型材·擠出

工藝簡(jiǎn)介

將鋁棒（或銅）加熱到再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行擠壓，迫使金屬產(chǎn)生定向變形，從模具的?？字袛D出，再經(jīng)矯直等工藝獲得制品的方法。

擠出的原理，有點(diǎn)類似擠牙膏。

家里鋁合金門窗的邊框，工廠內(nèi)一些設(shè)備框體都是型材擠出的。型材擠出后獲得的是統(tǒng)一截面的拉伸體，當(dāng)然，要獲得最終制品，一般還需要后續(xù)的加工作業(yè)。下圖展示了一些典型的型材擠出應(yīng)用案例。

機(jī)型機(jī)臺(tái)配合不同的模具，可以生產(chǎn)不同截面形狀的制品，要獲得優(yōu)良制品，截面的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵。下圖展示的是擠型模具的結(jié)構(gòu)。

值得注意的是，由于模芯需要固定，模具結(jié)構(gòu)中不可避免的存在分流橋結(jié)構(gòu)，當(dāng)鋁流（或其他擠型金屬流）流通過分流橋后，會(huì)在母模的存料室中熔合，分流橋部位的鋁流會(huì)因較慢熔合形成合模線。這些合模線在素材上有時(shí)不太明顯，當(dāng)制品做表面處理后（如陽極氧化）會(huì)放大，有時(shí)會(huì)明顯可見。如對(duì)外觀要求高的產(chǎn)品，在開模時(shí)需要考慮這個(gè)因素。

壓鑄

壓鑄適用材料：鑄鐵，鑄銅，鋁合金，鋅合金，鎂合金

原理：利用高壓將液態(tài)金屬壓入模具內(nèi)，經(jīng)過結(jié)晶、冷卻后獲得制品的方法。

壓鑄工序需要經(jīng)過原材料熔煉，壓鑄成型，去渣料，和表面處理等工藝。壓鑄由于是高溫液態(tài)金屬進(jìn)入到模具型腔中固化成型，先進(jìn)入模具型腔中的金屬液體容易與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)而影響產(chǎn)品品質(zhì)，因此壓鑄模具都會(huì)設(shè)計(jì)渣包來儲(chǔ)存這些被氧化的渣料。

上圖可以看到，水口和渣包要占據(jù)相當(dāng)大一部分。壓鑄件出模后，還需要經(jīng)過去水口、渣包工藝，通常還需要視產(chǎn)品要求對(duì)表面進(jìn)行打磨，拋光，噴砂和機(jī)械加工，最后還需要進(jìn)行表面處理。而去水口，渣料，和打磨部分會(huì)對(duì)產(chǎn)品的一致性會(huì)有些影響，對(duì)于產(chǎn)品外觀和尺寸要求很高的產(chǎn)品需要注意。

善于觀察的看官們，可以對(duì)照上述壓鑄的工藝特點(diǎn)來找找生活中常見的壓鑄件制品。下圖是我找的一些案例，供參考。

沖壓

沖壓工藝適用范圍：薄壁金屬板材（鈑金）成型。

原理：利用沖床或油壓機(jī)的壓力，配合模具將板料進(jìn)行剪切、變形、折彎等工藝來獲得制品的方法。

沖壓模具的種類豐富，根據(jù)沖壓的工藝特點(diǎn)分為剪切模、折彎模、成型模、鉚合模等等。一個(gè)沖壓制品可能是由多副模具完成加工的，每副模具完成一個(gè)或幾個(gè)獨(dú)立的特征加工，每副需要一臺(tái)沖壓機(jī)床。這種模具教科書里叫級(jí)進(jìn)模，臺(tái)灣工廠也叫工站模。也可以將所有工序集中在一套模具內(nèi)完成，這種模具叫連續(xù)模。連續(xù)模需要更大噸位的機(jī)臺(tái)，模具造價(jià)也高，但是生產(chǎn)效率高。

拉深模是一種特殊的沖壓模，可以將一塊平板材料拉伸成杯狀體。材料選擇也需要選擇適合深抽的材料，拉深深度比較深的話，則不能一次拉深到位，需要進(jìn)行多次拉深。

CNC

CNC是多軸數(shù)控加工的簡(jiǎn)稱，配合不同的刀具，幾乎可以加工任何形狀。

原理：工具工件形狀將道路編寫成程序，有程序控制機(jī)床主軸刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工。

特點(diǎn)：加工范圍廣，精度高，但加工昂貴。

CNC為切削加工，加工成本于去除材料的體積成正比關(guān)系，加工成本高。廣泛應(yīng)用于模具加工，機(jī)械設(shè)備加工， 和小批量樣機(jī)制作。在快消產(chǎn)品中常作為擠型/沖壓/壓鑄等模制工序的后處理工序。（前工序模具制造為CNC毛坯，可以大幅減小CNC切削量，因此可以降低CNC成本）

上圖說明的是CNC的加工步驟，根據(jù)工件的3D模型編刀路，然后導(dǎo)出NC程序到數(shù)控機(jī)臺(tái)，再經(jīng)工件裝夾，對(duì)刀，使得工件的編程原點(diǎn)和機(jī)臺(tái)加工的原點(diǎn)重合。

CNC編程和加工很講究經(jīng)驗(yàn)和技巧，有專業(yè)的論壇討論相關(guān)技術(shù)問題。曾經(jīng)公司弄了臺(tái)精雕機(jī)，當(dāng)時(shí)沒有人操作。我自學(xué)UG編程，學(xué)對(duì)刀和操機(jī)。那兩年時(shí)間產(chǎn)品結(jié)構(gòu)自己設(shè)計(jì)，樣機(jī)也自己加工。塑料外殼分面加工還需要打石膏做支撐，現(xiàn)在回過頭想想其實(shí)也挺有趣的。做樣機(jī)時(shí)經(jīng)常會(huì)碰到一些清角和清根的問題，加工過程中遇到的一些工藝問題反過來其實(shí)也能對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化帶來一些思考。

粉末冶金

簡(jiǎn)介： 粉末冶金用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造制品的工藝技術(shù)。

與金屬鑄造/壓鑄相比，粉末冶金更適合于難熔金屬和小尺寸精密結(jié)構(gòu)件。但是成形過程中粉末流動(dòng)性不如液態(tài)金屬，因此結(jié)構(gòu)形狀有一定限制，制品強(qiáng)度也低于鑄件。

粉末冶金壓模成本高，一般只適用于大批生產(chǎn)。

金屬制品往往需要進(jìn)行表面處理，表面處理前需要做一些前置處理。

表面處理前置處理·打磨/拋光

原理：利用砂輪或布輪在制品表面打磨，去除制品表面的原始加工痕跡或表面缺陷的加工方法。

備注：壓鑄件出模后表面會(huì)有毛刺、顆粒和不均勻的氧化層；擠出加工制品表面也會(huì)留下拉絲痕跡。通常壓鑄制品和擠型制品在做表面處理前需要做打磨和拋光處理。

表面處理前置處理·噴砂

噴砂機(jī)是采用壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到被需處理工件表面，使工件表面的外表面的機(jī)械性能發(fā)生變化的一種機(jī)器。

產(chǎn)品表面粗糙度，由砂料目數(shù)和噴砂時(shí)間決定。

此處做一個(gè)小結(jié)，從加工成本，造型和結(jié)構(gòu)的豐富程度以及模具成本方便考量做個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比。僅僅作為參考，畢竟具體考量還需要根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)和工藝而定。

請(qǐng)注意上圖紅色字體。上圖紅色虛線框說明的是壓鑄鋁合金，因材料流動(dòng)性需要，材料中含有硅，不能氧化上色。采用脫硅氧化，氧化膜也會(huì)發(fā)暗，有黑點(diǎn)，光澤性不好。因此，壓鑄鋁合金極少用在外觀要求高的場(chǎng)合。

以下對(duì)傳統(tǒng)機(jī)加工以圖片的形式做下簡(jiǎn)單介紹，傳統(tǒng)機(jī)加工包含車、鉆、銑、刨、鏜、磨等工藝，經(jīng)過數(shù)百年的發(fā)展，至今在生產(chǎn)加工中仍占據(jù)很大比例。

車

特征：回轉(zhuǎn)體加工

鉆

特征：鉆孔加工，多軸鉆床可用于攻牙（內(nèi)螺紋加工）

銑

特征：主要用于面加工?？裳b夾各類銑刀，適合平面粗加工/精加工，也可加工溝槽和曲面。

刨

特征：用于平面、溝槽粗加工。

加工精度低、生產(chǎn)效率低，除銑床無法加工的大型工件外，基本已被銑床和CNC取代。

鏜

特征：于對(duì)已有的預(yù)制孔進(jìn)行精加工，或加工內(nèi)孔溝槽。 加工精度和表面質(zhì)量高于鉆床 。

磨

特征：利用砂輪等磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工，活得高質(zhì)量的表面。

文末，在附上金屬常見的幾種表面處理方式簡(jiǎn)介。

表面處理.陽極氧化

對(duì)象：鋁及其合金。

原理：在電解液（通常為硫酸液）和特定的工藝條件下，將鋁制品作為陽極，在外加電流的作用下在鋁制品上形成一層氧化膜的工藝。

著色：染色劑著色

膜厚：5μm~30μm。

表面處理.電鍍（水鍍）

對(duì)象：鐵、鋅、銅等及其合金。

原理：利用點(diǎn)解原理在某些金屬上鍍上一層其他金屬或合金的過程。工件作為陰極放入電鍍槽中，電鍍槽中的金屬離子在電場(chǎng)的作用下經(jīng)電極反應(yīng)還原成金屬原子在陰極工件上沉積形成電鍍層。

著色：由電鍍液的PH值和金屬離子共同作用決定。

表面處理.PVD（真空鍍）

對(duì)象：硬質(zhì)金屬及其合金。（對(duì)于鋅合金、銅等壓鑄件需要先化學(xué)鍍鉻后才能做PVD。）

原理：將惰性氣體或反應(yīng)氣體電離成離子，在電場(chǎng)的作用下轟擊靶材（電鍍消耗的材料），靶材濺射出來的原子或分子在電場(chǎng)的加速下沉積在工件表面而形成電鍍層。（鍍層具有高硬度，高耐磨性）

著色：氣體與靶材離子作用，共同決定。

表面處理.噴涂

對(duì)象：金屬或塑料。

原理：利用壓力或靜電力將油漆或粉末附著在工件表面，并經(jīng)過烘烤后在工件表面形成防腐蝕的裝飾層。

著色：涂料顏色。