何为金属加工？讲解加工的种类和选择的要点！

金属使机器制造中与塑料并列的做常用的材料。很多机器零件都是加工金属制作的。这次将介绍金属加工的种类、产品示例以及加工法选择上的要点等。

 何为金属加工？

金属加工是指将金属作为材料加工成产品的加工总称。金属加工有很多种类，其分类方法也各种各样。基于JIS的分类法，如下图所示总结了代表性的加工方法。

金属加工大致分类为“成形的金属加工”和“改变性质的金属加工”。前者是对板材、棒材、熔融的金属等进行加工来制作出产品的形状的方法。后者是通过对金属实施热、化学处理来提高硬度从而防锈的加工方法。

 金属加工的种类和分类

让我们看看金属的各种加工法及其各自的特征。

 成形的金属加工

制作金属的形状的方法大致分为以下4种。

• 机械加工
• 塑性加工
• 铸造
• 其他

依次介绍各加工和特征。

1. 机械加工

机械加工有切削加工、磨削加工以及特殊加工这三种加工方法。

 切削加工

它是一种通过使用刀片状工具从工件上切削并去除不需要的部分来制作形状的加工方法。它是最常用的方法，因为它可以加工广泛的材料，精度和成本之间的平衡良好，并且通用性高。用车床、铣床和加工中心、钻床等进行的加工是代表性的。
车床用卡盘抓取工件并旋转，用刀具与其接触，对其进行切削。能够进行圆柱面加工和螺纹切割。
铣床和加工中心是将工件固定在工作台上，并用一种名为旋转铣刀的刀具进行切削。
钻孔机是将工件固定在工作台上，并使用钻头或丝锥等刀具进行开孔和攻丝加工。
它用于广泛的产品中，因为它与车床加工和铣削加工都是很常见的加工方法。在我们的日常生活中，家用电器和汽车的零件等都使用它。

 磨削加工

这是一种使用砂轮从工件上切削和去除不需要的部分的加工方法。它类似于切削加工，但可以得到更高的精度，因为它是用砂轮切削的。相反，单位时间可切削的量很小，既费钱又费时。 出于这个原因，大多数形状都是通过切削加工来制成，而磨削通常只在需要精度的地方进行。
使用外圆磨床和平面磨床进行加工是典型的。外圆磨床可以加工圆柱面，平面磨床可以加工平面，以提高平面度、圆柱度和表面粗糙度。
用于需要精密表面的地方，如汽车零件和机床的滑动零件等。

 特殊加工

既非切削加工又非磨削加工的机械加工归类为特殊加工。有各种种类，代表性的有电火花加工和激光加工。
电火花加工是在工件与电极之间施加电压，使之放电，用所产生的热熔融材料，进行成形的方法。电极使用形状与加工形状相同的石墨电极或电极丝。其特征在于能够进行高精度且微小的加工，即使是切削加工中难以加工的过硬的难切削材料也能加工。
激光加工是将高能的激光照射工件，用所产生的热熔融材料，使之蒸发而成形的方法。其特征在于能够进行微小且精密的加工。
电火花加工被用于雕刻模具的型腔，精密切割薄板、键槽。
激光加工被用于精密切割薄板或开微小的孔。

2. 塑性加工

塑性加工除了冲压加工和锻造，还有滚轧。

 冲压加工

是以较大的力将刀具、模具按压于板状的工件进行切割或者配合模具进行成形的加工法。
使用剪切机、冲压机、转塔冲床等。能够精密成形板材，还能用于各种产品。钣金加工也归类为广义的冲压加工。
广泛用于使用板材制造的车体外板、家电产品等。

 锻造

是用较大的力将锤、模具按压或碰撞工件来配合模具进行成形的加工法。为了易于变形，多对工件进行预加热，按照温度分类为热锻、温锻、冷锻。此外还能按照是否有产品形状的模具进行分类，有模具的叫做模具锻造，没有模具的叫做自由锻造。
前者使用气锤、液压冲压机，后者使用曲柄压力机等。
利用赋予工件强度的特征，用于发动机零件、扳手等耐受力量的产品。

 滚轧

这是将名为冲模的工具按压于圆筒状的工件使之变形来成形为冲模外周的形状的加工法。因一边旋转、翻转工件一边成形，因此得名。常用于外螺纹加工等。
在home center可以看到的螺栓等螺钉类为主要产品。

3. 铸造

是在炉子里熔化原材料金属，倒入具有产品形状的型腔（腔室）的铸模中，在其中固化制作产品的加工法。多用于复杂形状产品的大量生产。古代是使用沙子模具的砂型铸造，而现在还有使用模具的低压铸造、压铸等。
用于制作发动机零件、机床的基座、马达的零件等。

4. 其他

还有不在大框架内的加工方法。粉末冶金、金属3D打印机是较新的加工方法，能够加工复杂的形状和以往的加工方法无法加工的形状。

 粉末冶金

这是将原材料的金属粉末在对产品成形的模具中压实，用炉子加热，使颗粒彼此结合来制作产品的加工法。该方法使用机会较少，但能够制作其他方法无法制作的具有特殊性质的产品。
用于制作不太受力的齿轮、无需供油的特殊轴承等。

 金属3D打印机

这是阶段性地堆积作为产品所需的部分的材料来制作最终形状的加工法，近年来备受关注。因为刀具路径的必要性、形状的限制等较小，因此也能制作以往的加工法无法完成的具有特殊形状的产品等。以往，都用于快速试产品等，但也用于少量且高附加值的量产品。
这种加工法历史还比较短，但被用于制作喷气发动机的叶片、高级车的制动器零件等。

 改变性质的金属加工

改变金属的性质的加工方法有热处理和表面处理。

1. 热处理

金属的一大特征是通过热处理改变内部组织，激发各种特性。
最广为人知的热处理是淬火、回火。有不少人见过在制作日本刀的过程中，将烧得红彤彤的刀迅速浸入水中的场景。这就叫做淬火，是使钢变硬的热处理。但是，仅是硬化，会出现不耐冲击的缺点。刀也不例外，如果仅是进行淬火，在受到冲击时，会像玻璃那样开裂。因此，为了使之具备适度的韧性，还要进行回火处理。由此能够制作兼具强度和高韧性的刀。
正火是使金属组织均一化并提高机械性质的方法，是在对工件进行加工前实施的热处理。
退火是尽量软化金属的方法，在切削加工前进行或在某种程度的塑性加工后，在进一步进行加工之前进行。

渗碳淬火是淬火的一种，是通过使碳浸透钢的表面来部分硬化的方法。在齿轮的齿部、动力传递轴等希望局部强化的情况下，与渗碳用钢配套使用。以使用钢、铝制作的产品为中心，被广泛用于汽车零件、飞机零件等。

2. 表面处理

表面处理的代表性方法有电镀和化成处理。

电镀是用极薄的金属膜覆盖金属表面的处理。具有防止生锈、实现美观、硬化表面等各种功能。一般多使用镍、铬合金、锌等。为一般的表面处理，被广泛用于家庭用品、汽车零件等。

化成处理与电镀不同，是通过化学处理改变金属的表面性质使之具有各种功能的方法。

磷酸盐皮膜处理是被广泛使用的方法，被用于防止生锈和喷涂的基底。
铬酸盐光泽处理也是被广泛用于螺丝等的方法，通过在镀锌上实施，能够防止生锈。
用于汽车、建设机械等关于使用环境生锈要求严格的的零件。

 选择金属加工时的要点

选择金属加工时，请注意以下要点。

• 充分理解各加工法的特征

金属加工有各种种类，哪一种都有擅长、不擅长的特征。

在加工成相同的尺寸、特性的情况下，根据其选择方法不同，成本、时间存在较大差异。事先了解各加工法的擅长和不擅长的方面，在进行选择时会很方便。

• 要了解能够选择怎样的加工法

这一点往往容易被忽略，但即使知道最佳的加工法，有时也有自社工厂无法加工，或者使用计划排满而无法使用等。在实施金属加工时，自己事先了解能够选择怎样的加工法，掌握选项也至关重要。

• 尝试调查过去的事例

虽然也取决于产品，但也常有过去曾用金属加工制作过相似的零件的情况。此时最好查找记录，确认是以怎样的工序制作的。

• 与熟知的人讨论

自己调查也至关重要，最有效的是与熟知的人、了解情况的人讨论。生产技术部、制造部的人都是产品制造的专家，应该会从各种条件中告知我们最佳的方法。而且在实际制作时，最好请其演示加工。自己亲眼看到加工是很好的学习，百闻不如一见。

 总结

金属加工有各种方法。
有改变金属的形状的机械加工、塑性加工、铸造以及其他方法。改变金属的性质的热处理、表面加工等，根据用途和目的区分使用。

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