金属成型加工（Metal Forming Process）
金属成型加工是指通过外力使金属材料发生塑性变形，从而改变其形状和尺寸的加工方法。该工艺广泛应用于汽车制造、航空航天、机械工程、建筑等领域，是工业生产中不可或缺的核心技术。以下是其核心内容及分类：
一、定义与核心特点
定义
通过机械力（如压力、拉力、剪切力）或热力作用，使金属材料发生不可逆的塑性变形，形成所需形状和尺寸的零件或毛坯。特点
高效性：适合大批量生产（如冲压、轧制）。
高精度：部分工艺（如精密锻造、冷轧）可达到IT7～IT9级精度。
材料利用率高：减少切屑浪费（如挤压、拉拔）。
性能优化：通过变形改善材料组织（如锻造消除铸态疏松）。
二、主要分类与工艺
根据加工方式和温度条件，金属成型加工可分为以下几类：
1. 铸造
定义：将液态金属浇注到模具中冷却凝固成型。
分类：
砂模铸造：成本低，适合复杂形状（如发动机缸体）。
熔模铸造（失蜡法）：精度高，用于精密零件（如涡轮叶片）。
消失模铸造：无分型面，减少毛刺（如汽车缸盖）。
应用：航空航天、汽车、医疗器械。
2. 塑性成形
锻造：
自由锻：通用性强，适合大型零件（如轧辊）。
模锻：精度高，适合批量生产（如齿轮轴）。
轧制：
热轧：高温变形，生产板材、型材（如H型钢）。
冷轧：表面光洁，强度高（如汽车钢板）。
挤压：
冷挤压：高精度，用于小零件（如螺栓）。
热挤压：生产长型材（如铝合金管）。
拉拔：生产细长线材（如钢丝、电缆）。
3. 冲压
定义：利用模具对板材施加压力成型，适合大批量生产。
工序：冲孔、弯曲、拉深、翻边。
特点：单件成本低，表面质量高（如汽车外壳）。
4. 焊接
定义：通过加热或加压使金属连接。
分类：电弧焊、激光焊、钎焊。
应用：钢结构、管道、电子元件。
5. 粉末冶金
定义：将金属粉末压制成型后烧结。
优点：可制造复杂形状，材料利用率高（如齿轮）。
6. 增材制造（3D打印）
技术：选择性激光熔融（SLM）、直接能量沉积（DED）。
优势：定制化生产，减少材料浪费（如航空航天部件）。
三、关键工艺参数与质量控制
温度
热加工（如锻造、热轧）需高于再结晶温度，以降低变形抗力。
冷加工（如冷轧、冷拔）需控制冷却速率，避免裂纹。
应变速率
高应变速率易导致加工硬化（如冷轧）。
低应变速率适用于复杂形状成型（如超塑成形）。
模具设计
冲压模具需考虑间隙、导向精度（如±0.1mm）。
挤压模具需耐高压、耐热（如硬质合金材质）。
缺陷控制
折叠与裂纹：优化工艺参数（如降低挤压速度）。
回弹：采用补偿设计或热处理（如汽车覆盖件）。
四、行业应用与发展趋势
主要应用领域
汽车工业：冲压车身板、锻造发动机部件。
建筑行业：热轧H型钢、冷弯薄壁型材。
航空航天：钛合金锻件、3D打印复杂结构。
技术趋势
智能化：数控冲压、机器人焊接提升效率。
绿色工艺：短流程轧制、余热回收降低能耗。
混合制造：增材制造+传统加工（如打印近净形后精加工）。
五、经济与市场规模
全球市场：2025年全球金属加工市场规模约135.1亿美元，预计2034年达191.5亿美元（CAGR 3.55%）。
中国数据：2023年金属制品业营收6.24万亿元，从业人员765.1万人。
总结
金属成型加工是工业制造的基石，涵盖铸造、锻造、冲压等多元工艺，其发展推动了材料性能与生产效率的持续提升。未来，智能化、绿色化及增材制造技术将进一步拓展其应用边界。