材料成型與控制工程中金屬材料加工技術探討

王亞蒙

我國各行各業(yè)在新時代的發(fā)展下，都為國家作出了重大貢獻，尤其是工業(yè)領域，工業(yè)領域主要涵蓋了機械工業(yè)、化工工業(yè)、鋼鐵工業(yè)等多種，為我們日常生活帶來了便利，提高了整體人類的生活質量。工業(yè)領域中的技術材料加工技術決定了我國工業(yè)水平高度，只有重視材料成型與控制工程中的金屬材料加工技術，結合實際不斷研究這方面的知識，提升技術水平，才可以使我國達到長遠發(fā)展。

1 材料成型與控制工程內涵

材料成型與控制工程對于工業(yè)領域的發(fā)展起到了關鍵性作用，它不僅可以分析各種材料的結構，同時還可以根據(jù)材料的特性對其進行加工方法分析，是工業(yè)領域中較為實用的一個學科。它的目的是針對產品進行嚴格監(jiān)督，保證成型過程中順利開展，不同的材料具有不同的特性，應當從表面深入到內部進行詳細分析，這種研究的成果直接影響到產品質量、工作效率以及使用效率等。金屬材料在現(xiàn)代工業(yè)中應用非常普遍，主要可分為黑色金屬、有色金屬以及特種金屬，黑色金屬別稱為鋼鐵材料，在其中存在一定的其他物質。有色金屬是除了鐵、錳、鉻這三種之外的一切金屬材料，其中包含著一切金屬材料的合金。通常可以劃分為輕金屬、重金屬、貴金屬、重金屬、半金屬以及稀有金屬和稀土金屬等多種。在金屬復合加工材料工藝中，可以在其中增加經過專業(yè)篩選后的增強物質，保障材料更具耐磨性，在應用中更能抗壓，與此同時，還可以根據(jù)各個材料的種類選擇適合的加工技術，使其原料得到充分利用。以上這些都需要專業(yè)人員進行探討研究，結合實際金屬材料的特性與應用范圍，才可以結合實際選出最適合的加工技術以及成型工藝。相較于普通的金屬材料加工，金屬復合材料的加工方法更為復雜，在研究工業(yè)技術的過程中不僅要關注我國的材料成型技術與控制工程方面，還應該注重國外這方面的研究成果，進行適當借鑒，幫助提升工作效率，達到發(fā)展提升目的。

2 金屬材料選擇原則與特征

在金屬材料選擇方面，應當注重材料鑒別，正如上文所說的，不同的金屬加工中適當加入增強物質，保障應用效果。在其中添加物質的過程，為整個工作流程增加了一定的難度，這是因為添加材料必須滿足多樣機械的制造要求，加工方法和工藝上存在或多或少的差距，很難進行合理把控。比如對于纖維增強的金屬復合材料加工過程中，最先選擇的加工方法為復合成型加工方法。在部分復合材料的加工過程中，應當利用多種不同的方法達到最終效果。加工過程中的應用方法對于最終結果而言起到了關鍵性作用，如果加工技術與設備不能滿足加工需求，則會導致材料不符合要求標準，產生質量問題，如未及時發(fā)現(xiàn)，應用到工程中，還會影響到工程安全性與完成質量。另一方面不僅要注重加工技術、方法以及設備，還應該注重最開始材料的選擇問題，挑選最為合適的材料進行后續(xù)加工才是最重要的，可以有效提高效率與質量，降低因材料而產生的事故發(fā)生率。材料加工成型中必須嚴格根據(jù)標準計劃進行實施。

3 加工成型的核心原理

3.1 機械加工成型技術

機械加工成型技術在現(xiàn)今為止的加工技術中具有一定的普遍性，在金屬材料的成型加工中，應用范圍最大的是金剛刀，它是眾多金屬切割刀中最為突出的代表刀具，在實際應用中，可以將鋁及復合材料與之進行拼接，保證順利實施加工進程。使用金剛石刀這種材料加工金屬復合材料的方式可分為三種，分別為銑削方式、車削方式以及鉆削方式。鉆削方式是采用鑲片麻花鉆頭針對其進行加工處理，在其中會額外加入適量外切削液，使得金屬復合材料產生一定的強化作用。車削方式是指以硬度較高的高合金刀具作為主要應用工具對其進行切割，在這過程中可以采用一些乳化劑幫助起到冷卻作用。

3.2 焊接成型

在金屬材料加工工藝中焊接工藝的應用較為廣泛，通常會將焊接方式用于金屬材料制造為目標產品之中，整體作為一種帶來材料對于焊接的適應特性的表現(xiàn)方式，焊接性在某一種材料當中，可以很好的作為衡量焊接工藝過程中得到最佳接頭的難易程度，并且還可以據(jù)此判斷街頭穩(wěn)定性是否符合要求，在標準方面是否具備所需要的穩(wěn)定性。金屬材料的焊接性需要根據(jù)它自身的特性以及對應的焊接工藝進行評估。除此之外，還受到各方面條件影響，導致同樣的焊接工藝下，使用同樣的材料進行焊接成型，也會出現(xiàn)各自不同的焊接性能。

3.3 壓鑄成型

壓鑄工藝作為當前最為常見的工藝之一，它主要是進行金屬鑄造，可以根據(jù)應用中看出它的特點在于利用機器、模具以及合金這三種關鍵要素，將壓力、速度以及時間進行統(tǒng)一的過程，整體過程與注塑成型有一定的相似之處，但又有根本上的不同，與其他工藝有著本質上的區(qū)別在于，應用于金屬熱加工中，具有一定的壓力。它將所需要加工的金屬材料熔化，放置澆注到模具之中，使金屬材料變?yōu)榻饘俨考＿@里要注意，壓鑄成型而產生的金屬材料是不能夠采用熱處理實施加工，隨著時間進展，壓鑄技術不斷進步，在現(xiàn)在看來壓鑄技術跟之前相比已經成熟了很多，可以在模具中更加采用更加細致化的技術進行金屬材料加工。高壓鑄鋁和重力壓鑄鋁都處于鑄鋁范圍之中，它們在鑄造方法中應用過程具有一定的差異性。舉例說明，在加工鑄鋁的過程中，其中還包括了重力制造方法，這種工藝方法主要內容為金屬液處于重力作用之下，直接進入到鑄型的模型工藝之中，它也有個別稱，叫作重力澆鑄。由于它具有以上的特性，導致高壓鑄鋁在鑄件中應用面積較廣，可以利用這種方法得到高質量鑄件。

3.4 高能率成形法

高能率成形法在金屬材料加工具有一定的應用價值，相較于其他方法而言，也是一種比較常見的加工方法。在加工過程中燃氣爆炸會引起一系列能源產生，比如機械能源、水中電極之間儲存的電容器儲存的高壓電瞬間放電，在這個過程中也可產生巨大的電能，可以利用這種能源加入到生產之中，在雙金屬生產當中也可以應用這種高效能金屬材料加工工程。針對金屬材料的加工中，可以發(fā)現(xiàn)一部分進入材料，由于自身的特質導致加工出現(xiàn)一定的難度，對于這種情況可以采用高能率成型法進行加工處理，金屬材料在一個剎那被很大的壓強下去，不斷融合最終進行冶煉，使得更高品質的金屬零件被生產出來。舉例說明，在鎢材料的加工之中，首先要對于鎢材料進行專業(yè)還原，采用合理方法將其變成粉末狀，隨后進行軋制燒結，最終依據(jù)需要的金屬部件去進行許多不同步驟的加工以管坯作為舉例說明，它的加工步驟可以有三種，分別為機械加工，或者是軋制，旋壓，根據(jù)這三個方法進行管材成品的制作。由此可以判斷，對于鎢材料之中，金屬加工的步驟較多，在各個步驟之中對應所出現(xiàn)的技術都較為成熟，因此就要求了技術必須更加精密，工作人員的專業(yè)度必須得到保障，相互配合對于各個環(huán)節(jié)進行把控，使得合格的鎢制品應用于市場當中，為其創(chuàng)造收益。

3.5 粉末冶金成型

粉末冶金成型主要適用于一些體積過小但是形狀較為規(guī)則化的零部件結構制造，在早期它主要應用于晶須以及復合材料零部件之中，它具有極佳的適應性質。粉末冶金成型應用于實際當中具有組織細密、增強分布較為均勻和界面反應數(shù)量較小等特性，在現(xiàn)在可以應用于多種產品制造當中，由于它在耐磨、強度等具有一定優(yōu)勢，所以目前還可以應用到交通工具之中，比如汽車、高鐵、航天器材等，在這些工具上它可以充分發(fā)揮自身的優(yōu)點。根據(jù)以上研究為基礎，可以充分明白，在金屬材料的加工制造中，應當根據(jù)不同材料的性質和市場需求選擇對應的加工方法，保障質量的同時也可以提高效率。

3.6 擠壓與鍛模塑性成型

金屬材料的整體加工之中還可以使用擠壓和鍛模塑性成型方法，因為這種方法的特性，導致模具接觸到金屬材料過程中，會產生一定的摩擦力，摩擦力會使得材料外觀出現(xiàn)一定的磨損，產生傷痕，對于產品的外觀造成負面影響，不僅如此，還有很大幾率會影響到產品質量，出現(xiàn)質量差錯。基于此，在實際應用當中，可以采用各種工藝減少表層與模具之間的磕碰。舉例說明，可以從模具表面進行入手，在模具的外表涂料中加入潤滑物質，可以有效減少它們之間摩擦力。根據(jù)資料進行數(shù)據(jù)分析，在外表涂料中添加潤滑劑可以使得摩擦力大幅度降低，在材料質量方面得到顯著提升。除了這個方法，還可以在材料加工過程中添加增強物質，這種方法可以影響金屬材料的可塑性質，增強金屬材料的抗變性能，提升整體質量。在整個應用過程之中，工作人員不僅要注意涂料物質的加入，還應該操作速度，如果操作過快會導致材料成型后產生裂開的狀況，操作過慢會影響到材料制作的效率，導致接下來的工作不能及時跟進，影響到整體進展。

4 金屬材料加工工藝與技術

4.1 切削工藝

除了以上講述的一些工藝還有切削工藝占據(jù)一席之地，這種工藝主要應用方法是通過刀具或切割工具將工件的部分進行切除，科技不斷發(fā)展，切削速度也隨之提升，同時也直接影響到了材料削切效率。在應用到金屬材料切削當中，當切削到達一個特定的參數(shù)之后，會導致切削率產生一定程度的下降，根據(jù)資料可以判斷，大概會下降百分之三十。不同方向對于切削力也會產生不同的影響，在徑向切削時它的切削力會大幅度下降，同時可以有效提升薄壁細肋件等剛性較差構件的加工效率。

4.2 電切割技術

電切割技術的內容主要為在介電流中應用可移動的電極線進行處理，隨后依靠局部的較高溫度針對金屬材料完成切割工作，可以將其切割為幾何形狀，與傳統(tǒng)方法相比較，具有一定的優(yōu)勢，比如它可以采用沖洗液體壓力沖刷零部件與負極中間的間隙，最大發(fā)揮自身的作用。針對新型金屬材料的成型加工之中，采用電切割技術會出現(xiàn)切割速度下降的現(xiàn)象，這主要是因為放電效果影響了切割，使得切割口摩擦力增大、表面出現(xiàn)粗糙現(xiàn)象。

4.3 熱加工法

熱處理加工方法的主要內容為針對加工的金屬材料采取加熱處理，當前主要加熱方法分為三種，根據(jù)實際應用進行對應選擇。第一種是高功率密度激光熱加工法，這種方法主要實施在汽車各個部件的加工成型當中。這是由于該方法在耐磨和硬度方面均具有較好的性質，可以充分達到汽車應用的需求，同時還可以延長車身使用年限。第二種方法為硬涂層加工方法，這個方法的主要應用于金屬材料的表層，通過這種方法有效延長加工產品的使用年限，同時操作過程較為快捷，相比于其他方法更方便簡單。第三種方法為薄層滲透加工方法，它利用了化學原理，相較于之前提到的兩種方法，它的應用范圍更廣，并且整體效率更高，加工時間對比其他方法更有優(yōu)勢。針對汽車車身的加工方法來講，應用最為寬泛的就是熱成型加工方法，它根據(jù)車身的特殊性質，在加工材料的過程中可以合理把控溫度，使得零部件的整體形狀符合標準，在汽車零件生產當中它的最為重要的基礎。根據(jù)以上研究，在生產過程中必須要注意保證零件形態(tài)符合規(guī)范，防止出現(xiàn)溫度異常變化導致零件廢棄現(xiàn)象。

4.4 拉拔成型技術

拉拔成型技術的主要內容是在模具中放置胚料，利用技術將其進行拉拔處理，使得金屬通過模孔改變形狀，從而得到與模孔形狀、尺寸相同的產品，最終得到市場所需要的產品。依照所需要制品截面形狀又可分成實心材拉拔和空心材拉拔，實心材主要包含著棒材、型材及線材的拉拔，而空心材拉拔主要包含著管材和空心異型材。在拉拔成型技術之下所產生的產品最具有特征的優(yōu)點為以下幾點：①變形過程中阻力很小，更加便于制作。②制品的尺寸可以得到精準控制，制作完成后表面具有較高的光潔度。③拉拔生產的工具與設備較為簡單便捷，便于維修人員進行保養(yǎng)工作，同時還可以在一臺設備上生產各種不同規(guī)格與品種的制品。④可用于斷面較小的常制品當中，甚至可以連續(xù)高速生產，產量可觀。

4.5 軋制技術

軋制技術的主要內容是通過軋輥的作用下使得胚料在旋轉中發(fā)生形態(tài)變化，這種方法可以從產品質量上進行提升，同時也強調了產品可塑的強性。主要可分為橫軋、縱軋以及斜軋。橫軋：在操作中需要保證軋輥轉動方向相同，而軋件的縱向軸線應當與軋輥的縱向軸線保持平行，軋制期間軋件將隨著軋輥進行同等的轉動。該方法主要可用于用來軋制生產回轉體軋件，如齒輪坯。縱軋：該方法在操作過程中要求與軋輥轉動方向完全相反，軋件的縱向軸線與軋輥的水平軸線應當在水平面上投影保證能夠相互垂直，在制作完成之后，軋件不僅會斷面減小，整體改變形狀，還會增加長度，軋件不僅斷面減小、形狀改變，長度亦有較大的增長。斜軋：該方法在操作時應當保證與軋輥轉動方向相同，其軸線與軋件縱向軸線在水平面上的投影保持互相平行，但在垂直面上的投影應當、與軋件縱軸成為相交的角，軋制當中，軋件保持旋轉前進的狀態(tài)，主要可用于生產管材以及回轉體型材。

4.6 沖壓成型技術

沖壓成型技術的主要內容為利用模型對放置在壓力表層的金屬板材料進行壓力（沖裁、加工、拉伸等變形）作用，在不影響模具后續(xù)使用的情況下得到最終完美的產品。它作為一種金屬冷變形加工方法，又被稱作冷沖壓或板料沖壓，在金屬加工當中較為常見。在制作過程中沖壓所使用的模具為沖壓模具，在整個加工當中非常關鍵，如若沖壓模具不符合標準，將會影響正常生產，及時擁有先進的沖壓技術也無法實現(xiàn)生產，只有保證工藝、模具、沖壓設備以及沖壓材料相互結合，才可以生產出所需要的產品。該技術無論是在經濟方面還是技術方面均有很多優(yōu)點，主要為以下幾點：①生產效率高，操作簡單方便。②制作過程當中，一般不會破壞到產品表面，而模具壽命由較長，可以保證其沖壓質量穩(wěn)定，具有較強的互換性。③沖壓成型技術可以制作出較大尺寸的零件，還可以制作出形狀較為復雜的產品，比如鐘表、汽車縱梁、覆蓋件等，沖壓的強度以及剛度均很高。

依據(jù)上述結合實際依據(jù)當前現(xiàn)狀以及發(fā)展，可以看出未來仍要圍繞著以下問題繼續(xù)深入研究：①各類技術裝備的自動化、連續(xù)化以及高速化。②保證產品品種以及規(guī)格，確保產品精度不斷提高，最大限度減少制品缺陷。③在原有技術的基礎上，不斷進行創(chuàng)新和優(yōu)化，從而達到節(jié)能、節(jié)省材料、提升質量的目的。雖然目前還有一些不足之處，但是相信隨著未來不斷探索，金屬加工技術將會發(fā)展的更加完善。

5 結論

綜上所述，現(xiàn)在我國處于工業(yè)發(fā)展時期，各行各業(yè)對于工業(yè)要求隨著時間不斷增加，為了應對這種需求，保障工業(yè)發(fā)展前景，應當從基礎出發(fā)，針對材料自身特點，進行金屬的加工技術研究，提升工作效率，保障產量能夠滿足各行業(yè)需求，在這期間也應該注意加工質量，避免由質量問題而產生經濟損失，促進金屬制造業(yè)的長遠發(fā)展，使其為國家整體發(fā)展奠定堅固的基礎。