什么是成型加工?介紹幾個具有代表性的成型加工方法(鍛造?鑄造?沖壓?注塑成型)

發布日期: 2024-04-08

為了制作市面上不斷涌現的新產品,我們採用不同的方法對各種材料進行加工處理。例如,切削材料所採用的切削加工、將材料連接在一起的成型加工等都是加工方法中的一種。本文介紹一下通過模具進行的成型加工(鍛造?鑄造?沖壓?注塑成型)。

成型加工是指使用金屬或砂子制作的“模具”,對金屬或樹脂等材料進行加工并最終制成產品的方法。

 

 

?什么是成型加工?

成型加工是指使用金屬或砂子制作的“模具”,對金屬或樹脂等材料進行加工并最終制成產品的方法。雖說都叫做成型加工,但模具的使用方法多種多樣,包括將材料壓入模具中使其變形或者將加熱熔化的材料注入模具中等。成型加工除了有下面要介紹的鍛造、鑄造、沖壓、注塑成型之外,還有很多其他的加工方法,可根據材料和所需形狀等進行綜合選擇。成型加工的歷史悠久,早在公元前 4000 年,美索不達米亞就已經開始使用鑄造工藝。以前金屬作為裝飾品用途等也僅限于鍛造品,但隨著利用模具進行鑄造工藝的發明,金屬制武器和農具便開始盛行。成型加工是以18世紀英國工業革命為契機轉向了工業領域的。伴隨工廠的發展,利用成型加工的方法能制造出大量相同形狀的產品,這也為以鑄造為中心的世界機械化進程做出了巨大貢獻。之后,隨著19世紀塑料的發明,採用成型加工制造的產品數量進一步增加。成型加工最大的特征就是將材料放入到模具中進行加工。因此,利用成型加工制作產品就像制作鯛魚燒一樣,分開模具就能得到產品。在起模時會導致出現卡死的特征是不能用這種方式進行加工的,例如側面有孔或有內凹形狀。另外,由于需要將材料填充到模具內,加工空心形狀產品時需要在設計階段仔細思考。

?成型加工的優缺點

任何加工方法都有其優缺點,當然成型加工也有適合與不適合的情況。

任何加工方法都有其優缺點,當然成型加工也有適合與不適合的情況。成型加工的優缺點如下所示,其中許多可歸于 “模具”的原因。

 

優點

  • 適合大批量生產
  • 易于保持穩定的質量
  • 可加工復雜的曲面

因模具是固定的,很適合制作大批量相同形狀的產品。在保持相同加工條件下,品質也可以保持在穩定狀態。因此,它適用于制造通用性產品或出貨數量大的產品等。另外,類似換氣扇葉片或汽車車身等復雜的曲面產品,只要制作出模具,就可以相對容易地進行加工生產。

 

缺點

  • 制作模具耗費時間和費用
  • 已有模具修改困難、靈活度較低
  • 某些形狀無法加工

無論是金屬模具還是砂模,基本上都要根據每個產品的形狀來制作專用的模具。由于模具不具備通用性,需要個別制作,因此制作模具本身既費時又費錢。因此,它不適用于生產小批量、多類別的產品。而且,模具一旦完成,基本上就不能做大的改動。若在量產后出現缺陷,就必須在考慮對模具影響的基礎上研究改善對策等,因此量產開始后的靈活度較低。另外,成型加工本質上都是向模具中注入材料后,等待成型,然后打開模具取出材料的循環過程。因此,能采用此方法加工的,都是形狀不影響模具開合的產品。

?鍛造

作為鍛造工藝最知名的就是日本刀的加工。在鍛造日本刀過程中,先將材料加熱至紅色,然后用錘子捶打材料使其不斷變細變長,而在工業領域中產品是通過 “模具 “而不是錘子敲打成型的。
鍛造就是通過捶打施壓成型的方法:鍛造是一種利用鋼鐵或鋁合金等金屬材料可塑性的加工方法。是一種使用錘子或模具大力捶打鑄塊或圓柱形金屬塊,使其產生可塑性變形后得到鍛件的方法。鍛造根據加工時材料的溫度進行分類,大致可以分為“熱鍛”和“冷鍛”2種類型。熱鍛根據材料不同其控制溫度也不同,比如鐵制材料通常在1,100℃~1,250℃范圍內加工,而鋁制材料一般在400℃左右加工。另一方面,冷鍛基本都是在常溫下加工,但材料的溫度會受變形過程中產生的熱量而升高,因此,溫度基本上都能達到數百度。在鍛造加工中,撞擊會使材料內部的金屬結構致密化,并具有使晶體方向一致的效果。日本刀之所以采用鍛造方法,也是由于通過鍛造可提高材料的強度。綜上可知,鍛造適用于制造受力較大的零件。另一方面,由于需要使用模具施加強壓,需要使用大型沖壓設備。這樣做的缺點是需要投入大型設備。

 

鍛造的主要用途
鍛造產品主要用于如下場景。

  • 汽車零件(發動機的曲軸等)
  • 飛機零件(發動機的渦輪等)
  • 發電站零件(渦輪的主軸等)
  • 工具(菜刀或鉗子等)

?鑄造

鑄造是以鐵或鋁等金屬材料為對象的加工方法。鑄造可以說是人類在金屬材料加工歷史中,最早使用的加工方法。
鑄造是指將液態金屬倒入模具中的成型方法:鑄造是將加熱成液體的金屬灌入模具后,讓其冷卻凝固的加工方法。模具包括金屬模具、砂模、石膏模等。由于是將液態金屬倒入模具中,與鍛造相比,通過將材料填充滿整個模具腔體,可以制作更復雜的形狀。使用金屬模具時,模具費用較高,但砂?;蚴嗄5闹苽涑杀鞠鄬^低,更適于生產小批量的傳統工藝品,這也是其特征之一。另一方面,在鑄造過程中,需要將金屬加熱到熔化狀態為止,所以除了主要的加熱設備之外,還需要其他大量的材料處理設備,這是其缺點。而且,有時加工出來的產品內部還可能會產生 “蜂巢”形的孔洞。另外,用于鑄造的鐵被稱為鑄鐵,含碳量相對較高,因此,鑄造工藝生產出來的產品脆性相對較大,強度不高。在利用模具加工(加熱后的)金屬這個意義上,需要將鑄造和鍛造進行比較的情況也很多。一般認為鍛造的產品更結實,而鑄造的產品價格更便宜,形狀也更復雜。但因材質和形狀的不同也各有差異,因此以上結論也并非絕對。

 

鑄造的主要用途
鑄造主要適用于生產大量的、形狀復雜的產品,所以廣泛應用于下列類別產品中。

  • 汽車零件(發動機變速器的外殼,輪胎的輪轂等)
  • 電子產品零件(電腦和相機的架體等)
  • 日用品(鐵壺、平底鍋、井蓋等)

?沖壓

沖壓(press)在英語中是“壓”的意思,沖壓加工是一種用模具壓制材料完成成形的加工方法。沖壓加工除了用于金屬材料加工外,也可用于對紙和樹脂等材料的加工,例如紙箱夾層中的波浪板和亞克力罩等。本文僅對金屬材料的沖壓加工進行簡單介紹。
沖壓是指將薄板材料通過模具施加壓力使其成型的加工方法:沖壓加工是使用模具在SPCC這種具有一定厚度規格的薄金屬板上施加壓力使其變形的方法,是利用金屬可塑性變形的一種加工方法。是一種利用模具的形狀,對金屬板進行切割、折彎和擠壓等實現成型的方法。與鍛造最大的區別在于適用材料的形狀,鍛造使用的是圓柱形等塊狀材料,而沖壓加工使用的是板狀材料。另外,適用于沖壓的金屬板材質多為鋼鐵或鋁合金等。由于材料較薄,和鍛造相比需要施加的力較小,通常在常溫下進行加工。與沖壓加工非常相似的還有板金加工。兩者都是利用模具使金屬薄板變形的加工方法,但沖壓加工和板金加工有以下區別。

  • 沖壓加工:使用專用模具,利用沖壓機進行加工。適用于大批量生產相同形狀的零件、機器自動送料和復雜形狀(如深拉伸)。
  • 板金加工:使用線性的通用模具,利用沖壓制動設備進行加工。其特點在于,模具具有通用性,可以對應小批量多種類產品的制造,可靈活地應對設計變更。另一方面,它們不太適合批量生產,因為零部件都是一個一個手動作業加工出來的。

沖壓的主要用途
基本是針對金屬板材進行加工,因此多用于採用質量輕的金屬板材設計的產品加工中。

  • 火箭或飛機零件(外裝品等)
  • 汽車零件(車身或車門等)
  • 家電產品零件(洗衣機的滾筒,日光燈的夾具等)
  • 日用品(勺子或硬幣等)

?注塑成型

本文前面介紹的都是針對金屬材料的加工,但注塑成型是對樹脂材料的加工方法。注塑成型主要加工對象是塑料,針對部分橡膠等也可以進行加工,在這里主要說明的是針對塑料的注塑成型。
注塑成型是將熔融狀態的樹脂注入模具的成型方法:在注塑成型加工方法中,先加熱熔化樹脂(塑料)材料,然后在壓力的作用下注入模具。然后,冷卻使其凝固,得到產品的形狀。材料包括顆?;蚍勰顦渲?。樹脂的種類繁多,為了提高產品的功能形,也有在材料中混合添加物和著色劑的情況。注塑成型使用的模具基本都是採用不銹鋼或專用金屬制作而成。樹脂相比金屬更容易受到溫度變化的影響,因此,模具中需要配置調整溫度的加熱裝置和冷卻裝置等。從將熔融材料倒入模具這個意義上講,注塑與鑄造類似,但是使用的材料卻完全不同。而且,注塑成型還可以完成更加復雜的加工,例如將不同種類的樹脂注射到模具中進行的雙色成型(雙模)、金屬零件等預先配置在模具中使樹脂和金屬部分結合為一體的嵌入成型等。

 

注塑成型的主要用途
塑料制品兼具質輕和耐久的優點,通過注塑成型生產的產品廣泛應用于我們生活中的方方面面。

  • 日用品(餐具或文具等)
  • 容器(洗劑或飲料等)
  • 玩具(外裝品或內部零件等)
  • 家電產品(外裝品或裝飾零件等)

?總結

成型加工是一種利用“模具”實現成型的加工方法,除了鍛造和鑄造外,還有沖壓加工等多種針對金屬材料的加工方法。另外,以塑料等樹脂為材料進行成型加工的注塑成型也是成型加工的一種。由于都是利用模具進行的加工,因此適用于相同形狀相同品質的大批量產品生產。但是,制作模具也需要大量的時間費用成本,因此在小批量、多種類生產中很難均攤模具成本。

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