材料成型与控制工程中的金属材料加工研究

材料成型与控制工程中的金属材料加工研究

邹国林

上海挚瑞精密金属有限公司

摘要：在我国工业、制造业快速发展的背景下，各项生产制造技术不断取得创新，其中关于材料成型的工艺技术取得多项突破性成果。材料成型是加工制造业中的一项重要工作，同时也是技术难点，尤其是在金属材料加工成型方面，必须做好成型控制工作，确保材料成型质量，从而为机械加工等生产工作提供支持。因此，本文以铝金属材料的加工成型工艺为例对其进行分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步提高金属材料加工成型工艺水平。

关键词：材料成型；控制工程；技术材料；加工技术；工艺优化

从工业革命开始，金属材料加工行业得以快速发展，材料加工能力对于国家发展具有重要作用。在机械化水平不断提升的背景下，各种机械制造企业不断对金属材料加工技术进行优化，从而使得材料成型质量得以提升。金属材料成型及控制工程是机械制造业的重要工序，在电力制造、航空航天以及船舶制造等行业中具有广泛的应用。材料成形质量能够直接影响机械制造整体质量，所以必须做好工艺控制工作，确保材料成形加工工艺优化。

1关于金属材料加工的概述

金属材料成形与控制工程是一项实用性学科， 该学科主要研究金属材料的宏观结构、微观结构以及表面形态切换等方面，重点关注材料热加工方法、电切割技术、粉末冶炼成金技术以及塑性成形技术等。金属材料加工是一项复杂的工作，对于技术水平要求较高，加工技术水平能够直接决定机械产品质量、制造效率等，所以必须做好金属材料加工工艺优化工作。机械产品设计需要采用材料成型与控制工程的技术方式，确定金属材料性质特点以及产品功能等，确保工艺应用合理性。金属材料是一种特殊的材料，具有独特的物理性质，对于加工工艺技术要求更高，加工成型工艺难度较大，如果成型工艺存在问题，很容导致金属加工出现问题，所以需要依据金属材料的基本特点，实现对技术材料成型的技术创新。在对金属材料进行加工时，根据加工环节的不同，所采用的加工工艺存在很大差异，需要按照工序需求以及产品需求，采用相应的成型锻造工艺，确保金属产品加工质量，且不同金属材料、不同材料成型具有不同的技术要求，如果加工工艺与成型流程不匹配，则会导致工艺效果受到直接影响。所以在加工开展前，需要依据金属材料的基本特性，采用科学的加工成型技术，并对金属材料进行检测测试，确保其能够达到材料成型的基本要求，从而提高金属材料加工工艺技术水平^[1]。

2金属材料选择标准

金属材料在进行成形加工前，必须做好金属材料选择工作，才能够保证材料成型加工效果。在选择过程中，需要考虑到金属材料的机械性能、工艺性能以及经济性等方面。以本人所参与的超薄型散热宏扁管项目为例，该项目是国家储能战略背景下一个储能电池的关键应用，储能电池是将晚上或闲时多余电能通过储能方式储存，峰时将电能释放的过程，可以有效解决国家能源峰时紧张的难题，“超薄型散热宏扁管”是动力电池大企业“宁德时代”储能电池产品的核心铝合金散热部件。

在选择材料时，存在以下几项难点问题：1.该产品为铝合金宏扁管（大扁管）产品，具有壁厚薄（仅0.6，一般跨度190mm的铝合金型材产品厚度需要2-3mm）。（2）精度要求高(壁厚公差±0.1mm，平面度不能超过0.2mm，总厚度公差-0.2mm）。（3）内部带有斜筋以增加风的紊流及长直筋防止压缩后孔型贴合后不通风情况，斜筋和长直筋的薄壁铝合金生产具有极高的难度。

为了解决上述问题，本次项目材料选择为3003防锈铝，该材料具有优良防锈性能，铝合金的流动性较差使挤压难度大。针对这种薄壁且宽度超大的扁管产品进行了生产用模具的特殊设计，将传统整体挤压模具设计成分体式挤压模具，模具为组装式进行拆分，各模具的上模和下模可在拆解状态下进行精加工和电火花加工，这种加工方式可以使长直筋及斜筋的流料导流加工充分到位实现斜筋和长直筋填充饱满，由于壁厚超薄我们设计了降低工作带的方式减小阻力，由于是分体式设计各部件更换方便，这样实现了可挤压同时减少了由于模具磨损整体更换的巨大模具成本；防锈铝3003材料的流动性较差，为了能够顺利挤出，采用了将材料中杂质含量Si、Mg等成分控制在最低的0.05%左右Fe控制在0.1%左右增加材料韧性和流动性，铝板浇铸完成后高温快速冷切进行均匀化处理消除应力以实现晶粒细化不容易堵塞，同时提高铝合金挤压温度—由常规420-480℃提高到500-520℃增加流动性；因为产品对于厚度和平面度公差精度要求特别高，在对3003防锈铝材料进行处理时，采用热挤压在线精轧工艺，产品在挤出后通过精轧轮后进行水冷却，这样使得厚度和平面度得到充分保障，挤出后再进行拉直、分切、去毛刺、清洗包装等工序，从而使得产品顺利生产。由此可见，本次材料对于机械产品加工会产生直接影响，科学的金属材料选择是产品加工质量的保障。

3材料成型与控制工程中的金属材料加工分析

3.1金属材料机械加工成型技术

机械加工成型是金属材料加工中使用最为广泛的一项技术，该技术具有多项技术优势，整体加工流程简单化，可以应用的机械设备资源丰富，能够加工的金属材料范围较广，大部分金属材料都可以采用机械加工成型技术，且加工精度较高。机械加工成型所采用的机床逐渐向数控机床发展，传统机床的车、刨、磨等加工工序较为单一且独立，但是当前金属材料所采用的数控机床具有综合加工能力，从而使得加工精确性得到提高；在加工成型过程中，需要依据金属材料的基本特性，选择对应的加工工艺，确定工艺路线，正确选择各项加工设备和加工刀具_[2]。通常情况下，在对硬度较低的金属材料进行机械加工成型时，钻、铣等加工处理采用高速刀具，车削加工采用硬质合金刀具；在针对一些硬度较大的金属材料加工过程中，需要采用特殊的加工工艺，可以采用金刚石刀具等，从而克服金属材料硬度较大的问题，同时需要采用一定的降温措施，防止摩擦产生热量导致金属材料变形等问题发生；在对特殊金属材料进行加工时，可以采用线切割、雕刻以及电火花等机械加工成型方式，如果金属材料加工对于表面质量要求较高，则可以采用磨削加工技术，按照金属材料以及产品制造的要求对其进行抛光处理。综合来看，机械加工成型技术在金属材料加工中应用时，可以选择的技术类型较多，且具有良好的适用性，加工效率以及质量都能够得以保障，且综合加工制造成本较低，所以是当前金属材料中应用最为普遍的一项加工成型工艺。

3.2电切割技术

电切割技术也被称作为线切割技术，其基本工作原理是利用连续移动的细金属线作为电极，对金属材料进行脉冲火花放点蚀除金属、切割成型。电切割技术是金属材料特种加工的一种，它不同于传统加工技术需要用机械力和机械能来切除，主要利用电能来实现对材料的加工。所以，电火花线切割技术不受材料性能的限制，可以加工任何硬度、强度、脆性的金属材料；在对一些导电性能较差的金属进行加工时，粉末冶金可以采用金刚线切割技术，能够提升加工效率；（一些导电性能差的粉末冶金可采用金刚线切割技术效率更高），在现阶段的机械加工中占有很重要的地位。电切割技术作为特种加工技术的一种，因其高加工精度、高生产效率、低功耗、制造成本低等特点，在技术材料加工成型中得以广泛应用，电切割技术广泛应用于冷冲模、挤压模加工中，使得传统加工模式得以优化，技术实现创新与升级，缩短了制造周期，降低了技术制造成型成本^[3]。

3.3粉末冶炼成金技术

粉末冶炼成金技术是一种传统的金属材料成型技术，在金属加工行业中具有广泛的应用。粉末冶炼成金技术最早应用在复合材料零件的制作流程中，采用压力成型的技术进行加工与成型，适合使用在尺寸较小、形状单一的金属产品加工中。粉末冶炼成金具有良好的适应性，能够在多种材料、工艺简化的金属材料加工中使用，在应用过程中具有增强相分布均匀、组织细密以及界面反应较小等特点。在加工技术不断创新的背景下，加工制造技术不断取得创新，粉末冶炼成金也得到升级，比如当前在汽车制造、军事产品制造中得到广泛该应用，包括预制破片、刹车片等。在采用粉末冶炼成金生产和指导金属产品时，能够提高金属机械产品的耐磨性和强度，所以在特种工程领域中应用较为频繁^[4]。

粉末冶炼成金根据其成型方式可以分为传统压制成型技术、注射成型技术以及3D打印成型技术等，粉末冶炼成金在应用过程中，需要与金属材料的物理性质、化学性质、产品特点等相符合，才能够保证粉末冶炼成金应用效果，提高金属产品质量。

3.4塑性成型技术

在金属材料加工生产过程中，塑性成型技术具有重要作用，能够满足金属产品加工的多项需求。在塑性成型过程中，需要按照产品需求，增添适量的增强颗粒，并增强熔体年度，提升熔体流动性，使得熔体与增强颗粒的化学反应速度加快，能够对金属材料的物理属性实现优化；在塑性成型操作过程中，工作人员需要严格控制熔化速度、反应温度以及保温时效，在高温环境下确保金属产品能够充分成型，可以通过添加碳化硅颗粒的方式提高界面反应速率。在采用塑性成型技术时，为了解决熔体难度较大的问题，工作人员需要采用科学的精炼技术，根据实际情况适当添加变质剂熔渣，从而能够提高化学反应速度，确保金属材料成型需要，但是塑性成型技术不适合使用颗粒增强铝基复合材料中。

结束语

综上所述，本文全面阐述了金属材料加工成型的基本概念，并结合实际案例对金属材料的选择标准进行分析，最后提出多项金属材料加工成型常用技术的具体应用方式，希望能够对我国机械制造行业发展起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高金属材料加工成型技术水平。

参考文献

[1]姚佳伟. 材料成型与控制工程中的金属材料加工研究[J]. 冶金与材料, 2021, 41(006):2-2.

[2]李晓惠. 材料成型与控制工程中金属材料加工探讨[J]. 信息记录材料, 2020, 21(12):2=2.

[3]于佳岐. 探讨材料成型与控制工程中的金属材料加工技术[J]. 科学与财富, 2020,000(002):1-1.

[4]王有成. 材料成型与控制工程中的金属材料加工分析[J]. 内燃机与配件, 2021,12(20):2-2.