金屬零件加工中對工藝設計的應用研究

宋佳瑋

（蘭州交通大學，甘肅 蘭州730070）

1 概述

金屬零件，顧名思義，是指各種以金屬材料為基礎形成的各種規格和形狀的金屬制品。根據金屬的不同分類，金屬零件可以分為鋼鐵零件和有色金屬零件。根據現有的技術發展和技術水平，金屬具有很強的加工性和實用性，在此基礎之下上就形成了金屬零件加工的工藝，所以說機械加工領域的各種工藝設計在金屬零件加工領域應用十分廣泛。

金屬作為一種重要的原材料，有其自身的特性，所以在考慮加工工藝的過程中要充分考慮到其抗拉強度、彈性程度以及屈服強度等特點[1]。

2 金屬零件加工的生產過程和工藝

金屬零件的生產過程是一個相互聯系、緊密配合的整體，具體如下：①生產與技術的準備，金屬零件的加工首先要對工藝和技術以及設備進行確定，以此來明確整個過程的基礎；②金屬零件毛坯的制造，采用合適的技術對金屬進行鑄造、鍛造、沖壓等技術處理；③金屬零件的加工，這是在前一個工藝的基礎之上對金屬零件進行進一步加工，諸如切削加工、熱處理、表面處理等。

金屬零件的工藝過程是金屬零件生產的重要過程，其主要目的是通過一定的工藝手段來改變金屬原材料的形狀、尺寸、相對位置和性質等，通過整個過程可以使金屬原材料變成成品或半成品。根據加工工藝各個階段的不同特點，加工工藝可以分為機械加工工藝過程和裝配工藝過程。

3 典型的金屬零件傳統加工工藝介紹

在對金屬材料進行零件的加工過程中，由于金屬材料自身的特性，首可能要對金屬材料進行一定程度的處理，諸如防腐防銹處理和加硬處理等過程。金屬材料進行防腐防銹處理的主要手法是磷化處理，這樣可以顯著提高金屬材料的防銹和耐腐蝕性能[2]。

常規的加工工藝是最常見，運用最普遍的工藝，根據其不同的特點可以分為切削加工和壓力加工。金屬切削加工日常十分普遍，整個過程最主要的是根據零件自身的特點以及金屬材料的特性調整刀具的運行軌跡以此來實現零件加工的目的。所以說其關鍵過程是機床和刀具的設計、刀具的合理使用以及切削過程的全程控制等。根據切削的不同特點可以分為連續切削和斷續切削兩種切削狀態。

壓力加工也是一種比較常用的工藝。金屬一般來講以固態的形式存在，根據固態金屬在外力作用下能夠產生塑性變形的特點，在這種外力作用下金屬的尺寸、外觀、形狀等具有一定的可塑性，在加工工藝的影響之下獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的金屬零件。根據壓力加工的不同特點，可以分為軋制和拉拔兩種形式。軋制是指金屬材料在兩個回轉軋輥的孔隙中受壓變形，獲得所需截面形狀和尺寸制件的加工方法。拉拔是指預先設計拉拔模的模孔當金屬材料通過時會產生塑性變形，從而形成所需要的金屬材料[3]。

精密鑄造是一種常規的金屬零件加工方法，主要運用于精準尺寸零件的獲取。相對于上述兩種工藝，這話總工藝最大的特點是零件的尺寸更加精準，零件的表面光潔度更高。其原理是將金屬進行融化使之形成液態，然后澆入固定的金屬鑄型之中。

綜合來看，微觀組織角度可以將焊縫劃分為三個區域：鈦合金主觀區（A）、綜合焊縫區（B）和鋁合金區（C）。通過能量色散X射線光譜儀進行各區EDS測試，其質量分數如表2。

表2 釬焊縫不同分區EDS分析結果（質量單位%）

2.2 釬焊接頭力學性能

本次實驗對前焊接頭力學性能也做出了相應測試，測試方法為壓剪法。壓剪過程中，合金母材受到下壓應力。通過檢測可以確定，釬焊接頭可承受最高強度為200MPa。

釬焊縫切斷面外部形貌進行觀測，可以將其分為D、E兩大分區。D區為合金過渡區，內部具有大量的Si顆粒，并與周圍結構組織緊密相連，沒有發現脫離現象[5]。經過能量色散X射線光譜儀進行各區EDS測試，其結果如表3所示。

表3 切斷面不同分區EDS分析結果（質量單位%）

2.3 實驗結論

通過本次實驗選擇的超聲振動釬焊法，可以對鈦合金和鋁合金進行有效金屬焊接。焊接后，通過微觀組織觀測可以發現，焊縫內會出現Zn-Al固溶體，并向一側偏移。在鈦合金浸入液態鋁時，會在表面產生鈦化鋁顆粒，平均厚度在3微米左右，焊接時不會產生異常反應，最后保留在焊縫中。焊縫接頭最大抗壓強度可以達到180MPa。

3 結語

鈦合金和鋁合金的金屬焊對現代高精尖設備生產具有重要的研究意義。通過對其焊接方法和相關釬焊接頭的微觀組織和力學性能進行綜合性分析，可以得出相關物理指標，從而為后續相關設備開發和應用提供理論基礎。

[1]馬志鵬,張譽嚳,閆久春,等．鈦合金與鋁基復合材料釬焊接頭組織及力學性能[J]．材料熱處理學報,2016, 37,18(1)：61-65．

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[3]靜永娟,岳喜山,高興強,等．TC4鈦合金釬焊接頭的組織與性能[J]．金屬熱處理,2017,42(2)：21-24．

[4]張思聰,雷永平,劉昕．退火對TC18鈦合金電子束焊接接頭組織與力學性能的影響[J]．機械工程材料,2017,41,14(1)：30-33．

[5]崔慶龍．預鍍層鈦合金與鋁合金電弧熔釬焊接頭界面組織及力學性能分析[J]．焊接學報,2016,37(10)：125-128．