在机械制造领域，金属与塑料同为最为常用的材料。有许多机械部件是由金属加工制造而成。在本篇文章中，将对金属加工的种类、产品案例、以及加工方法的选用要点等进行讲解。
01所谓金属加工是？
金属加工是指为了制造出产品而对作为原材料的金属进行各种加工处理的总称。金属加工有许多种类，其分类方法也有很多。下图是根据JIS分类方式总结出的典型加工方法。
金属加工大致可分为“塑造形状的金属加工”与“改变性质的金属加工”两类。前者是通过加工板材、棒材或熔融金属等原材料来制造出产品形状的加工方法。后者是对金属进行热处理或化学处理以增加其硬度，或是提升其防锈性能的加工方法。
02金属加工的种类与分类
让我们来看看金属加工的各类方法及其特点。
塑造形状的金属加工
塑造金属形状的加工形式可大致分为如下4类。
1.机械加工
2.塑性加工
3.铸造
4.其他
下面将依次介绍各类加工及其特点。
1.机械加工
机械加工包括切削、磨削以及特殊加工3种方法。
●切削加工
这是使用刀具，通过切削和去除工件上不需要的部分来塑造形状的加工方法。这是最常用的加工方法，因为其广泛适用于各种材质，在精度与成本之间取得了良好的平衡，并且具有高度的通用性。最具代表性的就是利用车床、铣床、加工中心、钻床等设备进行加工。
车床是将工件夹在卡盘上让其旋转，并将被称为车刀的刀具贴在工件上进行切削。可进行圆柱面的加工以及攻丝。
铣床和加工中心则是将工件固定在加工平台上，并将被称为铣刀的刀具旋转贴在工件上进行切削。
钻床也是将工件固定在工作台上，使用钻头、丝锥和其他切削工具进行钻孔和攻丝加工。
车床加工和铣床加工都是非常常见的加工方法，因此被广泛应用于各种产品。比如大家身边的家电零部件以及汽车零部件等。
●磨削加工
这是使用砂轮削去工件上不需要的部分的加工方法。该工艺类似于切削，但由于是使用砂轮进行加工，所以加工精度更高。但是另一方面，单位时间内的磨削量较少，成本及加工所需时间更高。因此，通常是先采用切削工艺加工出大部分形状，只在需要高精度的部位采用磨削工艺。
最具代表性的就是利用外圆磨床、平面磨床进行加工。外圆磨床可用于加工圆柱型外表面，平面磨床可用于加工平面，可提升平面度以及外圆度，提升表面粗糙度。磨削常用于汽车零部件以及机床滑动部件等需要精密表面的场合。
●特殊加工
通常将不属于切削、磨削的机械加工方法归类为特殊加工。这类加工包含很多种方法，其中具有代表性的是放电加工和激光加工。
放电加工是在工件和电极之间施加电压引起放电，利用放电产生的热量熔融材料以加工出形状的工艺。电极包括与加工形状相同的碳电极和细线电极两种。该工艺的特点是能够进行高精度的精细加工，并且能加工由于硬度过高而难以采用切削工艺的材料。
激光加工是用高能激光束照射工件，利用产生的热量熔融、蒸发材料从而塑造形状。该工艺的特点在于，可以进行微小而精密的加工。
放电加工常被用于雕刻模具的型腔、精确切割薄板和键槽等。
激光加工则常被用于精密切割薄板、进行微孔钻孔等用途。
2.塑性加工
塑性加工中，除了冲压加工和锻造外，还包括滚压。
●冲压加工
该加工方法是将刀具或模具以很大的力按压在板材工件上，对其进行切割，或是根据模具形状对工件进行塑形。
主要使用剪板机、冲压机、转塔冲床等设备。可以对板材进行精密成型，广泛应用于各种产品。钣金加工也被分类为广义的冲压加工。被广泛应用于使用板材的车体外壳以及家电产品等。
●锻造
该加工方法是在锤头或模具上施加很大的力来按压或锤击工件，从而按照模具形状对工件进行塑形。为了让工件更容易变形，多数情况下会预先对工件进行加热，而根据温度不同，可以分类为热锻、温锻、冷锻。还根据是否使用基于产品形状所制作的模具，可分类为使用模具的模锻和不使用模具的自由锻。前者使用空气锤或液压冲压机，后者则使用曲柄压力机等。利用其能够让工件具备高强度的特点，可以应用于加工发动机零件以及扳手等需要承受力的产品。
●滚压
该加工方法是将被称为滚丝模的工具压在圆柱形工件上，使工件成型为模具外周的形状。由于是一边让工件旋转或滚动一边成型，所以得名“滚压”。也被常用于外螺纹加工等。主要产品是家用中心中常见的螺栓等螺丝类。
3.铸造
该加工方法是利用熔炉使作为原材料的金属熔融，并将熔融状态的金属倒入具有产品形状空腔的模具中，让其在模腔中固化以制造出产品。大批量生产具有复杂形状的产品时，多使用该工艺。古代的砂型铸造是利用沙子制造模具，而现代则使用包括金属模具的低压铸造以及压铸等。可用于制造发动机零部件以及机床基座、电动机零部件等。
4.其他
也有一些加工方法并不适用于这些大分类。粉末冶金和金属3D打印是相对较新的加工方法，能够加工传统工艺无法实现的复杂形状和几何形状加工。
●粉末冶金
该加工方法是将作为原料的金属粉末压入产品形状的模具中，并在熔炉中加热，让金属颗粒粘合在一起从而制成产品。虽然该工艺很少使用，但它可以生产出其他工艺无法实现的特殊性能的产品。比如节省驱动力的的齿轮、无需润滑的特殊轴承等。
●金属3D打印机
这是近年来备受关注的一种加工方法，通过分阶段堆积产品所需的各部分材料形成最终成品。由于对刀具路径和形状的限制等较少，因此可以造出传统工艺无法对应的特殊形状。以前主要用于快速制造试样产品，现在也被应用于生产小批量、高价值的量产产品。
尽管该工艺的发展历史还较短，但已被用于制造喷气式发动机的叶片以及豪华汽车的刹车零件等场合。
改变性质的金属加工
改变金属性质的加工方法主要有热处理和表面处理。
1.热处理
金属的主要特点之一，就是可以通过热处理改变其内部的微观结构并带来各种特性。最广为人知的热处理就是淬火、回火。很多人应该看到过这样的场景：在制作日本刀的过程中，烧红的刀被快速浸入水中。这被称为淬火，是种能够增加钢材硬度的热处理工艺。但是，如果仅仅只是提高硬度，则会出现过脆而无法应对冲击的缺点。日本刀同样也不例外，如果仅仅只是硬化，那么在受到冲击时就会像玻璃一样破碎。因此，还要再进行回火处理，以使其具有适度的韧性。从而制造出兼具硬度和韧性的日本刀。
正火则是在工件加工前进行的热处理工艺，该工艺是通过让金属组织均匀化而提高其机械性能。
退火是一种让金属尽可能软化的处理工艺，可以在切削前进行，也可以在一定程度的塑性加工后，在进一步加工前进行。
渗碳是淬火的一种，是通过让碳渗入钢材表面而部分提升其硬度的工艺。当希望对齿轮的齿部分以及传动轴等进行部分强化时，可与渗碳钢结合使用。这些工艺被广泛应用于包括汽车零部件与飞机零部件等在内的由钢和铝制成的产品。
2.表面处理
表面处理的代表性工艺包括镀膜与化学成膜处理。
●镀膜
这是在金属表面覆盖其他金属薄膜的处理工艺。可以实现防锈、改善美观度、表面硬化等各种不同功能。镀层金属通常多采用镍、铬、锌等。这是最常用的表面处理工艺，广泛应用于家庭用品、汽车零部件等领域。
●化学成膜处理
不同于镀膜，该工艺是采用化学手段改变金属表面性质，从而使其具备某些性能。磷酸盐处理是其中使用最为广泛的工艺，可用于防锈，或是作为涂装的底漆。铬酸盐处理工艺同样也是广泛应用于螺丝等产品上，镀锌后实施该处理可以提高防锈性能。经常用在使用环境恶劣，汽车或建筑机械等需要考虑防锈的零部件上。
总结
金属加工方法多种多样。主要有改变金属形状的机加工、塑性加工、铸造以及其他方法。还可以根据用途与目的来区分选用改变金属性质的热处理或表面处理等工艺。
下篇为大家介绍金属加工方法的要点。
