從而獲得無分型面的鑄型，經(jīng)高溫焙燒后即可填砂澆注的鑄造方案。 適用于生產(chǎn)形狀復雜、精度要求高、或很難進行其它加工的小型零件，如渦輪發(fā)動機的葉片等。
優(yōu)勢:
尺寸精度和幾何精度高
表面粗糙度高；
能夠鑄造外型復雜的鑄件，且鑄造的合金不受限制。
離心鑄造
是將金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力作用下填充鑄型而凝固成形的一種鑄造方法。離心鑄造最早用于生產(chǎn)鑄管，國內(nèi)外在冶金、礦山、交通、排灌機械、航空、國防、汽車等行業(yè)中均采用離心鑄造工藝，來生產(chǎn)鋼、鐵及非鐵碳合金鑄件。其中尤以離心鑄鐵管、內(nèi)燃機缸套和軸套等鑄件的生產(chǎn)最為普遍。
?優(yōu)勢:
幾乎不存在澆注系統(tǒng)和冒口系統(tǒng)的金屬消耗，提高工藝出品率；
生產(chǎn)中空鑄件時可不用型芯，故在生產(chǎn)長管形鑄件時可大幅度地改善金屬充型能力，降低鑄件壁厚對長度或直徑的比值，簡化套筒和管類鑄件的生產(chǎn)過程；
鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學性能高；
便于制造筒、套類復合金屬鑄件，如鋼背銅套、雙金屬軋輥等；成形鑄件時，可借離心運動提高金屬的充型能力，故可生產(chǎn)薄壁鑄件。
重力鑄造
重力鑄造是指一切利用地球重力進行鑄造的工藝，液態(tài)金屬在重力作用下充填金屬鑄型并在型中冷卻凝固而獲得鑄件的一種成型方法。與壓力鑄造相區(qū)別。
國內(nèi)重力鑄造一般僅指鋁合金重力鑄造。
優(yōu)點在于：
鋁鑄件內(nèi)部氣孔少,可進行熱處理。
模具成本較低，模具使用壽命長。
工藝簡單，適合大批量作業(yè)。
可使用低流動性特種鋁合金。
材料的使用范圍廣。
消失模鑄造（又稱實型鑄造）
是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。適合成產(chǎn)結(jié)構(gòu)復雜的各種大小較精密鑄件，合金種類不限，生產(chǎn)批量不限。如灰鑄鐵發(fā)動機箱體、高錳鋼彎管等。
優(yōu)勢:
鑄件精度高，無砂芯，減少了加工時間；
無分型面，設計靈活，自由度高；
清潔生產(chǎn)，無污染；
降低投資和生產(chǎn)成本。
鍛打+機加工
近年來，隨著鑄改鍛的開展，鍛打越來越多的應用在精密零件生產(chǎn)中。我們工廠也生產(chǎn)了很多鍛打精密加工產(chǎn)品
鍛打是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。
通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。
按照鍛造溫度，可以將鍛造技術(shù)分為熱鍛、溫鍛和冷鍛。
鋼的開始再結(jié)晶溫度約727℃，但普遍采用800℃作為劃分線，高于800℃的是熱鍛；在300～800℃之間稱為溫鍛或半熱鍛，在室溫下進行鍛造的稱為冷鍛。用于大多數(shù)行業(yè)的鍛件都是熱鍛；溫鍛和冷鍛主要用于汽車、通用機械等零件的鍛造，溫鍛和冷鍛可以有效的節(jié)材。
鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼，其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金，鐵基高溫合金，鎳基高溫合金，鈷基高溫合金的變形合金也采用鍛造或軋制方式完成，只是這些合金由于其塑性區(qū)相對較窄，所以鍛造難度會相對較大，不同材料的加熱溫度，開鍛溫度與終鍛溫度都有嚴格的要求。
擠壓型材+機加工
金屬擠壓加工是利用金屬塑性成形原理進行壓力加工的一種重要方法，通過擠壓將金屬錠坯一次加工成管、棒、T型、L型等型材。金屬擠壓機是實現(xiàn)金屬擠壓加工的最主要設備。
?
擠壓加工特點是處于強烈的三向壓應力狀態(tài)，這有利于提高金屬的塑性變形能力，提高制品的質(zhì)量，改善制品內(nèi)部微觀組織和性能。除此以外，擠壓加工還具有應用范圍廣，生產(chǎn)靈活性大，工藝流程簡單和設備投資少的特點。應用擠壓加工工藝最多的材料是低熔點的有色合金，如鋁及鋁合金。
切割+機加工
金屬加工的第一步是切割，把原材料簡單截斷或者按形狀分離而得到毛坯。常見的金屬切割方法有：砂輪切割、鋸切割、火焰切割、等離子切割、激光切割和水刀切割。
砂輪切割
采用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪片切割鋼材。是比較普遍的切割方法。砂輪切割機使用起來，輕巧靈活，簡單便捷，在各種場合得到廣泛使用，尤其是在建筑工地上和室內(nèi)裝修中使用的比較多。主要用來對一些小直徑尺寸的方管、圓管、異型管等進行切斷加工。
鋸切割
用鋸條將工件或材料切出狹槽而進行分割的方法稱為鋸切。鋸切通過金屬帶鋸床實施。將材料截斷是金屬加工最基本的需求，因此鋸床是機加行業(yè)的標配。鋸床使用過程需要根據(jù)材料的硬度來選擇合適的鋸條，并調(diào)整最佳鋸切速度。
火焰切割（氣割）
火焰切割的過程是通過氧氣和熾熱鋼鐵產(chǎn)生的化學反應來加熱金屬，并使其變軟最后融化。加熱氣體多用乙炔或天然氣。
火焰切割只能切割碳板，對其他類型的金屬，如不銹鋼或銅鋁料，并不適用。
火焰切割的優(yōu)點是成本低，最大切割厚度能達到兩米。缺點是熱影響區(qū)與熱變形比較大，斷面粗糙且多有掛渣。考慮到后續(xù)的加工，應多放余量。
等離子切割
等離子切割方法發(fā)明于20世紀50年代，是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化（和蒸發(fā)），并借高速等離子的動量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。
激光切割
激光切割是使用高能量的激光束來加熱、局部熔化、汽化金屬，完成對材料的切割，通常用于薄鋼板（＜30mm）高效精密切割。
激光的切割質(zhì)量非常優(yōu)異，不但切割速度快，尺寸精度也很高（可達±0.05mm），而且由于激光束是作用于一個極小的區(qū)域，熱影響區(qū)很小，工件幾乎不變形。
水刀切割
水刀切割是利用高壓水流來切割金屬的一種加工方法。隨著技術(shù)不斷改進，也在高壓水中混入石榴砂、金剛砂等磨料輔助切割，來提高切割速度和切割厚度（能達200mm）。水刀切割的精度能達±0.4mm或更高。
鈑金
鈑金是針對金屬薄板（通常在6mm以下）一種綜合冷加工工藝，包括剪、沖/切/復合、折、鉚接、拼接、成型（如汽車車身）等。其顯著的特征就是同一零件厚度一致。鈑金的表面處理主要是二大方式：噴塑（噴粉）和噴油。大件通常用噴塑，小件可以用噴油。
鈑金加工切割技術(shù)具有高速度，高精度和高適應性，割縫細，熱影響區(qū)小(變形小)，切割端面質(zhì)量好，切割無噪音，焊縫區(qū)組和性能與母材接近等優(yōu)點；而且加工只需簡單夾具，無需模具，可代替采用復雜模具沖切的加工方法，能夠大大縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。
3D打印
目前，金屬3D打印都采用SLS技術(shù)，即都需要借助激光將物質(zhì)固化為整體。不同的是，SLS 工藝使用的是紅外激光束，材料則由是金屬或其復合物的粉末。先將一層很薄（亞毫米級）的原料粉末鋪在工作臺上，接著在電腦控制下的激光束通過3D掃描器以一定的速度和能量密度，按分層面的二維數(shù)據(jù)掃描。激光掃描過的粉末就燒結(jié)成一定厚度的實體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。
?
1）精度高。目前金屬3D打印設備的精度基本都可控制在0.05mm以下。
2）周期短。金屬3D打印無須模具的制作過程，使得模型的生產(chǎn)時間大大縮短，一般幾個小時甚至幾十分鐘就可以完成一個模型的打印。??
3）可實現(xiàn)個性化。金屬3D打印對于打印的模型數(shù)量毫無限制，不管一個還是多個都可以以相同的成本制作出來。??
4）材料的多樣性。一個金屬3D打印系統(tǒng)往往可以實現(xiàn)不同材料的打印，而這種材料的多樣性可以滿足不同領域的需要。
5）成本相對較低。雖然現(xiàn)在金屬3D打印系統(tǒng)和3D打印的金屬材料比較貴，但如果用來制作個性化產(chǎn)品，其制作成本相對就比較低了。?
總結(jié)
通過以上的介紹,?我們知道各個工藝都有它們自己的獨特優(yōu)勢,?最終選擇何種工藝還是要根據(jù)產(chǎn)品的應用,?所需要的性能,?訂單的數(shù)量,精度要求以及成本預算來確認。
?天輝機械擁有非常豐富的精密金屬零件生產(chǎn)經(jīng)驗，熟悉各類金屬零部件的生產(chǎn)工藝，能夠根據(jù)產(chǎn)品的形狀、尺寸精度、使用要求選擇最合適的生產(chǎn)工藝，能夠滿足客戶的需求，歡迎廣大客戶聯(lián)系我們。
