在机械制造的生产过程中,零件(毛坯)的成形要采用各种不同的制造工艺方法。这些方法利用不同的机理,使被加工对象(原材料、毛坯、半成品等)发生变化(指尺寸、几何形状、性质、状态等的变化)。按照加工过程中质量m的变化Δm,可以将零件(毛坯)的制造工艺方法分为材料成形工艺、材料去除工艺和材料累积工艺三种类型。
1.材料成形工艺(Δm=0)
材料成形工艺(或贯通流程)是指加工时材料的形状、尺寸、性能等发生变化,而质量未发生变化,属于质量不变工艺。材料成形工艺常用来制造毛坯,也可以用来制造形状复杂但精度要求不太高的零件。材料成形工艺的生产效率较高。常用的材料成形工艺有铸造、锻压、粉末冶金等。
1)铸造
铸造是将液态金属浇注到与零件的形状尺寸相适应的铸造型腔中,冷却凝固后获得毛坯或零件的工艺方法。基本工艺过程为制模、造型、熔炼、浇注、清理等。由于铸造时受各种因素的影响,铸件可能存在组织不均匀、缩孔、热应力、变形等缺陷,使铸件的精度、表面质量、力学性能不高。尽管如此,由于适应性强、生产成本低,铸造仍得到十分广泛的应用。形状复杂,尤其有复杂内腔的零件(毛坯)常采用铸造方法。常用的铸造方法有砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、离心铸造等。其中,砂型铸造应用最广。
2)锻压
锻造与板料冲压统称为锻压。锻造是利用锻造设备对加热后的金属施加外力,使之发生塑性变形,形成具有一定形状、尺寸和组织性能的零件(毛坯)。经过锻造的毛坯,内部组织致密均匀,金属流线分布合理,零件强度高。因此,锻造常用于制造综合力学性能要求高的零件(毛坯)。锻造方法有自由锻造、模型锻造、胎膜锻造、轧制和挤压等。
板料冲压是在压力机上利用冲模将板料冲压成各种形状和尺寸的制品。板料冲压由于一般在常温下进行,故又称为冷冲压。冲压加工有极高的生产率和较高的加工精度,加工形式有冲裁、弯曲、拉深、成形等。板料冲压在电气产品、轻工产品、汽车制造中有十分广泛的应用。
3)粉末冶金
粉末冶金是以金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物为原料,经模具压制、烧结等工序,制成金属制品或金属材料的工艺方法。粉末冶金制品的材料利用率能达到95%,降低了生产成本,因此粉末冶金在机械制造中获得日益广泛的应用。粉末冶金生产的工艺流程包括粉末制备、混配料、压制成形、烧结、整形等。
2.材料去除工艺(Δm<0)
材料去除工艺(或发散流程)是以一定的方式从工件上切除多余的材料,得到所需形状、尺寸的零件。在材料的去除过程中,工件逐渐逼近理想零件的形状与尺寸。材料去除工艺是机械制造中应用最广泛的加工方式,包括各种传统和现代的切削加工、磨削加工和特种加工。
1)切削加工
切削加工是金属切削刀具在机床上切除工件上多余的金属,从而使工件的形状、尺寸和表面质量达到设计要求的工艺方法。常见的切削加工有车削、铣削、刨削、钻削、拉削、镗削等。(www.xing528.com)
2)磨削加工
磨削加工是利用高速旋转的砂轮在磨床上磨去工件上多余的金属,从而达到较高的加工精度和表面质量的工艺方法。磨削既可加工非淬硬表面,也可加工淬硬表面。常见的磨削加工方式有内外圆磨削、平面磨削、成形磨削等。
3)特种加工
特种加工是利用电能、热能、化学能、光能、声能等对工件进行材料去除的加工方法。特种加工不是主要依靠机械能,而是主要用其他能量去除金属材料。特种加工的工具硬度可以低于被加工工件材料的硬度,加工过程中工具和工件中不存在显著的机械切削力。常用的特种加工方法有电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工、水喷射加工、电子束加工、离子束加工等。
3.材料累积工艺(Δm>0)
材料累积工艺(或收敛流程)是指利用一定的方式使零件的质量不断增加的工艺方法,包括传统的连接方法、电铸电镀加工和先进的快速成型技术。
1)连接与装配
传统的累加方式有连接与装配:可以通过不拆卸的连接方法,如焊接、黏结、铆接和过盈配合等,使物料结合成一个整体,形成零件或部件;也可以通过各种装配方法,如螺纹连接、销连接等,将若干零件装配连接成组件、部件或产品。
2)电铸电镀加工
电铸加工、表面局部涂镀加工和电镀加工都是利用电镀液中的金属正离子在电场的作用下,逐渐镀覆沉积到阴极上去,形成一定厚度的金属层,达到复制成形、修复磨损零件和表面装饰防锈的目的。
3)快速成型
近几年才发展起来的快速成型技术,是材料累积工艺的新发展。快速成型技术是将零件以微元叠加方式逐渐累积生成,将零件的三维实体模型数据经计算机分层切片处理,得到各层截面轮廓;按照这些轮廓,激光束有选择地切割一层层的纸(LOM叠层法),或固化一层层的液态树脂(SL光固化法),或烧结一层层的粉末材料(SLS烧结法),或喷射源有选择地喷射一层层的黏结剂或热熔材料(FDM熔融沉积法),形成一层层薄层,并逐步叠加成三维实体。快速成型技术可以直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验,有效地缩短了产品的研发周期,是近年来制造技术领域的一次重大突破。
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