材料成型與控制工程中的金屬材料加工研究

楊金明

【摘 要】材料成型及控制工程是機(jī)械制造行業(yè)的重要工序，而且金屬加工作為電力制造、航空航天、船舶制造等行業(yè)的基礎(chǔ)工藝，提高材料成型質(zhì)量，是優(yōu)化機(jī)械制造水平的必要條件。金屬材料的物理、化學(xué)及力學(xué)等各項(xiàng)性能，在經(jīng)過(guò)必要的加工后能達(dá)到最佳狀態(tài)。金屬材料加工是改善和優(yōu)化金屬材料各項(xiàng)性能指標(biāo)的重要工藝之一，其在金屬零部件加工及制造過(guò)程中不可或缺。恰當(dāng)應(yīng)用材料成型與多種控制工藝，能提高金屬零部件的柔韌性、耐蝕性和耐磨性，在冷加工及熱加工過(guò)程中，還可以改善金屬材料的內(nèi)部組織和應(yīng)力狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】金屬材料;加工工藝;材料成型;

隨著群眾生活質(zhì)量和水平的穩(wěn)定提升，我國(guó)工業(yè)化發(fā)展腳步不斷推進(jìn)，因此社會(huì)發(fā)展中對(duì)工藝技術(shù)提出了更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求。在經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展背景下，一些企業(yè)已經(jīng)著手開(kāi)始了對(duì)金屬材料的研究，這也意味著金屬材料不僅能廣泛應(yīng)用，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)工作效率的穩(wěn)定提升，成為了當(dāng)前企業(yè)研究和創(chuàng)新的重點(diǎn)技術(shù)。但是對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的掌握仍然存在較多不完善情況，針對(duì)這種情況，本文對(duì)新型金屬材料技術(shù)成型加工技術(shù)進(jìn)行研究，希望能更全面地滿足市場(chǎng)發(fā)展需求，提升行業(yè)生產(chǎn)效率。

1 各類金屬材料的基本特征

按照實(shí)際需求將金屬材料加工成型，要求施工人員在金屬原料中添加一些其他金屬單質(zhì)或有機(jī)復(fù)合材料，以提升材料的強(qiáng)度等級(jí)，增強(qiáng)材料的耐磨損性與抗性變能力。然而，添加有機(jī)復(fù)合材料又會(huì)在一定程度上增大金屬材料加工難度，為此，針對(duì)不同種類的有機(jī)復(fù)合材料，應(yīng)配置對(duì)應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，優(yōu)選加工工藝。針對(duì)各類金屬材料成型工藝，需要機(jī)械制造人員經(jīng)過(guò)不斷地探索與實(shí)踐，逐步優(yōu)化加工工藝，保證成型質(zhì)量。在金屬材料加工成型過(guò)程中，要全方位動(dòng)態(tài)把控金屬加工流程，規(guī)避技術(shù)缺陷。由此可見(jiàn)，在材料成型作業(yè)中，專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合金屬材料的物理屬性特征，調(diào)整加工工藝與控制技術(shù)，以保證金屬材料成型質(zhì)量。

2 金屬材料加工成型的技術(shù)手段

2.1 機(jī)械加工成型的核心原理

在金屬材料成型與控制工程中，金剛石刀具是應(yīng)用率較高的金屬切割刀具，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁基復(fù)合材料與金屬基復(fù)合材料的精加工。常見(jiàn)的金剛石刀具類型主要包括鉆、銑及車等。鋁基復(fù)合材料的金剛石刀具加工形式可細(xì)化為如下幾類：車削形式、銑削形式與鉆削形式。其中，鉆削形式的關(guān)鍵在于借助鑲片麻花鉆頭進(jìn)行加工，應(yīng)用頻率較高的包括B4C及SiC顆粒鉆削，且添加適量的外切削液，起到增強(qiáng)材料性能的作用。銑削形式主要依靠粘結(jié)劑與端面銑刀的協(xié)調(diào)配合完成材料加工，碳化硅顆粒可增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能，之后通過(guò)添加適量的切削液完成冷卻。相比之下，車削加工形式的操作工序較為簡(jiǎn)便，以硬合金刀具為主，并以乳化液作為冷卻處理介質(zhì)。

2.2 擠壓與鍛模塑性成型的核心原理

在金屬材料成型加工過(guò)程中，要通過(guò)模具表面涂層與添加潤(rùn)滑劑等方式，調(diào)整技術(shù)操作環(huán)節(jié)的壓力系數(shù)，減小摩擦阻力，確保加工工序的流暢銜接。數(shù)據(jù)顯示，采取這樣的輔助措施，可將加工環(huán)節(jié)的擠壓力縮減35%左右，從而減小擠壓力系數(shù)，以防摩擦阻力過(guò)大對(duì)模具造成機(jī)械性損傷。

此外，還可以結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)增加擠壓溫度，加強(qiáng)金屬基材料的可塑性。在金屬基材料中添加適量的增強(qiáng)顆粒，可進(jìn)一步弱化金屬基材料的可塑性，從而增強(qiáng)抗性變能力。此時(shí)，提升擠壓溫度，可加快增強(qiáng)顆粒與金屬基材料的溶合速率。從專業(yè)角度來(lái)說(shuō)，提升增強(qiáng)顆粒含量會(huì)在很大程度上影響擠壓速率。為此，應(yīng)當(dāng)在金屬基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體顆粒濃度偏低時(shí)，提升擠壓速率。需要格外注意的是，要嚴(yán)格控制擠壓速率，保證技術(shù)操作的適中性。一旦擠壓速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致成型后的金屬材料出現(xiàn)橫向裂紋，影響成型加工質(zhì)量。總而言之，在金屬材料加工成型階段，相關(guān)技術(shù)人員不僅要在材料表面添加潤(rùn)滑劑，還需嚴(yán)格控制擠壓溫度，且結(jié)合實(shí)際情況，控制擠壓速率，最大限度地保證成品質(zhì)量。

2.3 鑄造成型的核心原理

在加工生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合材料環(huán)節(jié)，鑄造成型技術(shù)的應(yīng)用頻率較高，并取得了良好的成效。在鑄造過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求，添加適量的增強(qiáng)顆粒，增強(qiáng)熔體粘度，提升流動(dòng)性，進(jìn)而加快熔體與增強(qiáng)顆粒的化學(xué)反應(yīng)，優(yōu)化材料的物理屬性。在鑄造操作階段，專業(yè)技術(shù)人員需嚴(yán)格控制熔化速率、反應(yīng)溫度與保溫時(shí)效。在持續(xù)高溫條件下，添加適量的碳化硅顆粒，以提升界面反應(yīng)速率，其化學(xué)反應(yīng)方程式為3SiCA1→A14C3+3Si。

在實(shí)際加工作業(yè)過(guò)程中，針對(duì)熔體粘度較大的問(wèn)題，技術(shù)操作人員需優(yōu)選精煉手段，添加適量的變質(zhì)劑造渣，加快化學(xué)反應(yīng)速度，保證成型質(zhì)量滿足實(shí)際需求。需要著重注意的是，此類操作模式并不適用于顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

2.4 粉末冶金成型的核心原理

粉末冶金成型技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，最早源自于制造晶須及顆粒，因其諸多優(yōu)勢(shì)，被逐步拓展應(yīng)用到材料零部件與金數(shù)基復(fù)合材料加工成型中。粉末冶金成型技術(shù)具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，適用于尺寸小、外觀形狀簡(jiǎn)單且精密度要求高的零部件加工工藝。粉末冶金成型技術(shù)具有增強(qiáng)相分布均勻、增強(qiáng)相可調(diào)節(jié)以及界面反應(yīng)較少等優(yōu)勢(shì)特征。以DWA公司為例，其將粉末冶金成型技術(shù)拓展應(yīng)用到各類產(chǎn)品加工制造工程中，如管材、自行車零配件、自行車骨架等，取得了理想的效果。由于粉末冶金成型技術(shù)加工的產(chǎn)品具有耐磨損性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度等級(jí)高等特征，備受航空航天、船舶制造與汽車制造等行業(yè)的推崇。

3 結(jié)束語(yǔ)

金屬材料的成型與控制工程具有極高的難度系數(shù)，其發(fā)展前景廣闊。伴隨現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，金屬材料加工受到各行業(yè)領(lǐng)域的高度重視，相關(guān)人員要通過(guò)專項(xiàng)科研，不斷提升加工技術(shù)水平，保證成型質(zhì)量，以增強(qiáng)該行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

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（作者單位：東北電力大學(xué)）