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现代加工工艺中的金属材料运用

发表时间：2021/5/6 来源：《中国科技信息》2021年6月作者：侯新宇

[导读] 随着经济和科技的快速发展，金属材料在现代生产生活中发挥着重要的作用，人们在不同领域使用的金属材料材质不同，所需加工工艺不同。金属材料在现代加工工艺中运用有着悠久的历史，为现代工艺加工形式美感奠定了基础。金属材料在现代加工创作中的运用能丰富加工质感，拓宽现代工艺产品受众面，为现代加工生产带来新动力。

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摘要:随着经济和科技的快速发展，金属材料在现代生产生活中发挥着重要的作用，人们在不同领域使用的金属材料材质不同，所需加工工艺不同。金属材料在现代加工工艺中运用有着悠久的历史，为现代工艺加工形式美感奠定了基础。金属材料在现代加工创作中的运用能丰富加工质感，拓宽现代工艺产品受众面，为现代加工生产带来新动力。为推动金属材料在生产生活中的应用，文章分析了金属材料工艺种类，对金属材料工艺加工方法进行了介绍。
关键词:金属材料；现代加工工艺；运用
        引言
        金属材料在加工工艺中已经有了数千年的使用历史，在人们的日常生活中占据着重要地位，为现代加工工艺的创作情感以及形式美感的表达奠定了基础。在现代加工工艺中，金属是运用最多的材料之一，无论是用于升值投资的黄金，还是在各种器械（设备）中被广泛使用的钢铁，都对人们生活生产的稳定性具有重要作用。金属具备较好的导电性、导热性以及延展性，在自然环境中大量存在。应用金属材料无法离开加工工艺，因此如何更好地加工金属材料并对其加工工艺进行改革与完善，一直是人们较为关注的话题。
        1现代工艺品运用金属材料的特点
        1.1金属材料的锻压性
        在冲击与锻造过程中使得金属材料重新塑性是金属材料锻压性的主要内容。塑性变形抗力大小、材料塑性与锻压性有着直接关系，影响了材料加工技术的选择，材料成分的比配。金属材料的锻压性还包括着材料的焊接性。通过一定的技术手段，考虑现代工艺制品的寿命前提下，把金属材料焊接成满足工艺设计的构件。焊接性能的好坏与焊接出来的构件质量有关，焊接性能好的工艺品不会出现气孔、裂缝等瑕疵，焊接性能不好的工艺品就会出现这些小瑕疵，影响整个工艺品的美观。焊接过程中要考虑焊接头的定力学性能，能够保障焊接构件出来的艺术品不会出现质量问题。一般情况而言，金属材料收缩性小、导热性强都不会出现焊接问题。
        1.2金属材料的铸造性
        融化成液态的金属材料有重新铸造的性能，利用这个特性，可以把金属材料铸造成不同的形状，提高工艺制品的美观感。铸造性使得金属材料具有了裂纹敏感性、吸气倾向、偏析、铸造应力、收缩性、流动性等特性，在现代工艺加工中根据特性的不同制作出不同工艺成品。铸型填充、浇铸温度和合金化学成分这三个条件极大的影响了合金流动性。金属材料纯铁的流动性，与含碳量有关，含碳量越大，流动性越强；含碳量越小，流动性越弱。在铸铁的不同类型中，流动性最好的是含有共晶成分的铸铁。在合金中，将对合金的流动性因素主要是能否形成高熔点夹杂物。
        1.3切削加工性
        切削加工性是指金属在切削加工过程中的难易程度，它与金属的加工硬化、内部结构组织、导热性、硬度等因素有直接关系，其中硬度占有重要地位。在金属材料中，硫、铝元素会在一定程度上降低钢的硬度与强度；合金元素会在一定程度上提高钢的硬度与强度；游离石墨可以有效改善金属材料的加工性。金属材料的组织不同，其机械性能也各不相同，马氏体、珠光体等金相组织的出现会导致金属材料加工性能显著下降。
        2机械设计中金属材料的选择原则
        2.1机械性能
        机械生产制造中，材料选择时要考虑金属材料本身的荷载力大小和荷载性质，尤其是机械设计中的材料荷载力和可塑性，是决定企业生产机械产品性能的关键。设计师要想在后期设计过程中保证机械良好的使用效果，就要尽可能选择荷载水平较高的金属材料，否则金属材料因荷载性能较低而引发的使用受阻碍或者使用失效等不良反应，都会影响企业生产材料的效果。企业的技术人员应认真审核加工材料，检测材料的性能，评估材料的各项性能参数；在必要的情况下，还应对材料进行调质、渗碳、氮化等技术处理。
        2.2尺寸与质量
        现代机械制造业是一个容错率较低的行业，所生产的元件会被应用于各种形式的生产过程中，一个小的零件发生规格错误，都有可能影响实际的生产效果，或是给实际的生产造成严重的安全事故，因此机械制造一般要求零容错率。如果机械制造企业的选材不当，就可能导致金属材质部件的质量或者尺寸不合格，轻者会造成资源浪费，重者可能会给企业的生产造成巨大的损失。由此可见，零件的尺寸与质量也是企业选择机械制造金属材料的一个重要的内容。企业的技术人员在选材时，要全面考虑生产产品的尺寸与质量，选择与之相符的金属材料，既可以帮助企业避免资源浪费的情况，也可以满足机械制造行业的零容错率要求。
        2.3工作环境
        工业机械制造行业所生产的软件多数会被应用于工业生产中，而各个机械组成部分所处的工作环境并不相同，因此选择不同功能的金属材料非常重要。对此，机械制造企业要考虑以下几点因素。1）温度方面的因素。金属材料可能会随着外界温度的变化而出现热胀冷缩的情况，在热胀冷缩的条件下，金属材料体积的变化幅度不同，膨胀系数也有所差异，因此企业选择金属材料时要考虑温度方面的因素。2）湿度及金属材料防腐蚀性能方面的因素。机械制造生产中，一些零件可能会在高度腐蚀的环境中工作，如果环境的条件较为潮湿，就只适合高防腐蚀能力的金属材料应用其中，否则金属材料的防腐蚀性能不强，可能会影响机械设计的效果。3）耐磨性能方面的因素。零件在运行的过程中必然会出现磨损问题，随着运行时间的延长，零件的磨损程度会越来越高，达到一定程度的时候，就可能会引发连锁的生产故障，因此企业要选择硬度较大、耐磨性较好的金属材料，有效地延长机械产品的使用寿命。随着现代焊接技术、热喷涂技术的发展，零件性能的加工技术也更加先进，可以促使零件的寿命得到有限的延长，节约企业的生产成本，有助于企业获得更高的经济利益。
        2.4加工需求
        金属零部件的生产过程比较烦琐，各类金属零部件的结构也相对复杂，因此金属材料加工时要考虑其材料本身的性能，只有达到与生产需求相符合的条件，才能进一步开展机械设计工作，这也是设计者必须考虑的实际因素。

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对于一些生产过程较复杂零部件的机械加工过程而言，企业需要进一步采取高端加工技术的方式，如板材冲压元件焊接等加工流程可以检验金属材料的加工性能，无法通过材料的性质检测就无法被应用于实际的机械制造中。金属材料本身只有具备较好的冲压切削能力或铸造焊接性能，才能适应更高水平的机械制造，而现代工业的机械制造生产需要综合性能较优的金属材料。
        3现代工艺中金属材料的主要运用
        3.1根据金属材料的锻造性进行温挤压成形法加工技术
        锻造性的金属材料具有高的可塑性能，通过温挤压的方式把金属材料原有形状塑造成工艺品所需形状。塑造主要是通过挤压放在模型里的金属材料，利用外力把金属材料的形状塑造的与模型一致。利用温挤压塑造金属材料形状时，最关键的地方是挤压模具的设计。根据设计的现代工艺品图纸，制作出与设计图形状、大小、精度一致的模具。构建模具的结构，模具压力承受数据，选择合适的压力机，设计程序及挤压工艺这些因素极大的影响力了工艺品的制作。挤压过程中最容易出现的问题是过程中产生了挤压温度，温度降低了挤压力度，为了解决这个问题，需要控制挤压温度，适当降低温度，保障挤压力度处于同一大小。
        3.2根据金属材料的铸造性进行热处理法加工技术
        热处理法加工技术主要是针对加工的金属材料进行热加工，热加工的方法有三种，根据工艺品所需技术的不同选择合适的加工处理法。第一种是通过高功率密度激光法，主要使用在汽车部件制作领域，因为这种方法制作成的工艺品耐磨性较高，硬度及强度能够满足汽车所需，一般不会轻易腐蚀。第二种是硬涂层技术，主要使用在表面金属材料，利用这种技术制作出来的工艺品非常耐用，且技术使用比较方便。第三种技术是利用化学原理采取薄层渗透技术，这种技术使用相较于其他两种来说范围比较广泛，比传统的技术更加有效，减少了能量消耗，改善环境，缩短了能量消耗时间。
        3.3焊接
        焊接是将金属材料利用高压、高温或加热的手段进行接合的加工工艺方法。随着热塑型材料的产生以及运用，焊接往往也指金属材料与热塑材料的接合。因此，在金属材料加工工艺中，焊接也可以被称为熔接。目前比较常见的焊接方法有钎焊、压焊和熔焊。焊接工艺的技术水平难度大，运用时间较短，即便对金属材料进行最普通的焊接，也必须使用高温焊头。随着科技的发展，现在人们已经可以进行高性能的金属材料焊接工作。
        3.4切削
        切削是将金属材料利用砂轮或者刀具等工具对其外部形状进行处理，从而获得设计形状的工件的加工工艺方法。砂轮和道具的操作方法、使用规格直接决定了切削加工的精密程度。像航天航空等特殊行业，对金属切削加工的精密程度要求极高，甚至可以高达纳米水平。对金属材料进行切削无法离开车床的使用，合理利用车床，工作人员可以将金属材料直接加工成精密程度较高的形状，并且在加工过程中，金属材料无需进行加热处理，因而不会轻易产生气泡、裂缝等现象，避免了温度对金属材料造成的影响。随着现代数控机床的诞生，已经可以全面实现高精密的金属切削工艺技术。
        3.5选择污染小与耗能低的材料
        企业在机械制造与生产中要认真贯彻落实现代可持续发展的理念，金属材料的选择应尽可能避免在加工过程中产生大量的废气和废料，有效减少机械生产对环境的污染和资源的浪费。有些金属材料在经过热工艺处理后，其性能会得到提升，使用寿命也会得到延长，但是热工艺处理过程中存在污染环境的现象也会消耗大量的能源，因此制造企业应尽可能避免使用需要大量热处理的材料。如果一些金属材料无法避免要进行热处理，企业也要尽可能选择处理工序较少的材料，以有效降低能耗和环境污染的程度。
        3.6选择可回收再生的加工材料
        选择合适的加工材料在机械设计中非常重要，减少产品材料的种类，尽可能选择可回收、可再生、易降解的材料，提升基础材料对环境的兼容性。机械使用过程中必然会出现材料磨损的情况，磨损严重的材料就要报废；而报废之后的金属资源回收问题也是设计中需要考虑到的因素，如果废弃的资源无法得到大比例的回收，社会资源的浪费问题将会越来越严重。有些金属材料中存在有害物质，若无法回收就会危害人们的身体健康，设计师在设计机械元件时，既要保证零件的优良性能，更要减少产品中材料元素的种类，使金属材料在废弃回收后还可以进行二次利用，而且回收的成本比较低。若是橡胶与金属的混合设计，其报废以后的回收过程中则很难分离出金属物质，二次利用的效率也会大大降低。
        3.7根据金属的性质利用粉末冶金技术
        粉末冶金技术主要针对的是各种金属，在加工过程当中，工作人员可以放一些和加工金属颜色或者质地相符合的金属粉末，然后共同的放入加工零件的模具中，而这些金属粉末在经过高温作用之后，会和模具完全的契合起来，和黑色金属之间也不会产生任何的缝隙，最终形成一个完整的模型。简而言之，这就是一种拼接技术，这种手段并不需要具备较高的技术性，也不需要其他机器设备进行辅助，更重要的是在加工过程当中不会造成任何原料的浪费，不会产生一些边角料。不同的加工技术是为了展现独有的工艺品美感。现在的工艺品制作方式多种多样，主要目的就是制作出美观感较强的工艺品。所以现代工艺品的制作，不仅是熟练掌握金属材料特性，还要知道金属材料能带给人的感官效果。在工艺品的制作中，通过适合的金属材料处理技术，制作出符合现代人审美的工艺品。现代工艺品的创作中，选择引入美感艺术高的金属材料，可以把当代工艺品的美观感展现无疑，促进了工艺品制作的发展，符合了大众审美标准，且促进了工艺品使用的金属材料进行深入开发。
        结语
        在日常生活与现代加工工艺产品中，金属材料占据着重要地位。为了使金属材料自身的性能得到充分利用，就必须采用合适的加工工艺进行处理。根据金属材料化学、物理以及机械性能的不同，选用科学合理的工艺技术对加工，不仅能保证所选用的金属材料满足设计者需求，还可以满足产品功能的体验、符合人们的审美。
参考文献
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