金屬精密零件加工是一項複雜且高精度的製造工藝,涉及多種好的技術和嚴格的質(zhì)量(liàng)控(kòng)製措施。金屬(shǔ)精密零(líng)件(jiàn)加工對材料(liào)的選擇有嚴格(gé)要(yào)求,這關係到零件加工的精度、性能和質(zhì)量。以下是主要的要求:
一、材料的機械性能要求
硬度
加工適應性:材料硬度需(xū)要適應加工工藝。如果材料(liào)過(guò)硬,如某些高硬(yìng)度合金鋼,在切削加(jiā)工時會對刀具造成嚴(yán)重磨損,增加加工難度和成本(běn)。例(lì)如,硬(yìng)度高達 HRC60 以上的淬火鋼,加工時(shí)需要使(shǐ)用硬質合金刀具或超硬刀(dāo)具,並且切削速度和進給量都要相(xiàng)應降低。相反,材(cái)料過軟也會帶來問題,如純鋁等軟(ruǎn)質金屬,在加工過程(chéng)中容易產生粘(zhān)刀現(xiàn)象,影響(xiǎng)加工表麵質量。
成品性能要求:根據零件的使用場景,硬度要求有所不同。對於承受磨(mó)損的精密(mì)零件(jiàn),如機械手表中的齒輪,需要較高的硬度來保證耐磨性,其硬度一般要求在 HRC50 - 60 之間。而對於一些需要(yào)彈性變形的零件,如精密彈簧,材(cái)料硬(yìng)度要適中,以保證良好的彈性和疲勞(láo)壽命。
強度和韌性
加工過程中的(de)抗變形能力:在精密加工過程中,材料需要有足夠的強度來承受切削力、夾緊力等外力作用,防止零件產生變形。例(lì)如,在(zài)加工大(dà)型、薄壁的精密鋁合金零(líng)件時,材料的屈服(fú)強度應能保證零件在裝夾和加工過程中不(bú)會因為外力而發生明顯的塑性(xìng)變形。高強度材(cái)料可以減少加工過程中的振動和變形,有利於提高加(jiā)工精度。
零件使用時(shí)的可(kě)靠性:零件在實際使用中可能(néng)會受到(dào)衝擊、振動等複雜(zá)載(zǎi)荷(hé)。具有良好韌(rèn)性的材料能夠避(bì)免零件在這些情況下發生脆性斷裂。例如(rú),航空發動機的(de)葉(yè)片,不僅要承受高(gāo)溫和(hé)離心力(lì),還要能承受可能的外來物撞擊,所(suǒ)以需要選用強度高且韌性好的鎳基合金等材料,以確保葉片在複(fù)雜工況下的可靠性。
彈性模量(liàng)
尺寸穩定性:彈性模量反映了材料抵抗彈性變形的能力。在精密零件加工(gōng)中,對於(yú)一些對尺寸精度要(yào)求極高的零件,如光學鏡片模具,材料的彈性模量要高(gāo),以保證在加工和使用(yòng)過程中尺寸的穩(wěn)定性。當受到外(wài)力或溫度變化時,彈性模量高的材料變形(xíng)較小,有利於維持零件(jiàn)的精(jīng)度。
精度保持性:高(gāo)彈性模量材料(liào)有助於零(líng)件在長期使用過程中保持其(qí)形狀和精度。例如,在高精度的(de)量具加工中,使用彈性模量較高的不鏽鋼材料,可以(yǐ)使量具在反複使(shǐ)用和環境變(biàn)化下,依(yī)然能夠準確地測量尺(chǐ)寸,減少因材料變形而導致的測量誤差。
二(èr)、材料的物理性能要求
熱(rè)膨脹係數(shù)
加工精度影響(xiǎng):在精密加工過程中,溫度變化會引起材料的熱脹冷縮(suō)。如果材料(liào)的熱膨脹係數(shù)較大,在加工過程中由於切(qiē)削熱或環境溫度變化,零件的尺寸會(huì)發生明(míng)顯變化,影響加工精度。例如,在高精度(dù)的機床(chuáng)絲杠加工中,要選用(yòng)熱膨脹係數小的材料,如某些陶瓷材料或低膨(péng)脹(zhàng)係數(shù)合金鋼,以(yǐ)減少溫度對絲杠精度的(de)影響(xiǎng)。
使用環境適應(yīng)性:對於在溫度變化(huà)較大環境(jìng)中使用的精密零件,材料的(de)熱膨脹係數需(xū)要與使(shǐ)用環境相匹配。例如,在航天設備的零部件中,由於太空環境溫度變化劇烈,零件材料的熱膨脹係數要(yào)盡可能小,以保證設備在不同溫度下的正常運行和精度要求。
導熱性
加工散熱需求:在切削加工等過程中會產生大量熱量,材料的導(dǎo)熱性好可以使熱量快(kuài)速散發,降低加工區域(yù)的溫度。例如,銅及銅(tóng)合金具有良(liáng)好的導(dǎo)熱性,在電火花加工等容易產生局部高溫的加工工(gōng)藝中,使(shǐ)用銅電極材料可以有效散熱,避免電極和工件因過熱而產(chǎn)生變形或損壞。
使用中的熱管理:對於一些在工作過(guò)程(chéng)中會產生熱量的精密零(líng)件(jiàn),如電子設備中的散熱片,需要選擇導熱性好的材料,如鋁合金等,以保證零件能夠有效地將熱量散(sàn)發出去,維持設備的正常工作溫度。
密度
輕量化需求與性能平衡:在一些對重量有要求的精密零件應用場景中,如航空航天和汽車零部件領域,需要選擇密度(dù)小(xiǎo)的材料來實現零件的輕量化。但同時要考慮材料(liào)的性能是否滿足零件的功能要(yào)求。例如,在航空航天領域,在保證零件強度和剛度的前提下,大量使用(yòng)密度較小的鈦合金和鋁合金來減輕飛行器的重(chóng)量,提高燃油效率。
三、材料的化學性能要求
耐腐蝕性
加工(gōng)過程中的防護:在加工過程中,金屬材料可能(néng)會接觸到切削液(yè)、冷卻液等化(huà)學物(wù)質,容易發(fā)生腐蝕。對於精密零件加工(gōng),要選擇(zé)在(zài)加工環境下耐腐蝕性好的材料,或者對材料采取(qǔ)適當(dāng)的防護措施。例(lì)如,在加工(gōng)不鏽鋼精密零件時,由於其本身(shēn)具有較好的耐腐蝕性,在加(jiā)工過(guò)程(chéng)中可以減少因腐蝕而產生的表麵缺陷(xiàn)。
使用環境適應性:根據零(líng)件的使用環境,耐腐蝕性(xìng)是一個重要的考慮因(yīn)素。例如,在海洋環(huán)境中使用(yòng)的(de)精密金屬零件,如船舶(bó)上的儀(yí)器儀表外殼,需要選用高耐腐蝕性的材料,如鈦合(hé)金或特殊的不鏽(xiù)鋼,以抵抗海水的侵蝕,延長零件的使用壽(shòu)命。
化學穩(wěn)定性
加工工藝兼容性:在一些(xiē)特殊的加工工藝(yì)中,如化學(xué)蝕刻、電鍍等,材料需要具有良好的(de)化(huà)學穩定性。例如,在化學(xué)蝕刻精密電路板時,銅箔材(cái)料要能夠在蝕刻液中保持穩定的化學性質,以確(què)保蝕刻精度和電路板的質量。
使用中的化學反應抵抗能力:在零件的(de)實際使用(yòng)過(guò)程中,可能會接觸到各種化學物質。材料的(de)化學穩(wěn)定性好可以避免與這些物質發生(shēng)化學反應,導致零件性能下降(jiàng)。例(lì)如,在化工設備中的精密金屬閥門,需要選(xuǎn)用化學穩(wěn)定性高的材(cái)料,以防止閥門在接觸各種(zhǒng)化學介質後發生腐蝕或損壞。
四、材料的可加工性要求(qiú)
切削(xuē)加工(gōng)性(xìng)
刀具磨損情況:材料的切削加工性直接影響刀(dāo)具的使用壽命。易於切削的材料可以使刀具磨損緩慢(màn),降低加工成本。例如,普通碳素鋼的切(qiē)削加工性(xìng)較(jiào)好,在正常的切削條件下,刀具磨損(sǔn)相對較小;而一些高溫合金由(yóu)於其特殊的組織結構和高硬度(dù),切削時刀具磨損嚴重。
切屑形成與排出:理想的材料在(zài)切削時應能形成易於(yú)排出的切屑。如(rú)果切屑不易排出,會(huì)堵塞切(qiē)削區域,導致加工表麵質(zhì)量下降和刀具損壞。例如,在加工一些粘(zhān)性較大的金屬材料時,如奧氏體不鏽鋼,容易形(xíng)成帶狀切屑,需要采取(qǔ)適當的斷屑措施,如使用斷屑槽刀具(jù)或調整切削參數,以保證切屑的順利排出。
特(tè)種加工適應性
電火花(huā)加工適應性:對(duì)於電火花加(jiā)工,材料的(de)導電性是關鍵因素。隻有導電性良好(hǎo)的材料(liào)才能進行電火花加工。同時,材料的熔點(diǎn)、沸點等(děng)熱(rè)物理性質也會(huì)影響電火花加工的效果。例如,金屬材料的熔點和沸點較低(dī)時,在電(diàn)火花加(jiā)工過程中更容易被(bèi)熔化和氣化,加工效率相對較高。
電解加工適應性:在(zài)電解加工中,材料的電化學活(huó)性是重要的考慮(lǜ)因素。材料的電極電位決定了其在電解液中的陽極溶解(jiě)速度和加(jiā)工精度。例如,一些活性金屬在電解(jiě)加工中溶解速度較快,但加工精度可能較(jiào)難控製;而一些鈍性金屬溶解速度(dù)較慢,但加工精度相對容易控製(zhì)。