小唐老师：百大工艺动态解析——金属成型篇（2018.2.8）
这个世界，变化太快了。开实体店的开始网上揽客了，做网络的搞起汽车了，搞汽车的玩起火箭发射了。所以，看到今天的标题你可别吃惊！非金属的小唐老师开始琢磨起金属的工艺了：） 前段时间，在和金属组同事（审核员）聊天的时候，谈到为什么塑料粒子为什么不像金属那样特别注重材质里化学成分的要求，比如C、Si、Mn、S、P（碳硅锰硫磷）的含量。老实说，小唐老师一开始有点懵！What?! 还有这种操作？ 后来请教了多位大牛（文末有致谢）后，才有了新的认识。
金属一般由晶体组成，而晶体中的主要成分为金属原子，通过金属键相结合。
从上图可以看出，本来大家相互结合在一起挺好的，如果有杂质，上面提到的那些碳硅锰硫磷，就会对这些本来结合得很好的原子造成影响（不一定是消极影响哦）。 有朋友可能要问了？到底是什么影响呀！
这里面就涉及位错理论了。 金属材料一般既要求强度高，又要求韧性好。其实这两者是一组矛盾。 而金属的变形（韧性），需要有位错的运动（位错是晶体结构中的一种特殊结构）。 在金属受力变形时（如加工时），杂质，化合物，甚至由它们构成的第二相，都不同程度地影响位错的运动，最终影响了变形。其结果是金属得到强化，或者产生脆化。强化是我们想要的，脆化呢？则是断裂的起因！
所以，金属材料特别关注其化学成分的变化。
那么塑料粒子呢？ 塑料粒子从微观上看，其实是由高分子组成的。 啥叫高分子？就是像上面这样的链状结构，是千百个原子以共价键相互连接而成的像“绳”一样的结构，在实际情况下，这些“绳”可远没有这么规则，它们有长有短，或扭或弯，剪不断，理还乱。 在这种结构下，哪怕有少许杂质元素，其实对于整个高分子（塑料）性能，影响也不会很大，所以，塑料对于化学成分的要求不高，更加看重于这团乱麻呈现出来外在性能，比如流动性能（熔融指数）、热学性能（TG/DSC）等。 为什么谈这么多理论知识？因为考虑到能看到这篇文章的很多朋友都是某一领域的专家，但在一个领域（比如非金属）钻的太深，反而会对其他领域（比如金属）了解不够，所以给大家简单科普一下。 这里做个说明，金属成型工艺，小唐老师接触的确实不多（主要在分供方审核时接触），所以严格意义上讲，小唐老师只是个加了些自己理解的搬运工。
科普完了，我们来上今天的正餐吧！ 我们先来看看铸造，从定义上看，铸造是将加热到液态的金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，也称为金属液态成形。 不过要是细分的话，种类很多（如下图）。
砂型铸造
砂型铸造是指在砂型中生产铸件的铸造方法（是不是感觉像废话），其基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。 需要在砂子中放入成品零件模型或木制模型(模样，上图中深黄色部分)，然后在模样周末填满砂子，开箱取出模样以后砂子形成铸模。 为了在浇铸金属之前取出模型，铸模应做成两个或两个以上部分，在铸模制作过程中，必须留出向铸模内浇铸金属的孔和排气孔，合成浇注系统。 铸模浇注金属液体以后保持适当时间，一直到金属凝固。 取出零件后，铸模被毁，下一次要做的话还得制作新铸模。熔模铸造 熔模铸造又称失蜡铸造：通常是指将易熔材料（如蜡）制成蜡模，在蜡模表面包覆若干层耐火材料制成型壳（泥模），泥模晾干后，在焙烧成陶模。一经焙烧，蜡模全部熔化流失，只剩陶模。 一般制泥模时就留下了浇注口，再从浇注口灌入金属熔液，冷却后，所需的零件形状就制成了。 实际生产过程中，工序的步骤要复杂的多，如上图，下面是几张关键工艺步骤的动图。制作泥模陶模中浇注金属溶液冷却后，去除陶模压力铸造
该工艺指利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，在压力作用下，冷却凝固而形成铸件。 该工艺有高压和高速充填两大特点。常用的压射比压是从几千至几万kPa，充填速度在10~50m/s，充填时间一般在0.01~0.2s范围内。低压铸造
既然讲到“低压”，其压力比上面提到的压力铸造要小上许多，指使液体金属在较低压力(0.02～0.15MPa)作用下（一般在气体作用下）充填铸型，并在压力下结晶以形成铸件的方法.。 该工艺大多采用底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷，提高了铸件的合格率，另外，由于在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰、表面光洁，力学性能较高，对于大薄壁件的铸造尤为有利。离心铸造
离心铸造的离心就像滚筒洗衣机甩干衣服一样，是将金属液体金属注入高速旋转的铸型内，使金属液在离心力的作用下充满铸型和形成铸件。注意，辊筒在转动哦 离心铸造多用于生产铸管，金属利用率高，在生产中空铸件时可不使用型芯，不过不大适合生产异形铸件，且内径尺寸不精确，内孔表面较为粗糙。金属型铸造
金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，在重力作用下获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，铸型可以反复使用多次。 金属型铸造从中文名字看会有些难理解，其英文相对简单一些，是gravity die casting（重力压铸），当然，要想更好地了解金属型铸造，需要与砂型铸造对比着来了解。 由于不像沙型铸造那样，每一个铸模都可以毁掉，所以金属型铸造在零件重量和形状方面还有一定的限制，另外，壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。真空铸造
真空铸造中的“真空”讲的是铸造环境，金属在真空室中进行熔炼、浇注和结晶的铸造过程。可以使金属中的气体含量减到最少，可以防止金属氧化。抽真空，前面都是硬梆梆的金属，来个能吃的！ 真空铸造主要用来生产要求很高的特殊合金钢铸件和极易氧化的钛合金铸件等。挤压铸造
挤压铸造是指对定量浇入铸型型腔中的液态金属施加较大的机械压力，使其成形、结晶、凝固，而获得铸件的一种工艺。 如上图，具体过程为：先是将熔融态金属或半固态合金注入敞口模具中，随后闭合模具，以产生充填流动，到达制件外部形状，接着施以高压，使已凝固的金属产生塑性变形，未凝固金属承受等静压，同时发生高压凝固，最后获得制件。 它是介于铸造和锻造之间的一种工艺，故亦称之为“液态模锻”，兼有两者的一些优点。消失模铸造
又称实型铸造，将泡沫塑料制成的模样，置入砂箱内填入造型材料后夯实， 模样不取出构成一个没有型腔的实体铸型，当金属液浇入铸型时，泡沫塑料模在高温金属 液的作用下迅速气化、燃烧而消失，金属液取代了原来泡沫塑料模样所占据的位置，冷却 凝固成与模样形状相同的实型铸件。 再给大家看看动态的图片。
连续铸造
连续铸造较为先进，是将熔融的金属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属装置中，凝固（结壳）了的铸件，连续不断地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意长或特定的长度的铸件。 铸造谈完了，我们再来看看其他的金属成型工艺。锻造
在挤压铸造里我们提到了锻造，我们这就来认识一下它。锻造的关键词在“锻”，小唐老师去查了下字典，锻的就是锤击的意思。 是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。 锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。模锻
模锻全称为模型锻造，将加热后的坯料放置在固定于模锻设备上的锻模内锻造成形的。
根据设备不同，模锻分为锤上模锻，曲柄压力机模锻，平锻机模锻，摩擦压力机模锻等。轧制
又称压延，将金属锭通过一对滚轮来为之赋形的过程（与上一期谈到的非金属压延很类似）。 如果压延时，金属的温度超过其再结晶温度，那么这个过程被称为“热轧”，否则称为“冷轧”。冲压
汽车上有非常多的冲压件。该工艺是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。冲压、拉伸、折弯连续冲压模车削加工
就是在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。 车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等。铣削加工
铣削是将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征。 传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形特征。数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工。 和车削不同之处在于铣削加工中刀具在主轴驱动下高速旋转，而被加工工件处于相对静止。而车削用来加工回转体零件，把零件通过三抓卡盘夹在机床主轴上，并高速旋转，然后用车刀按照回转体的母线走刀，切出产品外型来。刨削加工
刨削加工是用刨刀对工件作水平相对直线往复运动的切削加工方法，主要用于零件的外形加工。 刨削加工的生产效率比较低，因为是它的切削是非连续性的，刀具在切割的过程中容易发生较大的不稳定性导致加工过程出现振动和冲击，容易导致零件的损坏。在大量的生产过程中应用相对比较少。磨削加工
利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面的切削加工。 磨削用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面,以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面。 磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。拉拔
拉拔（drawing），是用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于坯料断面的模孔中拉出，以获得相应的形状和尺寸的制品的一种塑性加工方法。由于拉拔多在冷态下进行，因此也叫冷拔或冷拉。拉拔过程拉拔油比较关键，能有效减少工件与模具的摩擦，降低磨损，具有强韧的油膜，减少划痕、划伤、烧结焊合、破裂等缺陷的发生。模切
下料工艺，将前制程成型后的薄膜定位在冲切模公模上，合模去除多余的材料，保留产品3D外形，与模具型腔相匹配。 至于一些高大上的，比如金属沉积、激光烧结，由于并不常见，这里就不介绍啦。 以上就是今天的全部内容，感谢你的阅读。 本文的完成得到了北京有色金属研究总院的林教授和我们金属大牛涂博士的指点，在此感谢。
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