金属成形工艺全解析：铸造方法及应用（砂型、熔模、压力铸造）

进行零件设计时，材料成形方法属于重要内容，制造者们对其极为关心，在材料加工过程里，它还是关键因素，今天要带领大家去瞧瞧金属成形工艺。

01 铸造

先把液态金属浇灌到铸型型腔里，铸型型腔要和零件的形状、尺寸彼此相适应，之后等待液态金属冷却凝固，通过这样的方式来得到毛坯或者零件，这种生产方法，一般被称作金属液态成形或者铸造。

工艺流程：液体金属→充型→凝固收缩→铸件

工艺特点：

铸造分类 ：

（1）砂型铸造（sand casting）

砂型铸造，是一种在砂型里生产铸件的铸造办法，钢铸件能用此方法得到，铁铸件也能用此方法得到，大多数有色合金铸件同样能用此方法获得。

工艺流程：

砂型铸造工艺流程

技术特点：

应用：汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件

（2）熔模铸造(investmentcasting)

熔模铸造，一般是说在由易熔材料制作成模样的情况下，于模样的表面包裹上若干层耐火材料以此制成型壳，接着把模样熔化并排出型壳，进而得到没有分型面的铸型，经过高温焙烧之后就能够进行填砂浇注的铸造方案，常常被称作“失蜡铸造”。

工艺流程：

熔模铸造工艺流程

优点：

缺点：工序繁杂，费用较高

适用范围为，用于生产那种形状繁杂且精度要求颇高，或者是极难开展其它加工方式的、体型较小的零件，像涡轮发动机的叶片这类零件。

（3）压力铸造(die casting)

压铸，它是借助高压的力量，把金属液以高速的状态压入一个精密的金属模具型腔内，之后金属液在压力的作用之下，冷却凝固，进而形成铸件。

工艺流程：

优点：

缺点：

用途方面：压铸件起初被应用于仪器工业以及汽车工业，接下来缓缓地扩展至各个行业，举例来讲，有农业机械行业，还有机床工业行业，以及电子工业行业，国防工业行业，计算机领域，医疗器械范畴，钟表方面，照相机领域，日用五金等众多行业。

（4）低压铸造(low pressure casting)

把液体金属，在较低压力（0.02～0.06MPa）的这种作用之下，使之充填铸型，并且在压力的状态下结晶，以此来形成铸件，这就是称为低压铸造的方法。

工艺流程：

技术特点：

应用：以传统产品为主（气缸头、轮毂、气缸架等）。

（5）离心铸造(centrifugal casting)

离心铸造，是一种铸造方法，它是把金属液浇入旋转着的铸型里，在离心力的作用之下，填充铸型进而凝固成形。

工艺流程：

优点：

缺点：

用途：离心铸造最先被用于铸管生产，国内国外在冶金领域、矿山行业、交通范畴、排灌机械方面、航空领域、国防方面、汽车行业等之中，都运用离心铸造工艺，去制造钢铸件、铁铸件以及非铁碳合金铸件。当中，离心铸铁管、内燃机缸套以及轴套等铸件的生产最为常见。

（6）金属型铸造(gravity die casting)

金属型铸造，是一种成型方法，它指的是，液态金属在重力作用之下，进行充填金属铸型的操作后，于型中冷却凝固，进而由此获得铸件。

工艺流程：

优点：

缺点：

适用情况：金属型铸造，对于大批量生产形状复杂的铝合金、镁合金等非铁合金铸件而言是适用的，同时，对于生产钢铁金属的铸件、铸锭等来说也是适合的。

（7）真空压铸(vacuumdie casting)

真空铸造是一种先进压铸工艺，它是利用在压铸时，抽掉压铸模具型腔内的气体，以此消除或者显著减少压铸件里的气孔以及溶解气体，进而提高压铸件力学性能还有表面质量。

工艺流程：

优点：

缺点：

（8），一种铸造方式，名为「挤压铸造」，英文表述为「squeezing die casting「。

挤压铸造，是一种方法，这种方法能让液态或者是半固态的金属，在高压的状态下凝固，并且流动成形，进而直接获取制件，或者是毛坯。它具备诸多优点，举例来说，液态金属的利用率比较高，工序得以简化，质量也较为稳定等。它属于一种金属成形技术，这种技术具备节能的特性，而且有着潜在的应用前景。

工艺流程：

直接挤压铸造，要进行喷涂料这一步骤，接着浇合金，然后合模，再接着加压，紧接着保压，随后泄压，之后分模，再之后毛坯脱模，最后复位。

间接挤压铸造，要进行喷涂料操作，之后合模，接着给料，再进行充型，然后是加压，随后保压，之后进行泄压，再分模，接下来让毛坯脱模，最后复位。

技术特点：

应用方面，能够用来制造各类不同的合金，像铝合金，还有锌合金，以及铜合金，另外还有球墨铸铁等等。

（9）消失模铸造（Lost foam casting ）

消失模铸造，也就是实型铸造，它把跟铸件尺寸形状相像的石蜡或者泡沫模型粘结组合成模型簇，接着对其刷涂耐火涂料并完成烘干，之后将其埋入干石英砂里进行振动造型，在负压状态下进行浇注，让模型气化，最后液体金属占据模型原本的位置，经过凝固冷却从而形成铸件，这是一种新型铸造方法。

流程工艺为，先经预发泡，接着进行发泡成型，随后浸涂料，再予以烘干，之后造型，然后去浇注，接着落砂，最后进行清理。

技术特点：

应用方面，适合去生产那些结构复杂的，各种大小不同的，较为精密的铸件，合金种类是不限制的，生产批量同样不做限制，像是灰铸铁材质的发动机箱体，还有高锰钢材质的弯管等等。

（10）连续铸造（continual casting）

持续铸造，属于一种先进的铸造方式，其原理在于，把熔融状态的金属，持续不断地注入一种被称作结晶器的特殊金属型里，凝固（也就是结壳）后的铸件，不间断地从结晶器的另一端被拉出来，它能够获取任意长度或者特定长度的铸件。

工艺流程：

技术特点：

以连续铸造法来进行浇注，能够浇注的有钢，这其中包括铸锭、板坯、棒坯、管子等，还有铁，同样是那些铸锭、板坯、棒坯、管子等，另外还有铜合金、铝合金、镁合金等，这些均为断面形状不会发生改变的长铸件。

02 塑性成形

利用材料塑性，在工具及模具外力作用下，来加工制件，进行少切削或无切削的工艺方法，便是塑性成形。它种类繁多，其中主要涵盖了锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压等。

（1）锻造

锻造，是这样一种加工方法，它借助锻压机械，对金属坯料施加压力，进而让其产生塑性变形，以此来获取具备一定机械性能、一定形状以及一定尺寸的锻件。

根据成形机理，锻造可分为自由锻、模锻、碾环、特殊锻造。

自由锻造，一般是在锤锻上，或者是在水压机上，利用简单的工具，把金属锭锤成所需要的形状，把金属块料锤成所需要的尺寸，这是一种加工方法。

模锻：是在模锻锤或者热模锻压力机上利用模具来成形的。

碾环，它涵盖着这样的要义，即借助专用设备碾环机去制造有不同直径的环形零器件，并且它还具备着用于生产汽车轮毂、火车车轮等轮形状零器件的功能。

特种设备锻造，其中包含辊锻、楔横轧、径向锻造以及液态模锻等多种锻造形式，这些形式均相对适用于制造某些具备特殊形状的零件。

工艺流程为，先对锻坯进行加热，接着通过辊锻来准备坯料，之后进行模锻使其成形，再进行切边操作，然后冲孔，接着矫正，随后进行中间检验，再对锻件进行热处理，之后清理，再矫正，最后检查。

技术特点：

存在这样一些应用，其涉及大型轧钢机的轧辊，还包括人字齿轮，另外有汽轮发电机组的转子，以及叶轮，还有护环，同时涵盖巨大的水压机工作缸，以及立柱，也有机车轴，并且包含汽车和拖拉机的曲轴，以及连杆等。

（2）轧制

轧制，乃是一种压力加工方式 ，就是把金属坯料经由一对发生旋转的轧辊之间的间隙 ，此间隙呈现出各种各样的形状 ，由于受到轧辊的压缩成型轧制 ，进而致使材料的截面缩小 ，并且长度得以增加。

轧制分类：按轧件运动分有：纵轧、横轧、斜轧。

纵轧，是这样一种情形，即金属在两个旋转方向相反的轧辊之间通过，并且在这两个轧辊之间产生塑性变形，这是一个过程。

横轧：轧件变形后运动方向与轧辊轴线方向一致。

斜轧：轧件作螺旋运动，轧件与轧辊轴线非特角。

运用范围：着重被使用于金属材质的型材、板材、管材等方面 ，并且还包括部分非金属材料 ，像是塑料制品以及玻璃制品。

（3）挤压

挤压是这样一种加工方法，坯料在三向不均匀压应力的作用之下，从模具的孔口或者缝隙被挤出，从而使其横截面积减小，长度增加，以此成为所需制品，这种关于坯料的加工就叫做挤压成型。

工艺过程是这样的：在进行挤压之前要做好准备工作，之后对铸棒进行加热，接着开展挤压操作，再进行拉伸扭拧校直处理，随后进行锯切（定好尺寸），然后取样检查，之后进行人工时效处理，最后包装之后入库。

优点：

缺点：

生产适用范围：主要用于制造长杆、深孔、薄壁、异型断面零件。

（4）拉拔

金属坯料，要从小于自身断面的模孔之中被拉出，从而获得相应形状以及尺寸的制品，这是一种塑性加工方法，其名为拉拔，是有外力作用于被拉金属前端来达成的。

优点：

缺点：

生产适用范围，拉拔这种流程，乃是针对金属管材，还有金属棒材，以及金属型材，再加上金属线材的主要加工办法。

（5）冲压

冲压，是一种成形加工方法，它借助压力机以及模具，针对板材、带材、管材还有型材等，施加外部力量，使其出现塑性变形或者分离，进而获取所需形状与尺寸的工件 ，也即冲压件。

技术特点：

适用范围：

全球范围内的钢材里头，占据比例在60%至70%的是板材，这些板材之中的大部分经由冲压工序制成了成品。汽车的车身部分，以及底盘、油箱、散热器片，还有锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等，都是通过冲压加工而成的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等各类产品里面，同样存在大量经过冲压制作的部件。

03 机加工

机加工，是在零件生产进程当中，直接借助刀具于毛坯之上，切除多余的金属层厚度，以此达成图纸所要求的尺寸精度，以及形状和位置相互之间的精度，还有表面质量等各项技术要求的一种加工过程。

常用机加工方法：

04 焊接

焊接，它也被称作熔接，镕接呢，是一种制造工艺及技术，这种技术是通过加热、高温或者高压的方式，来接合金属或者其他热塑性材料，像塑料这类材料。

焊接分类：

05 粉末冶金

粉末冶金，它是一种用于制取金属的工艺技术，或者是采用金属粉末，又或者是金属粉末与非金属粉末的混合物当作原料，接着经过成形这一环节，随后再进行烧结，以此来制造金属材料、复合材料以及各种类型制品。

工艺基本流程：

优点：

缺点：

能够适用的生产范围是，粉末冶金技术具备直接制作出的能力，分别是多孔材料，半致密材料，全致密材料以及制品，像含油轴承，齿轮，凸轮，导杆，刀具等等。

06 金属注射成型

MIM（Metal injection Molding），它被简称为金属注射成形，这种成形方法是把金属粉末跟其粘结剂的增塑混合料注射到模型里的，它要先把选好的粉末和粘结剂混合，接着将混合料制粒，之后再注射成所需要的形状。

金属注射成型工艺流程，是通过四个独特的加工步骤来达成零部件生产的，这四个步骤分别是混合，成型，脱脂以及烧结，并且要依据产品特性来判定是否需要进行表面处理。

技术特点：

技术核心在于，MIM技术的核心是粘接剂，只有加入一定量的粘接剂 ，粉末才会具有增强的流动性 ，这种流动性适合注射成型 ，并且能维持坯块的基本形状。

07 金属半固态成型

半固态成型，借助非枝晶半固态金属，也就是Semi-SolidMetals，简称为SSM，所特有的流变性，以及搅熔性，以此来把控铸件的质量。

半固态成型可分为流变成型和触变成型。

(1)流变成型（Rheoforming）

(2)触变成型（Thixoforming）

技术特点：

应用，目前已成功被用于主缸，转向系统零件，摇臂，发动机活塞，轮毂，传动系统零件，燃油系统零件，和空调零件等的制造，等航空、电子以及消费品等方面。

08 3D打印

3D打印：属于快速成型技术里的一种，它是以数字模型文件作为基础，运用粉末状金属或者塑料这般可粘合材料，借由逐层打印的办法来构造物体的技术。

3D打印技术比较：