现代加工工艺中的金属材料运用

2020-02-16姚俊波

设备管理与维修 2020年24期

姚俊波

（内蒙古君正能源化工集团股份有限公司，内蒙古乌海 016000）

0 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 金属材料的特性

金属材料的特性是由金属的结合键性质决定的，具有其特殊的色彩与光泽，是电与热的良好导体。通常情况下金属材料是晶格结构，具有优秀的延展性，在熔融状态下可以与硫、磷、氮、氢、氧等非金属物质形成合金，从而对金属性能进行改变。根据金属元素添加量的多少，合金可以分为多元合金与二元合金等。金属材料还可以制作为金属间化合物，延展性优良的金属十分容易被氧化、生锈。

1.1 铸造性

铸造性是指金属熔化成液态时在铸造过程中具有的性质，金属材料的铸造性能往往指裂纹敏感性、吸气倾向、偏析、铸造应力以及收缩性、流动性等。铸造填充条件、浇注温度以及合金的化学成分等因素都可以直接影响金属材料的流动性[1]。合金中只要有能形成高熔点夹杂物元素的存在，就会对其流动性造成阻碍。合金中含碳量越高其流动性越好，纯铁的流动性最好，铸铁居中，含碳量在2%左右的合金流动性最差。

1.2 锻压性

锻压性是指金属在冲压以及锻造过程中可以承受塑性变形的能力。锻压性与金属塑性、变形抵抗能力有直接关系，与金属材料的加工条件和化学成本有间接关系。

1.3 焊接性

焊接性是指金属在施工条件一定的情况下，焊接成具有一定寿命的、满足设计要求的构件。焊接性较好的金属可以保证焊缝没有气孔、裂纹等缺点，通常情况下收缩小、导热性好的金属焊接性能较好。

1.4 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]。

2 金属材料加工工艺种类

金属材料的使用历史极为悠久，根据历史记载，在商代就已经有了使用青铜器的记录。多年的运用经验使金属材料的加工工艺以及生产冶炼工艺趋于成熟。尤其是现代以来，加工工艺中大规模地使用机器，推动了金属材料的快速发展。

2.1 铸造

铸造是金属材料最早使用的加工工艺方法，它是指将金属通过加热的手段熔化为液态，再将液态金属倒入事先做好的模具之中，待其冷却凝固成设计的形状。我国古代的青铜器具就是采用铸造方法制作的。

2.2 锻压

锻压是将金属材料利用各种机械设备对其产生压力，使其发生形变，从而得到一定功能、形状、尺寸的加工工艺方法。目前对金属材料进行的锻压主要分为冲压与锻造两个部分。锻压方法使用的时间较长，但对金属材料进行深层次的锻压是现代才开始兴起。金属材料最早的锻压因为技术与设备的不足，无法进行复杂处理。不过随着现代液压机等大型设备的出现，锻压工艺开始快速发展。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 热处理

金属材料热处理的加工工艺涉及的内容较为广泛，是将金属材料放置在介质中，并采取外部条件对其进行加热处理，等金属材料达到一定的温度后，其性能会发生改变，此时将金属材料放置在另一种介质中进行冷却，便可有效控制其性能。在金属热处理的加工工艺中，人们普遍关注金属材料性能的变化，如金属材料淬透能力等。

3 现代加工工艺技术中金属材料的应用

随着科技的不断改革与完善，金属材料艺术的体现也在不断符和着时代的发展，受到现代设计的直接影响，满足了现代人们审美的需求。在现代加工工艺中，金属材料往往更注重于设计情感以及外观美感的体现。金属材料的种类以及加工的技术手段具备多样性与开放性，可以有效保证现代加工工艺品与金属材料的完美融合。在现代加工工艺产品中，金属材料往往以金属片、金属丝、金银粉、金银箔等形式出现。

（1）在现代加工工艺成品的制作过程中，技术人员需要充分掌握材料表现的语言，利用现代加工技术手段对材料进行制作与加工，并在制作生产过程中合理引入富有美感的金属材料，使现代创新加工工艺作品中既含有传统工艺手段、又符合当前人们审美标准，充分体现现代加工工艺品的实验性与开放性，为现代加工工艺品的发展与生产源源不断地注入新鲜血液，引导技术人员对现代加工工艺品材料进行深入的追求与探索。

（2）将现代加工工艺品与金属材料之间进行结合，首先是按照设计人员不同的要求对金属材料进行加工，根据金属材料不同的化学性能和物理性能进行粉质加工、塑性加工、锻造等。还要选用不同的创作要求与技术特性，对不同的金属进行再加工处理，为现代加工工艺产品提供更完美、具有金属特质的美感。

（3）受现代加工工艺的影响，金属材料的美感会满足不同的设计需求。具备不同金属材料的工艺表现与性能是发挥其艺术美感的主要路径。比如，在漆画现代艺术作品中，通常采用的金属材料有铁、锡、铜、金、银等，它们都具备着良好的延展性且具有自身特殊的金属光泽与色彩，同时，金、银等金属材料不易腐蚀，铁、锡、铜等金属材料容易氧化腐蚀。在设计漆画现代艺术品的过程中，合理运用金属材料可以得到其他材料无法复制的艺术效果与材料美感，可以充分显示金属材料的个性与独特魅力。

金属材料从被人们发现的那一刻起，就因其特有的艺术形式与魅力长久发展在历史的长河中，是中华民族艺术中的重要组成部分。在殷商、战国以及春秋时期，青铜器的制造工艺水平已经极其发达，造型各异且功能齐全，如乐器、兵器、烹调器、酒器、食器等。青铜器物上面的装置极其丰富，是我国古代传统纹样的象征。在秦汉时期，对金属材料制成的器物的造型与设计开始逐渐注重审美特征与功能性的协调统一。在隋唐时期，对金银材料器物的制作与锻造工艺达到历史的鼎盛阶段。在明清时期，金属材料艺术品的发展已经到达了十分简洁、精炼的地步，在器物之中凸显出浓厚的朴实美感。