7 种常见的金属产品制造成形工艺

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长久以来，坚固耐用又有良好导热性的金属不曾在食用器的制作中缺席。凭借良好的成形特性，金属制的产品可说是千变万化，小至水果叉，大至厚重的铁茶壶，无一不深植于我们的日常生活。究竟难以撼动的金属是如何呈现出这么多风貌? 新创产品的开发上又如何选择适当的工艺 ?

各式成形工艺的起源: 铸造与锻造

时至今日虽然有许多先进的技术，大多也只是以各种机具的运作取代人力，进行「铸造」或「锻造」这两个金属成形上亘古不变的方法。

铸造 :

由于金属熔融的特性，将液态金属倒入模具中冷凝固化的铸造成形一直是主要加工方式之一。常见的执行方式有翻砂、脱蜡、重力、离心或压力铸造等，根据成形需求，还有更多族繁不及备载的项目 !

铸造难以被取代的优势是从外形、原料种类、尺寸几乎都不受限，尤其是内腔形状复杂的物件；对于设备的投资也相对较低廉，废料回收再制也容易。铸造件能有很高的硬度，但是一般表面细致度与机械性质较差，报废率也高。

脱蜡铸造过程局部

铸造成形广泛应用于许多物件，像日本的南部铁器就是以沙模翻制厚实的铸铁茶壶。其他如金属刀叉、锅具、牛排的铁盘、甚至到大同电锅，都是以各种技术铸成，再搭配后端加工修饰。运用翻砂或脱蜡也能执行小批量的生产或打样，尤其适合内面造型复杂封闭或外形刁钻的物件。

锻造 :

应用金属的延展性，直接对原料锭或薄片进行敲打或辗轧直至成形。除浇铸跟机加工以外的各种成形方式几乎都是锻造技术的延伸。

锻件一般具有良好的机械性质，重型机具为主的制程也有节省原料跟生产快速的优点；人工为主的自由锻敲则有极高的灵活度，适合开发或高单价艺品少量制作。相对而言若非人力生产的小型物品，锻造零件的生产会需要资本浩大的加工机具，考量稼动率外形也不如铸造自由。

锻敲的过程可以致密金属的晶体结构，使物件轻薄而强韧。在手工锤锻上此特性能改善一些化学性质稳定或高价值金属的质软特性，如金、银、铜或锡等，栉比鳞次的锤纹也让每件作品带有独一无二的层次。

人工锻敲适合应用在延展性良好的贵金属，根据设计外形进行订制。如台湾的Woo Collective品牌便是以纯手工打造锻制锡器。

工业上的锻造除了大型的锻敲机和模具，一般还会结合许多淬链技术；多用于强度需求高的机械部件，如列车的车轮或是船舶的引擎传动轴。

工业时代的开端: 机加工技术

以动力机械对金属进行切削等减法加工，大幅提高了精度与产能，并实现「以机器生产机器」的概念，是开启了工业时代的重要技术，其中有大家熟悉的车床、铣床、搪床外，结合数位技术而发展的CNC 或多轴加工机等也一直是目前精密工业的主流

透过适当的刀具和工序，机加工的物件可以轻易达到极高的精密度与表面品质，并轻易地复制成果。少量生产高精度的产品或零件，并减少表面处理的成本而言，CNC 往往是不二之选。

机加工虽然精度极高，但在生产效率上难比铸造或冲压等工艺，适合用于公差要求较高的实体物件成形，如设备的零部件、模具、或外观单纯但定位精致的金属产品。逐件加工的特性也很适合前期打样开发。

少批量的精致生产:旋压成形

旋压是以人工或机器带动刀轮、工具，将金属片逐渐推向旋转中的模具来成形的工艺，可以大幅提升制造轴对称圆形物件的效率。虽然在今日大幅被成熟的冲压技术取代，但是依然有其独有的优势。

旋压成形的物件会有较强韧的机械性质，对胚料的拉伸程度也较大，不容易出现撕裂。模具成本低廉，一般只需要一副芯模即可制作；对于材料跟机台的要求也较低，常见以车床代用旋压机。

旋压成型所需的工序设备较冲压少，但是多采用人工制作，效率较低。适合品项众多但小批量的生产。工业量产上多用自动机具进行卷边或缩口加工冲压后的物件。但成形薄件产品时，熟练的人工可以得到比机器漂亮的表面外观。大件的手工旋压目前常见于铜铝制品，如铜锅、铜管乐器、钹或大型铝制灯罩等物件。

当代量产的核心技术之一：冲压

现代金属制品的量产很多是应用冲压的技术，其中的制程主要可分为冲切、折弯跟引伸。

冲压一般会有上下两副模具，将板材放入中间施压后，即可完成形变、截断或接合，进而完成物件。最常用于钣金构件的折弯、冲孔、外形裁切或压出增加结构强度的棱线，甚至也能直接冲出装饰性的纹样；不过这些几乎都是平面材料的弯折成形，不会大幅影响到料件的厚度，可以想像为较为复杂的折纸。

引伸成形(或称深抽、深引申)则是较为特别的项目，可以将平面的板材引伸成立体的中空胚体，引伸过程也会产生壁厚的改变，是生产各式杯具器品的重要工序，在量产上大幅取代传统的旋压成形。

良好的冲压件质轻但刚性高强，量产快速，品质也十分均一。制程上对于模具的要求严格，尤其是结合多种工序的复合模或连续模，成本更是高昂，适合大量而种类单一的生产。从家电、汽车外壳到保温瓶、托盘等小东西，目前市面上只要看到状似金属板材成形的物件，几乎都是由冲压量产制造。

当代量产核心之二：压铸

压铸是一种将利用压力将熔融金属注入合金钢模成形的方式，方法有点类似塑胶射出成形，可以一次制造造型又精细的物件，因此被广泛用在金属制造中。合金钢模的模具以机加工制作，而使用的材料主要以锌、铜、铝、镁、铅、锡和其合金，以抗压、耐腐蚀、可塑性高的材料为主，其中以锌材质最容易压铸成零件，而因为铁的熔点过高（前者金属大多400°C 左右，最高的铜也只有1,085 °C，但铁的熔点是1,538 °C），因此材料通常不含铁。而根据压铸金属的熔点不同，又分为冷热室两种压铸机来压铸出物件

常见的压铸物品像是汽车零件、医疗器材、灯具零件、电机零件等等，造型复杂而精细的物品。但也有设计师拿来制作简约的金属家具品，像是Samuel Wilkinson设计Grace 系列，以压铸做成铝零件再焊接起来，成为可堆叠的现代风格家具。

重工业的未来趋势: 金属3D打印

金属加工的模具、机具费用非常高，现有制程也存在许多限制。金属列印蔚为3D 成形中潜力极高的项目，大幅缩减开发与修正的成本，制作复杂有机的外形时，也没有铸件强度较弱的问题。如惠普开发的HP Metal Jet 技术，不仅成形快速，仅100 多公克的列印吊环也能轻易吊起4.5 吨的汽车 !

除了加速开发并挑战更多元的外型，金属3D 列印在医疗或是航太科技上成效尤其惊人，譬如再骨骼或关节的修补上，可根据患者状况或创口轮廓自由列印最适合的外形，并配合蜂巢结构降低重量，传统加工方式都不容易达成。

金属堪称工业时代最重要的原料，除了成形以外还有许多冶炼和表面处理的细节，可以说是人类史中最为详细成熟的技术。若少了金属工艺的发展，那怕科技是得倒退好几个世纪