材料成型與控制工程中的金屬材料加工研究

竇 君，印子林，趙星昊

（華北理工大學，河北 唐山 063210）

1 材料成型與控制工程概念闡釋

材料成型與控制工程是一個實用性學科，該學科剖析各種類型材料的宏觀結構、微觀結構、表面形態轉換，深入研究材料熱加工方法和塑性成形方法。材料成型與控制技術一般應用在機械制造行業、建筑行業以及設備加工行業，技術水平直接決定了這些行業產品制造質量、產品制造效率，關系到制造行業的利潤，對于我國工業發展起到關鍵性基礎作用。一般來說，產品設計必須應用材料成型與控制工程理論內涵以及具體的加工工藝，確定材料的性質、特點以及加工成品的功能，合理規劃設計材料加工。金屬材料是目前工業生產中較為常見的材料，材料成型與控制工程以分析金屬材料性質、特點為主，充分考慮到材料成型與控制工程理論內容以及金屬材料加工方法，探究材料成型與制造的關鍵技術，并利用領先的加工技術，實現制造技術的革新，確立我國工業制造的領先優勢。

加工金屬材料時，需要應用到多種工藝技術，例如沖壓、擠壓、鍛造、鑄造以及焊接等工藝，這些工藝對技術水平提出了較高要求，每個技術環節出現差錯都極易導致成型產品出現瑕疵，成型產品質量難以達標，其使用性能不能達到相關要求。因此，使用、加工金屬材料之前，應仔細分析材料的物理性質、化學構成，并對材料進行測試，使其達到加工成型相關要求，結合此種材料的工作環境特點準備復合材料。

2 材料成型與控制工程中加工金屬材料的具體方式

2.1 機械加工成型方法概述

機械加工成型作為金屬材料加工過程中使用最為頻繁的一種方式，這種方法的優勢在于加工簡便，設備資源較為豐富，加工金屬材料的范圍涉及到多個種類，加工精度高，能夠加工幾乎所有的金屬材料。機械加工設備由普通機床逐步升級到數控機床，早期車、銑、刨、磨加工工序是單一的、獨立的，現如今已經形成具備綜合加工能力的加工中心，提高了加工效率和加工精準性。機械加工金屬材料需要結合產品的材料性質、形狀特點，分析選擇對應的加工工藝，確定工藝路線，選擇鉆、車、銑等加工方法以及相應的加工刀具。通常在對硬度較低的金屬材料進行機械加工時，鉆、銑等加工方式需要應用高速某材料刀具，車削加工應用硬質合金類刀具，此類刀具表面適合涂層使用；在機械加工高硬度金屬材料時，適合選擇金剛石、立方氮化硼、陶瓷等材料制作的刀具，加工時使用切削液，能夠降低加工金屬材料表面和刀具的摩擦力，并將加工時產生的熱量帶走，確保材料加工質量達標。在機械加工特殊金屬材料時，適合選擇線切割、雕刻、電火花等加工方式，對于表面質量有較高要求的，應采取磨削加工方式，并根據具體情況實施拋光處理。

2.2 粉末冶金成型方法概述

粉末冶金技術是一種傳統的材料成型與控制工程加工成型技術，該種技術在促進我國工業發展起到了積極的作用。粉末冶金成型技術最初應用在復合材料零件的制作過程中，利用壓力成型的工藝完成加工、成型，適合應用在尺寸小、形狀單一的零件制造中。該技術具有較強的適應性，能夠應用于多種材料，工藝流程并不復雜，使用時突出增強相分布均勻、組織細密、界面反應少的特點。伴隨科技的進步、加工制造技術的突破，該種技術也得到了發展和改進，現如今該技術主要應用于汽車、軍事領域產品制造中，例如預制破片、剎車片等。應用粉末冶金成型技術生產、制造的金屬產品具有較強耐磨性、較大強度，應用在特種工程領域中能夠體現出較高的應用價值，例如含油材料制品。

粉末冶金成型技術根據成型方式劃分成三類：傳統壓制成型方式，注射成型方式，3D打印成型方式。粉末冶金成型技術在應用過程中必須將成型方法與金屬材料的物質性質、化學性質、產品特點、產品要求相一致，以此來提高產品質量、產品精度、生產效率。

2.3 粉末冶金成型技術分析概述

粉末冶金工藝流程包括配料環節、混料環節、成型環節、脫脂環節、燒結環節、后處理環節。汽車以及機械設備使用的齒輪具體以壓制成型的加工工藝為主，這種工藝具有較高的生產效率，且材料成本低廉，產量大，適合規模生產。

輕武器零件類似扳機等，具有較高的機械性能要求和尺寸精度要求，同時該產品形狀復雜；醫療器械例如止血鉗等產品要求較高的機械性能和表面質量標準；電子零件例如手機按鍵，具有較高的尺寸精度要求和質量要求，這些產品都應選擇注射成型工藝加工，待燒結后制品無成分偏析，精度準確、機械性能好、組織致密、表面質量好，密度為7.6g/cm3～7.8g/cm3，后期能夠采用整形、熱處理、表面處理、機械加工工藝進行加工。現如今，應用粉末冶金成型技術能夠體現出性能良好、效率高、生產成本低的優勢。

2.4 沖壓、擠壓、塑性成型方法概述

沖壓、擠壓、塑性成型方法的應用范圍最廣。技術人員僅需要結合基礎材料成型特點，利用模具表面涂層以及潤滑技術，優化加工過程中的應力狀態，從而減少材料加工成型中的摩擦阻力，釋放材料壓力，提高產品質量。

沖壓、擠壓、塑性成型過程在加工復合材料時，應結合增強材料比例、材料尺寸、材料強度、材料種類、材料質量選取適當的沖壓、擠壓、模鍛及其他塑形方式，進而制造高質量金屬材料制品。塑性成型過程中如果被加工金屬強度低，應提高加工速度。上述內容重點闡釋了應用沖壓、擠壓、塑性成型方法時應重視模具的設計、制造、潤滑方法、潤滑條件。

2.5 鑄造成型方法概述

鑄造成型加工方法包括熔模法、壓力法、反重力法、消失模法，離心法等，通常應用在低精度要求大批量產品成型，這些產品都需要后續機械加工操作。

3 結語

材料成型與控制工程中金屬材料加工工藝水平將對金屬材料的功能、應用效果產生重要影響。金屬材料成型方式很多，重點是結合材料特點、產品功能選擇加工方式。技術人員應深入學習材料成型與控制工程的理論內涵和實踐操作，設計、生產出來的產品與技術材料成型的技術要求相符，讓金屬材料加工制造水平進一步提高，增強我國工業制造核心實力。