什么是成型加工？介绍几个具有代表性的成型加工方法（锻造・铸造・冲压・注塑成型）

 

成型加工是指使用金属或砂子制作的“模具”，对金属或树脂等材料进行加工并最终制成产品的方法。虽说都叫做成型加工，但模具的使用方法多种多样，包括将材料压入模具中使其变形或者将加热熔化的材料注入模具中等。成型加工除了有下面要介绍的锻造、铸造、冲压、注塑成型之外，还有很多其他的加工方法，可根据材料和所需形状等进行综合选择。成型加工的历史悠久，早在公元前 4000 年，美索不达米亚就已经开始使用铸造工艺。以前金属作为装饰品用途等也仅限于锻造品，但随着利用模具进行铸造工艺的发明，金属制武器和农具便开始盛行。成型加工是以18世纪英国工业革命为契机转向了工业领域的。伴随工厂的发展，利用成型加工的方法能制造出大量相同形状的产品，这也为以铸造为中心的世界机械化进程做出了巨大贡献。之后，随着19世纪塑料的发明，採用成型加工制造的产品数量进一步增加。成型加工最大的特征就是将材料放入到模具中进行加工。因此，利用成型加工制作产品就像制作鲷鱼烧一样，分开模具就能得到产品。在起模时会导致出现卡死的特征是不能用这种方式进行加工的，例如侧面有孔或有内凹形状。另外，由于需要将材料填充到模具内，加工空心形状产品时需要在设计阶段仔细思考。

任何加工方法都有其优缺点，当然成型加工也有适合与不适合的情况。成型加工的优缺点如下所示，其中许多可归于 “模具”的原因。

 

优点

• 适合大批量生产
• 易于保持稳定的质量
• 可加工复杂的曲面

因模具是固定的，很适合制作大批量相同形状的产品。在保持相同加工条件下，品质也可以保持在稳定状态。因此，它适用于制造通用性产品或出货数量大的产品等。另外，类似换气扇叶片或汽车车身等复杂的曲面产品，只要制作出模具，就可以相对容易地进行加工生产。

 

缺点

• 制作模具耗费时间和费用
• 已有模具修改困难、灵活度较低
• 某些形状无法加工

无论是金属模具还是砂模，基本上都要根据每个产品的形状来制作专用的模具。由于模具不具备通用性，需要个别制作，因此制作模具本身既费时又费钱。因此，它不适用于生产小批量、多类别的产品。而且，模具一旦完成，基本上就不能做大的改动。若在量产后出现缺陷，就必须在考虑对模具影响的基础上研究改善对策等，因此量产开始后的灵活度较低。另外，成型加工本质上都是向模具中注入材料后，等待成型，然后打开模具取出材料的循环过程。因此，能采用此方法加工的，都是形状不影响模具开合的产品。

作为锻造工艺最知名的就是日本刀的加工。在锻造日本刀过程中，先将材料加热至红色，然后用锤子捶打材料使其不断变细变长，而在工业领域中产品是通过 “模具 “而不是锤子敲打成型的。
锻造就是通过捶打施压成型的方法：锻造是一种利用钢铁或铝合金等金属材料可塑性的加工方法。是一种使用锤子或模具大力捶打铸块或圆柱形金属块，使其产生可塑性变形后得到锻件的方法。锻造根据加工时材料的温度进行分类，大致可以分为“热锻”和“冷锻”2种类型。热锻根据材料不同其控制温度也不同，比如铁制材料通常在1,100℃～1,250℃范围内加工，而铝制材料一般在400℃左右加工。另一方面，冷锻基本都是在常温下加工，但材料的温度会受变形过程中产生的热量而升高，因此，温度基本上都能达到数百度。在锻造加工中，撞击会使材料内部的金属结构致密化，并具有使晶体方向一致的效果。日本刀之所以采用锻造方法，也是由于通过锻造可提高材料的强度。综上可知，锻造适用于制造受力较大的零件。另一方面，由于需要使用模具施加强压，需要使用大型冲压设备。这样做的缺点是需要投入大型设备。

 

锻造的主要用途
锻造产品主要用于如下场景。

• 汽车零件（发动机的曲轴等）
• 飞机零件（发动机的涡轮等）
• 发电站零件（涡轮的主轴等）
• 工具（菜刀或钳子等）

铸造是以铁或铝等金属材料为对象的加工方法。铸造可以说是人类在金属材料加工历史中，最早使用的加工方法。
铸造是指将液态金属倒入模具中的成型方法：铸造是将加热成液体的金属灌入模具后，让其冷却凝固的加工方法。模具包括金属模具、砂模、石膏模等。由于是将液态金属倒入模具中，与锻造相比，通过将材料填充满整个模具腔体，可以制作更复杂的形状。使用金属模具时，模具费用较高，但砂模或石膏模的制备成本相对较低，更适于生产小批量的传统工艺品，这也是其特征之一。另一方面，在铸造过程中，需要将金属加热到熔化状态为止，所以除了主要的加热设备之外，还需要其他大量的材料处理设备，这是其缺点。而且，有时加工出来的产品内部还可能会产生 “蜂巢”形的孔洞。另外，用于铸造的铁被称为铸铁，含碳量相对较高，因此，铸造工艺生产出来的产品脆性相对较大，强度不高。在利用模具加工（加热后的）金属这个意义上，需要将铸造和锻造进行比较的情况也很多。一般认为锻造的产品更结实，而铸造的产品价格更便宜，形状也更复杂。但因材质和形状的不同也各有差异，因此以上结论也并非绝对。

 

铸造的主要用途
铸造主要适用于生产大量的、形状复杂的产品，所以广泛应用于下列类别产品中。

• 汽车零件（发动机变速器的外壳，轮胎的轮毂等）
• 电子产品零件（电脑和相机的架体等）
• 日用品（铁壶、平底锅、井盖等）

冲压(press)在英语中是“压”的意思，冲压加工是一种用模具压制材料完成成形的加工方法。冲压加工除了用于金属材料加工外，也可用于对纸和树脂等材料的加工，例如纸箱夹层中的波浪板和亚克力罩等。本文仅对金属材料的冲压加工进行简单介绍。
冲压是指将薄板材料通过模具施加压力使其成型的加工方法：冲压加工是使用模具在SPCC这种具有一定厚度规格的薄金属板上施加压力使其变形的方法，是利用金属可塑性变形的一种加工方法。是一种利用模具的形状，对金属板进行切割、折弯和挤压等实现成型的方法。与锻造最大的区别在于适用材料的形状，锻造使用的是圆柱形等块状材料，而冲压加工使用的是板状材料。另外，适用于冲压的金属板材质多为钢铁或铝合金等。由于材料较薄，和锻造相比需要施加的力较小，通常在常温下进行加工。与冲压加工非常相似的还有板金加工。两者都是利用模具使金属薄板变形的加工方法，但冲压加工和板金加工有以下区别。

• 冲压加工：使用专用模具，利用冲压机进行加工。适用于大批量生产相同形状的零件、机器自动送料和复杂形状（如深拉伸）。
  
• 板金加工：使用线性的通用模具，利用冲压制动设备进行加工。其特点在于，模具具有通用性，可以对应小批量多种类产品的制造，可灵活地应对设计变更。另一方面，它们不太适合批量生产，因为零部件都是一个一个手动作业加工出来的。
  

冲压的主要用途
基本是针对金属板材进行加工，因此多用于採用质量轻的金属板材设计的产品加工中。

• 火箭或飞机零件（外装品等）
• 汽车零件（车身或车门等）
• 家电产品零件（洗衣机的滚筒，日光灯的夹具等）
• 日用品（勺子或硬币等）

本文前面介绍的都是针对金属材料的加工，但注塑成型是对树脂材料的加工方法。注塑成型主要加工对象是塑料，针对部分橡胶等也可以进行加工，在这里主要说明的是针对塑料的注塑成型。
注塑成型是将熔融状态的树脂注入模具的成型方法：在注塑成型加工方法中，先加热熔化树脂（塑料）材料，然后在压力的作用下注入模具。然后，冷却使其凝固，得到产品的形状。材料包括颗粒或粉末状树脂。树脂的种类繁多，为了提高产品的功能形，也有在材料中混合添加物和着色剂的情况。注塑成型使用的模具基本都是採用不锈钢或专用金属制作而成。树脂相比金属更容易受到温度变化的影响，因此，模具中需要配置调整温度的加热装置和冷却装置等。从将熔融材料倒入模具这个意义上讲，注塑与铸造类似，但是使用的材料却完全不同。而且，注塑成型还可以完成更加复杂的加工，例如将不同种类的树脂注射到模具中进行的双色成型（双模）、金属零件等预先配置在模具中使树脂和金属部分结合为一体的嵌入成型等。

 

注塑成型的主要用途
塑料制品兼具质轻和耐久的优点，通过注塑成型生产的产品广泛应用于我们生活中的方方面面。

• 日用品（餐具或文具等）
• 容器（洗剂或饮料等）
• 玩具（外装品或内部零件等）
• 家电产品（外装品或装饰零件等）

成型加工是一种利用“模具”实现成型的加工方法，除了锻造和铸造外，还有冲压加工等多种针对金属材料的加工方法。另外，以塑料等树脂为材料进行成型加工的注塑成型也是成型加工的一种。由于都是利用模具进行的加工，因此适用于相同形状相同品质的大批量产品生产。但是，制作模具也需要大量的时间费用成本，因此在小批量、多种类生产中很难均摊模具成本。