在本文中，我们将介绍行业内使用的25种主流金属加工方法。这些是您在日常金属加工与制造中会遇到的核心技术。
什么是金属加工
金属加工是通过对金属材料施加各种工艺来生产零件、部件或大型结构的过程。其应用范围涵盖从石油钻井平台、船舶、桥梁到小型发动机零件和珠宝首饰。要达到所需的规格要求，您需要扎实掌握可用的技术、工艺和工装设备。
有哪些方法
金属加工通常分为三大类：金属成形、金属切削和金属连接。每一类都涵盖了一系列用于成形、去除或连接金属材料的工艺技术。
成形方法——如锻造、轧制和挤压——改变金属的形状和内部结构。切削工艺——机加工、钻孔、锯切——通过去除材料获得最终几何形状。连接方法——焊接、软钎焊、硬钎焊——将分离的零件熔合为一个组件。这三类工艺在金属零部件和结构件的制造中均不可或缺。
1. 压铸
压铸是一种金属铸造工艺，其中熔融金属在高压下被强制注入模具型腔。模具通常由高强度合金加工而成，该工艺在原理上与注塑成型相似，但适用于金属。
2. 砂型铸造
砂型铸造使用砂来形成模具。首先将成品零件或木模放入砂中，然后在其周围压实砂并让其定型。模具通常由两个或多个部分构成，以便在浇注前取出模型。在制模过程中，需要开设浇口和排气孔，以便金属液流入和气体逸出。浇注后，模具需静置直至金属凝固。零件取出后，砂型即被破坏——因此每次铸造都需要新模具。
3. 熔模铸造
熔模铸造，也称为失蜡铸造，涉及压蜡、修蜡、组树、挂浆、脱蜡、浇注和后处理等工序。首先制作零件的蜡模，然后在其表面涂覆陶瓷浆料以形成壳型。壳型干燥后，经焙烧成为陶瓷模具——在焙烧过程中，所有蜡都会熔化流出，仅留下型腔。通常在壳型上添加浇口杯，然后浇入熔融金属。冷却凝固后，即得到成品零件。
4. 模锻
模锻利用模具组和专用锻造设备将坯料成形为锻件。根据压力机类型的不同，可分为锤上模锻、曲柄压力机模锻、平锻机模锻、摩擦压力机模锻等。
辊锻是一种塑性成形工艺，通过一对反向旋转的模具使材料变形，从而生产锻件或预成形件。它是纵向轧制的一种特定形式，在生产车间中较为常见。
5. 锻造
锻造是利用锻压机或锻锤对金属坯料施加压缩力，使其发生塑性变形，以获得所需的力学性能、形状和尺寸。与冲压一样，它是锻造工艺的两大主要分支之一。
锻造具有明显的优势。它消除了冶炼过程中产生的铸态缺陷（如气孔），并细化了晶粒组织。由于金属的流线得以保留，锻件的力学性能通常优于同种合金的铸件。对于高载荷、严苛工况的应用，锻件往往比轧制板材、棒材或几何形状较简单的焊接结构更受青睐。
6. 轧制
轧制（或称压延）是一种金属成形工艺，将锭坯通过一组轧辊以减小厚度并成形材料。当金属温度高于其再结晶温度时，该工艺称为热轧；低于再结晶温度时，称为冷轧。热轧通常用于大压下量和初步成形，而冷轧则提供更严格的公差和更好的表面光洁度。压延是最常见的金属加工方法，广泛应用于各行业，用于生产薄板、中厚板和带材。
压铸是一种高压工艺，其中熔融或半液态金属被快速注入钢制模具中。金属填充型腔并在压力下凝固，从而生产出具有优异尺寸精度和表面细节的铸件。该方法对于大批量生产复杂、精密零件非常高效，使其成为需要一致、可重复部件的OEM制造商的首选方案。
7. 低压铸造
低压铸造利用低压气体将熔融金属填充到模具中，然后在受控条件下凝固。该工艺最初是为铝合金铸件开发的，现在也用于铜、铁甚至高熔点钢。与重力铸造相比，该工艺生产的铸件具有更高的密度、更少的气孔和更严格的尺寸公差。对于需要具有良好机械性能的高质量结构部件的OEM制造商来说，这是一个可靠的选择。
8. 离心铸造
离心铸造是将熔融金属浇入旋转的模具中，利用离心力使金属分布并形成零件。模具的选择取决于零件的几何形状、尺寸和生产批量——选项包括砂型、壳型或熔模模具，以及带有耐火材料或树脂砂涂层的金属模具。该技术可生产致密、高质量的铸件，且气孔率极低，非常适合轴套、环件和管件等圆柱形零件。
9. 消失模铸造
消失模铸造首先使用与最终零件几何形状匹配的泡沫模型。模型涂覆耐火涂料，干燥后埋入干石英砂中。在真空条件下浇入熔融金属，使泡沫气化并填充型腔。最终得到的铸件无分型线、无拔模斜度、无飞边——本质上接近净成形。该工艺消除了芯偏移，减少了尺寸误差，是复杂几何形状零件的精确且经济高效的选项。
消失模铸造是一种近净成形工艺，所需加工余量极小。它无需取芯、分型面和砂芯，生产的铸件无飞边、毛刺和拔模斜度。这也避免了因芯错位引起的尺寸误差。对于OEM而言，这意味着零件更清洁、二次加工更少，并且在大批量生产中具有更好的一致性。
10. 挤压铸造
挤压铸造，又称液态模锻，是将熔融或半固态金属注入开式模具，然后合模成形。凝固过程中施加高压，使已凝固的壳层发生塑性变形，并对剩余液相进行等静压处理。由此获得的零件具有优异的力学性能和尺寸精度，有效结合了铸造与锻造的优点。
在直接挤压铸造中，熔融金属直接浇入开式模腔。间接挤压铸造则通过冲头将合金注入闭式模具。两种方法均在结晶过程中施加高压，从而获得致密、无气孔的产品。该工艺生产的铸件力学性能接近锻件，是要求高应力且完整性至关重要的应用场景的理想选择。
11. 连续铸造
连铸是将熔融金属浇入水冷、开口的结晶器中。随着金属沿结晶器长度方向凝固，铸坯从底部连续拉出。这可以生产出长尺寸的坯料——方坯、板坯、棒材或管材——而无需使用单独的模具。该工艺效率极高，与分批铸造相比，具有更高的收得率和更低的每吨成本。
连铸相比传统的模铸具有显著优势：更高的生产率、更高的材料收得率和更低的运营成本。所得产品具有更好的内部致密性、更少的气孔和更清洁的表面。它是生产钢、铝和铜原料的标准方法，为下游工艺提供了一致、高质量的起始材料。
12. 拉拔
拉拔是一种冷成型工艺，将金属坯料拉过截面较小的模具，从而减小其直径并增加其长度。这通常在室温下进行，因此称为冷拉或冷加工。该工艺使材料伸长并变薄，生产出线材、管材、棒材和其他细长型材，具有严格的公差和改善的机械性能。
冷拔工艺相较于热轧材料，可改善表面光洁度、提高抗拉强度并增强尺寸精度。它广泛应用于制造、建筑、汽车和航空航天领域，用于需要精确截面和一致机械性能的部件。对于OEM而言，拉拔产品具有可靠的性能和可预测的加工特性。
13. 冲压
冲压是一种冷成型工艺，将金属板材、带材或卷材送入压力机，并使用模具成型。冲头将材料压入模腔，产生塑性变形或剪切，从而形成所需形状。这种方法对于大批量生产非常高效，可提供公差严格、质量可重复的零件。
冲压涵盖多种工序——下料、冲孔、弯曲、拉深和压印——可在单工序或级进模中实现复杂几何形状。对于汽车、航空航天、电子和家电部件而言，这是一种经济高效的解决方案。借助卷料送进的压力机和级进模具，我们能够在数百万个零件中保持严格的公差和一致的质量。
14. 金属注射成型（MIM）
金属注射成型（MIM）是一种近净成形工艺，结合了粉末冶金与塑料注射成型。细金属粉末与热塑性粘结剂混合制成喂料，然后在高压下注入模具型腔。冷却后，零件以“生坯”状态脱模，准备进行脱脂和烧结。
生坯经过脱脂去除粘结剂——可采用热脱脂或溶剂脱脂——随后进行高温烧结，使金属颗粒融合成致密实体。MIM能够生产形状复杂、细节精细的零件，具有优异的尺寸精度，通常无需二次机加工。对于汽车、医疗和电子行业中的中小型零件，它是CNC加工的一种经济高效的替代方案。
15. 车削
车削是在车床上进行的一种基础加工工艺，工件旋转，切削刀具去除材料。这是生产具有旋转对称性的圆柱形、盘形或套筒类零件最常用的方法。切削动作源于工件的旋转，可实现高效的材料去除和良好的表面光洁度。
车削是加工内外圆柱面、锥面、端面、沟槽、螺纹及轮廓形状的理想工艺。大多数回转体零件均可通过此方式高效生产，且借助CNC车床，我们可在一次装夹中实现严格公差与复杂几何形状的加工。对于广泛的OEM零部件而言，车削是一种通用且可靠的工艺。
16. 铣削
铣削使用旋转刀具从固定工件上切除材料，可加工平面、槽、轮廓及复杂的三维形状。传统铣削适用于较简单的特征，而CNC铣床则提供多轴加工能力，适用于模具、冲模及航空航天部件等复杂几何形状的加工。这种灵活性使铣削成为原型试制及批量生产中的核心工艺。
CNC铣削提供精确的控制与自动化能力，能够高效生产具有严格公差的复杂零件。多轴机床可在一次装夹中完成底切、倾斜特征及自由曲面的加工，从而减少装夹次数并提高精度。对于OEM厂商而言，CNC铣削无论是小批量原型试制还是大批量生产，都是可靠的选择。
17. 刨削
刨削是一种加工工艺，其中单点切削刀具在工件上以线性往复运动的方式移动以去除材料。它主要用于生产平面、槽和其他线性特征，尤其是在大型零件上。刨削通常能达到IT9至IT7的精度，表面粗糙度（Ra）在6.3至1.6微米之间。
刨削非常适合加工大型工件或创建具有特定尺寸和光洁度要求的平面基准面。虽然对于小型零件而言，它不如铣削常见，但对于重型设备部件和工装来说，它仍然是一种实用的选择。该工艺具有良好的精度和可预测的表面光洁度，使其成为某些应用的可靠选择。
18. 磨削
在选择CNC铣削作为加工方法时，充分利用CNC铣床的优势和关键功能至关重要。这些机床提供了灵活性、精度以及处理复杂几何形状的能力。通过利用CNC铣床的功能，制造商可以实现卓越的加工效果并优化其生产流程。
17. 刨削
刨削是一种常用于零件成形的切削方法。它使用刨床，刨床在工作台上进行水平直线往复运动。刨削主要用于在加工过程中实现特定的形状和尺寸。
刨削加工通常提供IT9至IT7的精度范围，表明所达到的尺寸精度水平。表面粗糙度以参数Ra衡量，范围在6.3至1.6微米（um）之间。Ra值描述加工表面的平均粗糙度，数值越低表示表面光洁度越好。
刨削广泛应用于各行各业，尤其适用于加工大型工件或实现具有特定尺寸和表面光洁度的平面。在选择刨削作为加工方法时，务必考虑所需的精度和表面粗糙度要求。
18. 磨削
磨削是一种常见的机械加工操作，利用磨料颗粒或砂轮去除工件上的多余余量。我们主要利用磨削来保持严格的尺寸公差、改善表面光洁度，并使零件达到最终装配的规格要求。
在磨削过程中，磨料颗粒（通常结合成砂轮或作为松散介质使用）在受控的压力和相对运动下与工件接触。磨料颗粒通过切削、犁削和摩擦作用去除细微切屑，从而塑造零件形状，并确定其最终表面纹理和尺寸精度。
磨削加工适用于广泛的材料，包括钢材、铝材、陶瓷、复合材料以及某些非金属材料。在汽车、航空航天、工装和精密制造领域，磨削是标准工艺，这些领域对表面完整性和公差要求严格。
磨削的主要优势在于其能够保持高精度、严格公差和优异的表面光洁度。对于轴承滚道、齿轮、精密工装以及具有复杂轮廓或关键尺寸的零件，当仅靠机加工无法达到要求时，磨削是首选工艺。
19. 选择性激光熔化（SLM）
选择性激光熔化（SLM）是一种金属增材制造工艺，利用高功率激光（通常为光纤激光或CO2激光）和金属粉末来制造全致密零件。成型室中铺有一层细密、均匀的粉末，通过逐层选择性熔化来构建零件。
在SLM工艺中，计算机控制的激光根据CAD模型扫描粉末床，仅在光束照射处熔化并熔合粉末颗粒。每层凝固后，再铺上一层新的粉末，如此反复直至零件完成。最终得到近净成形的金属部件，其机械性能可与锻件相媲美。
SLM是一种金属3D打印技术，使我们能够制造出传统机加工或冲压无法实现的复杂几何形状和内部特征。它广泛应用于航空航天、医疗和汽车领域，用于制造定制的高强度金属零件，这些零件具有严格的公差和良好的疲劳寿命。
20. 表面
激光在扫描区域内完全熔化并熔合粉末，而未暴露的粉末则保持松散状态。整个操作在充满惰性气体的密封腔室内进行，以防止氧化。
21. 选择性激光烧结
选择性激光烧结（SLS）以红外激光为热源，主要使用粉末材料。粉末被预热至略低于其熔点，并在每次扫描前通过辊筒或刮刀将其铺平。
激光根据CAD文件中的切片数据选择性烧结粉末，将颗粒熔合为固体层。每完成一层，工作台下降，铺上新的粉末，重复该过程。完成后，清除松散粉末即可得到成品零件。
目前，SLS技术对于蜡和塑料粉末已成熟。金属和陶瓷粉末在此工艺中仍在开发中——它们可加工，但烧结窗口和零件密度需要严格控制。
22. 金属沉积 尚可
金属沉积——也称为直接金属沉积或激光熔覆——与FDM类似，但使用金属粉末代替丝材。粉末通过喷嘴送入，同时配合高功率激光和惰性保护气体。
与受限于成型箱尺寸的粉末床系统不同，金属沉积技术可直接制造大型零件，尤其适用于修复受损的精密部件。您可以在需要的位置精确添加材料，从而减少废料和返工。
在实际操作中，粉末被喷射到目标表面，激光将其熔化，使其与基材实现冶金结合。惰性气体保持熔池清洁并防止氧化，这对结合质量和机械性能至关重要。
金属沉积技术广泛应用于航空航天、汽车和工装领域，用于复杂金属零件的按需制造和修复。它为您提供了恢复磨损表面或增补特征的灵活性，无需从实心坯料开始加工。
23. 辊压成型 辊压成型
辊压成型是将连续的不锈钢带材通过一系列辊架，每个辊架逐步弯曲材料，直至达到最终轮廓。辊序经过精心设计，使每道次对金属进行渐进式变形——对于复杂形状，最多可达36个辊架，而简单型材可能仅需三到四个。
24. 模锻
模锻使用专用锻造设备上的成型模具，将坯料压缩成成品零件。其结果是锻件具有严格的尺寸精度、最小的加工余量和良好的结构完整性——一旦模具验证合格，生产效率也很高。
25. 模切
模切是一种冲裁操作，将成型薄膜或电路置于凸模上，模具闭合以修剪多余材料，同时保持与型腔匹配的3D形状。这是一种清洁、高效的精加工成型零件的方法。
在模切过程中，薄膜面板或电路放置在下板上，而模具安装在上滑块上。压力机施加向下的力以控制刀片并切割材料。与冲裁模不同，模切留下更光滑的边缘。您还可以调整切割压力和深度，以实现压痕或半切线条等效果。模具成本效益高，且工艺安全、快速、易于操作。
发表评论