材料成型與控制工程中的金屬材料加工研究

柴朝暉

摘 要：在金屬材料成型與控制工程中，金屬材料加工是一道會(huì)直接影響到成型產(chǎn)品強(qiáng)度等級(jí)、耐磨性能、抗形變能力等的關(guān)鍵工序。現(xiàn)階段，常用的金屬材料加工技術(shù)有機(jī)械加工成型技術(shù)、擠壓與鍛模塑性成型技術(shù)、鑄造成型技術(shù)、粉末冶金成型技術(shù)，為了保證加工質(zhì)量，應(yīng)強(qiáng)化對(duì)于加工過(guò)程的質(zhì)量控制，細(xì)化機(jī)械加工，優(yōu)選復(fù)合材料加強(qiáng)工藝。

關(guān)鍵詞：材料成型與控制工程;金屬材料;加工

在材料成型與控制工程中，金屬材料加工是一道極為關(guān)鍵的工序，將直接影響到產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐磨性能等。為了確保材料在成型后能夠達(dá)到相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，物理性能、化學(xué)性能達(dá)標(biāo)，提升材料的強(qiáng)度等級(jí)、抗形變能力，在加工過(guò)程中，需要在金屬原料中添加適量金屬單質(zhì)或有機(jī)復(fù)合材料，技術(shù)難度大[1]。為了保證金屬材料加工質(zhì)量，應(yīng)合理選擇金屬材料加工技術(shù)，并且加強(qiáng)加工工藝管控。

1.材料成型與控制工程中的金屬材料加工技術(shù)

1.1機(jī)械加工成型技術(shù)

在金屬材料成型與控制工程，常應(yīng)用金剛石刀具對(duì)金屬材料（比如說(shuō)鋁基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料等）進(jìn)行精加工。現(xiàn)階段，常見(jiàn)的金剛石刀具有鉆、銑、車(chē)等類(lèi)型，根據(jù)加工用具類(lèi)型的差異，常見(jiàn)加工形式可分為鉆削形式、銑削形式、車(chē)削形式三種。以鋁基復(fù)合材料的精加工，來(lái)介紹不同加工形式，具體如下：①鉆削形式。這是一種借用B4C顆粒鉆削、SiC 顆粒鉆削等鑲片麻花鉆頭，對(duì)金屬材料進(jìn)行精加工的模式，在加工過(guò)程中，如若添加適量外切削液，可增強(qiáng)材料性能;②銑削形式。在這種加工模式中，需要粘結(jié)劑與端面銑刀協(xié)調(diào)配合，方可完成作業(yè)，期間可添加適量碳化硅顆粒，以增強(qiáng)材料性能，隨后添加適量切削液完成冷卻;③車(chē)削加工。相較上述兩種加工形式，車(chē)削加工工序簡(jiǎn)便，主要用具為硬合金刀具，冷卻處理介質(zhì)為乳化液[2]。

1.2擠壓與鍛模塑性成型技術(shù)

在擠壓與鍛模塑性成型技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，需借助模具表面涂層以及添加潤(rùn)滑劑等方式，縮減加工環(huán)節(jié)的擠壓力，降低擠壓力系數(shù)，減小摩擦阻力，從而避免模具面臨機(jī)械損傷，讓加工工序銜接地更為流暢。在加工過(guò)程中，技術(shù)人員還可根據(jù)實(shí)際情況，提高擠壓溫度，增強(qiáng)金屬材料的可塑性，反之，添加適量增強(qiáng)顆粒，會(huì)弱化金屬基材料的可塑性，增強(qiáng)其抗形變能力。操作過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制擠壓速率，因?yàn)檫^(guò)快的擠壓速度，會(huì)使得金屬材料成型后產(chǎn)生橫向裂紋。整體而言，擠壓與鍛模塑性成型技術(shù)難度較大，操作人員需不斷往材料表面涂抹潤(rùn)滑劑，還需嚴(yán)格控制擠壓溫度、速度，方可保證金屬材料加工成品質(zhì)量。

1.3鑄造成型技術(shù)

鑄造成型技術(shù)通常被用于有機(jī)復(fù)合材料的加工中，鑄造時(shí)，技術(shù)人員可以往金屬材料中添加適量增強(qiáng)顆粒，這樣能夠增強(qiáng)熔體粘度及流動(dòng)性，加速熔體與增強(qiáng)顆粒間的化學(xué)反應(yīng)，從而優(yōu)化材料物理性能。比如說(shuō)，在高溫鑄造條件下，添加適量的碳化硅顆粒，會(huì)發(fā)生“3SiCA1 → A14C3+3Si”的化學(xué)反應(yīng)。在加工過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格控制熔化速率、反應(yīng)溫度及保溫時(shí)效等，面對(duì)熔體粘度大的問(wèn)題，可以采取精煉手段優(yōu)化的方式解決，往熔體中加入適量變質(zhì)劑造渣，提升化學(xué)反應(yīng)速度，從而優(yōu)化材料成型質(zhì)量，不過(guò)，這種方式不適用于鋁基復(fù)合材料。

1.4粉末冶金成型技術(shù)

粉末冶金成型技術(shù)是一種應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)的金屬材料加工技術(shù)，最初被用于晶須及顆粒制造，由于技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，后被拓展應(yīng)用于材料零部件、金屬基復(fù)合材料的加工中。這一技術(shù)適用于尺寸小、外形簡(jiǎn)單但加工精度要求高的零部件加工中，得到了很多生產(chǎn)制造企業(yè)的青睞，比如說(shuō)以DWA 公司，就應(yīng)用了這門(mén)技術(shù)來(lái)加工制造管材、自行車(chē)骨架、自行車(chē)零配件等[3]。而且，由于這項(xiàng)技術(shù)所加工出來(lái)的產(chǎn)品，抗壓強(qiáng)度等級(jí)高、耐磨損性強(qiáng)，所以，在航天航空、汽車(chē)制造、船舶制造等高端制造行業(yè)，也備受推崇。

2.材料成型與控制工程中的金屬材料加工控制策略

2.1細(xì)化機(jī)械加工

在機(jī)械加工成型技術(shù)中，加工工藝種類(lèi)多樣，比如說(shuō)應(yīng)用金剛石刀具加工鋁基復(fù)合材料，除了常見(jiàn)的鉆削加工、銑削加工、車(chē)削加工外們還有刨削加工、磨削加工等，在車(chē)間簡(jiǎn)稱(chēng)為車(chē)、銑、刨、磨、鉆。在加工金屬材料的過(guò)程中，技術(shù)人員可針對(duì)不同材料、不同產(chǎn)品精度要求，從中選擇合適的加工工藝。除了工藝選擇上的細(xì)分外，還應(yīng)該細(xì)化工藝細(xì)節(jié)，比如說(shuō)，在硬合金刀具來(lái)切削金屬材料時(shí)，道具與金屬材料接觸面會(huì)產(chǎn)生大量熱量，影響到產(chǎn)品成型質(zhì)量，需添加適量乳化液，進(jìn)行冷卻處理，同時(shí)，還應(yīng)該適當(dāng)減緩好刀具走刀的速度，減少接觸面熱量的產(chǎn)生，但考慮到生產(chǎn)進(jìn)度，走刀速度也不可過(guò)慢[4]。

2.2優(yōu)選復(fù)合材料加強(qiáng)工藝

在金屬材料成型與控制工程中，往金屬材料中，添加金屬單質(zhì)或有機(jī)復(fù)合材料，固然能夠優(yōu)化產(chǎn)品成型質(zhì)量，但也會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題。因此，企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于技術(shù)人員的培訓(xùn)，幫助其提升金屬材料加工知識(shí)及技術(shù)掌握度，掌握各類(lèi)難題的解決方式，同時(shí)，督促技術(shù)人員樹(shù)立終身學(xué)習(xí)理念，在工作過(guò)程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，聚集在一起探討工作中遇到的難題，商討解決方案。比如說(shuō)，在連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的成型過(guò)程中，一般情況下，只要添加適量金屬基復(fù)合材料或金屬?gòu)?fù)合材料，產(chǎn)品便可成型，但是某些金屬?gòu)?fù)合材料成型過(guò)程相對(duì)特殊，還需使用其他技術(shù)手段，技術(shù)人員遇到這種問(wèn)題，可以向工作經(jīng)驗(yàn)豐富或?qū)I(yè)研究水平高的技術(shù)人員求教，或者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)，探討相關(guān)技術(shù)方案，以自己的努力，不斷完善發(fā)展金屬?gòu)?fù)合材料的成型加工技術(shù)，通過(guò)技術(shù)參數(shù)的調(diào)節(jié)，來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品成型質(zhì)量及性能。

3.結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前材料成型與控制工程中，金屬材料加工常涉及擠壓、焊接等技術(shù)，這些技術(shù)的實(shí)施對(duì)于細(xì)致度、精準(zhǔn)度要求較高，一旦出現(xiàn)失誤或紕漏，將引發(fā)極為嚴(yán)重的后果，影響到金屬材料成型質(zhì)量。因此，對(duì)于金屬材料加工人員來(lái)說(shuō)，深入研究材料成型與控制工程中常用的金屬材料技術(shù)工技術(shù)，掌握其核心原理，明確影響加工質(zhì)量的因素，加強(qiáng)管控，是極為重要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]閔曉峰，趙宗合，李亞麗，莫芝林.焊接工藝參數(shù)對(duì)9Ni鋼焊接接頭組織及彎曲性能的影響[J].電焊機(jī)，2019，49（06）：41-44.

[2]馬芳武，楊猛，蒲永鋒，支永帥.混雜比對(duì)碳纖維-玄武巖纖維混雜增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料彎曲性能的影響[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2019，36（02）：362-369.

[3]王健，孫力，熊自柳，劉天武，董伊康，張琳.基于A(yíng)BAQUS模擬的高強(qiáng)鋼彎曲半徑對(duì)彎曲性能的影響研究[J].河北冶金，2018（11）：29-33.

[4]閆明洋，楊敏，李紅，任慕蘇，俞鳴明，孫晉良.原位生長(zhǎng)的氣相生長(zhǎng)碳纖維增強(qiáng)C/C復(fù)合材料的制備及其彎曲性能[J].無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2018，33（11）：1161-1166.