鎂合金切削加工要點(diǎn)

1、鎂合金切削加工要點(diǎn)1引言自 20 世紀(jì) 90 年代初開(kāi)始，國(guó)際上主要金屬材料的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)發(fā)生了顯著變化，鋼鐵、 銅、鉛、鋅等傳統(tǒng)材料的應(yīng)用增長(zhǎng)緩慢， 而以鎂合金為代表的輕金屬材料異軍突起，以每年 20%的速度持續(xù)增長(zhǎng)。鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。鎂合金按合金成分不同主要 分為 Mg-AI-Zn-Mn 系、Mg-AI-Mn 系和 Mg-AI-Si-Mn 系、Mg-AI-RE系、Mg-Zn-Zr 系和 Mg-Zn-RE 系。表 1 鎂的物理性能密度( 20)： cm3；熔點(diǎn)： 650；沸點(diǎn)： 1107；熔化熱： mol ；汽化熱： 134kJ/mol ； 比熱熔 (20)：；線脹系數(shù)：

2、10 6/K；熱導(dǎo)率：；電阻率： .m；電導(dǎo)率： %IACS2鎂合金的性能特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀鎂合金具有以下幾方面的特點(diǎn)：(1) 重量輕： 鎂合金的比重約， 為鋅的 1/4 ，鋼的 1/5 ，甚至比鋁合金 ( 比重約的比重也輕 1/3 。(2) 鎂合金具有的 “高強(qiáng)度、重量輕 ”特性使其可在鋼、鑄鐵、鋅合金甚至鋁合金的傳統(tǒng)應(yīng)用 中取代上述材料。(3) 優(yōu)良的導(dǎo)熱性、相對(duì)于工程塑料極佳的吸震性，較佳的機(jī)械強(qiáng)度、抗沖擊性及耐磨性。(4) 抗 EMI 電磁波：鎂合金為非磁性金屬，電磁遮蔽性能優(yōu)良。(5) 尺寸穩(wěn)定性高：不易因環(huán)境溫度變化及時(shí)間而改變。(6) 可回收：鎂合金具有 100%完全回收的特性，更符

3、合當(dāng)今環(huán)保要求。(7) 機(jī)械加工特性：如果設(shè)鎂切削所需動(dòng)力為1 ，則鋁是，黃銅是，鑄鐵是；且比重輕，切 削慣性小，可高速切削。鎂合金的主要用途在于輕量化。目前鎂合金壓鑄品的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)以汽車零組件為主，約占 80%以上，其次為 3C 產(chǎn)業(yè)，其它如自行車、器材工具、運(yùn)動(dòng)用品及航天國(guó)防也都在其應(yīng)用 范圍之內(nèi) (見(jiàn)表 2) 。表 2 鎂合金的主要用途應(yīng)用產(chǎn)業(yè) 應(yīng)用產(chǎn)品汽車零件 車座支架、 儀表板及托架、 電動(dòng)窗電機(jī)殼體、 升降器及輪軸電樞、 油門(mén)踏板、 音響殼體、后視鏡架自行車零件 避震器零件、車架、曲柄、花殼、三 / 五通零件、輪圈、剎車手把電子通訊 筆記本計(jì)算機(jī)外殼、 MD 外殼、移動(dòng)電話外殼、投影

4、機(jī)外殼航天國(guó)防 航空用通信器和雷達(dá)機(jī)殼、飛機(jī)起落架輪殼運(yùn)動(dòng)用品 網(wǎng)球拍、滑雪板固定器、球棒、射弓中段與把手器材工具 手提電動(dòng)鋸機(jī)殼、魚(yú)釣自動(dòng)收線匣、控制閥、相機(jī)機(jī)殼、攝像機(jī)殼 日本鎂合金產(chǎn)品分布統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表 3。表 3 日本鎂合金產(chǎn)品應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表信息、通訊產(chǎn)品 77：其中：筆記本計(jì)算機(jī) 39%，數(shù)字?jǐn)z影機(jī) 19%，移動(dòng)電話 14%，數(shù) 碼相機(jī) 5%，投影儀 6%，其它電子產(chǎn)品 17%。汽、機(jī)車零件 18%：其中：汽車零件 88%，機(jī)車零件 12%。農(nóng)林機(jī)械 5：其中：農(nóng)林業(yè)機(jī)械 41%，電動(dòng)工具 27%，運(yùn)動(dòng)用品 8%，其它 24%。美國(guó)政府與三大汽車公司 (Ford)、通用 (GM) 、克萊斯勒

5、(Chrysler)于 1993 年提出PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles) 計(jì)劃，希望在 2004 年開(kāi)發(fā) 6 人座省油車， 以每 100 公里耗油 3 公升為目標(biāo)， 主要在于車體結(jié)構(gòu)與動(dòng)力系統(tǒng)的輕量化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。 未來(lái)可 能鎂合金化的汽車零件如表 4 所示。表 4 可以鎂合金化的汽車零件懸吊系統(tǒng)總成 零件名稱：車輪，備用輪胎，控制臂 （2個(gè)，后方），控制臂 （2個(gè)，前方 ），引擎架，后方支架內(nèi)裝總成 零件名稱：儀表板、橫梁，儀表板支架，椅背椅座，氣囊零件方向盤(pán)總成 方向盤(pán)零件車身總成 零件名稱：保險(xiǎn)桿補(bǔ)強(qiáng)橫梁，鑄造車門(mén)內(nèi)襯，鑄造

6、 A/B 柱，擋風(fēng)片開(kāi)關(guān)補(bǔ)強(qiáng)材，行李架，側(cè)鏡剎車系統(tǒng)總成 零件名稱： ABS零件，離合器 / 剎車踏板托架，踏板零件電氣機(jī)械零件 交流電箱，音響 /EEC 零件，雨刷電機(jī)，交流電 /AC 托架動(dòng)力系統(tǒng)總成 傳動(dòng)（閥體、箱、側(cè)蓋、啟動(dòng)器 ），傳動(dòng)箱 （總重量 12kg的 15%），發(fā)動(dòng)機(jī)組，支撐托架，罩套 （油/ 水泵，機(jī)車馬達(dá) ），汽缸蓋，吸氣歧管，引擎支架，油蓋，前蓋3鎂合金加工的問(wèn)題基于以上優(yōu)異的特性，使鎂合金在未來(lái)發(fā)展中具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，更符合當(dāng)代對(duì)環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展的要求， 是取代鋼鋁材的最佳選擇。 由于鎂金屬化學(xué)活性大， 給鎂合金零部件的加工帶來(lái)一系列的問(wèn)題，妨礙了鎂合金的推廣使用，

7、主要體現(xiàn)在：（1）極易產(chǎn)生電化腐蝕。 在冶煉、 制造上需特別注意， 在防蝕處理上也較其它金屬困難。 因 此，為了使鎂合金的應(yīng)用更加廣泛， 對(duì)于鎂合金的腐蝕機(jī)制、 防蝕機(jī)制、表面處理技術(shù)及工 件防蝕設(shè)計(jì)，需要有更多的處理程序。（2）燃點(diǎn)低。 在切削過(guò)程中必須考慮溫度的影響， 以防止切屑燃燒， 并在加工中要采取相應(yīng) 的措施和條件才能真正杜絕事故的發(fā)生。(3) 工件變形的問(wèn)題。 鎂合金的線膨脹系數(shù)比鋼和鑄鐵大， 切削熱、 溫差等因素都會(huì)直接影 響鎂合金零件的精度， 需要在選擇加工余量、 刀具幾何參數(shù)、 切削用量以及工裝夾具的設(shè)計(jì)、 檢測(cè)方法的選擇等方面有很好的措施。4切削加工技術(shù)要點(diǎn)加工過(guò)程中防銹措

8、施零件應(yīng)整齊排放在指定的庫(kù)位， 不允許接觸地面；存放零件的地方應(yīng)采取防潮措施；用布 蘸汽油擦拭涂有防銹油的零件表面， 吹干后才能進(jìn)行加工；全部化學(xué)處理工序，即啟封、氧 化和涂漆工序應(yīng)記錄在過(guò)程卡上；零件啟封后到投人加工不得超過(guò) 15 晝夜；零件經(jīng)過(guò)劃線 后，氧化膜會(huì)被破壞，因此劃線應(yīng)在最后氧化前進(jìn)行；采用干式切削加工， 不得用潤(rùn)滑油和 冷卻液冷卻，加工螺紋時(shí)允許用機(jī)油潤(rùn)滑冷卻；全部機(jī)械加工工序應(yīng)在最后氧化之前進(jìn)行， 特殊情況下， 允許最后氧化后進(jìn)行個(gè)別機(jī)械加工。 零件的全部銳角應(yīng)倒圓， 以獲得最好的保 護(hù)；從機(jī)械加工去氧化膜開(kāi)始，每隔10 晝夜進(jìn)行氧化處理。零件表面后續(xù)防銹處理(1) 表面預(yù)清

9、洗 ( 前處理 )：鎂合金產(chǎn)品經(jīng)由壓鑄或鍛造等程序，其表面易混人氧化物、潤(rùn)滑 劑、油脂等污染物， 因此前處理的目的在于清潔鎂合金表面以利后續(xù)處理。 主要用兩種方法 清洗 :機(jī)械清洗，以不同研磨、粗拋光、干式及濕式磨蝕噴射等方式達(dá)到要求的表面粗糙 度；化學(xué)清洗，以溶劑清洗、堿洗、酸洗，造成其不同的表面狀態(tài)。(2) 鈍化處理： 鈍化處理是利用金屬表面與溶液間的非電解化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不溶解、無(wú)機(jī)鹽表面薄膜， 其目的除了可提高耐蝕能力外， 其鈍化膜亦可作為涂裝之基底， 以增加涂裝的附著 力。(3) 陽(yáng)極化處理：陽(yáng)極處理可產(chǎn)生陽(yáng)極氧化膜，大幅提升耐蝕能力； 產(chǎn)生金屬光澤質(zhì)感， 具備美觀裝飾作用， 其氧化膜也

10、作為后續(xù)涂裝基底， 增加涂裝的附著力。 如果能在后續(xù)封孔處 理得好，生成的致密氧化層可提高表面硬度及抗蝕性。(4) 電鍍處理： 利用電鍍技術(shù)可改變鎂合金材料表面顏色、外觀， 以達(dá)到所需之功能性及裝 飾性目的。 一般在考慮提高電鍍層附著力時(shí)， 會(huì)在電鍍處理前進(jìn)行數(shù)次打底的前置處理， 如 鋅置換、銅置換、無(wú)電鍍鎳等。(5) 金屬覆層： 金屬覆層可進(jìn)一步防蝕及增加表面機(jī)械性質(zhì)、硬度， 從而達(dá)到在特殊環(huán)境條件下最終選擇輕量化鎂合金的目的。鎂合金加工過(guò)程中防止燃燒的措施(1) 日常管理過(guò)程中的措施在規(guī)定的場(chǎng)地加工鎂合金零件，工作現(xiàn)場(chǎng)需整潔、明亮、通風(fēng)。要及時(shí)清理工作現(xiàn)場(chǎng)的鎂 屑，不準(zhǔn)在機(jī)床旁邊堆放切屑，

11、 而應(yīng)在廠房外指定專用容器放置切屑。 每臺(tái)加工機(jī)床旁應(yīng)配 置干粉滅火器或滅火用的干沙。(2) 技術(shù)規(guī)范措施選擇合適的切削用量和刀具幾何參數(shù)， 盡量避免小于的吃刀深度， 保持刀具的鋒利和斷續(xù) 切削狀態(tài)，避免產(chǎn)生薄的帶狀切屑。(3) 設(shè)備環(huán)境措施盡可能采用干式高速切削，不使用冷卻液，空氣自然冷卻，配置沖水排屑裝備。由于遇水 的鎂合金粉末容易產(chǎn)生氫氣，所以生產(chǎn)加工時(shí)盡可能使用礦物油(嚴(yán)禁使用酸性切削劑 )，對(duì)于油類切削液的機(jī)床需具有防漏設(shè)計(jì)。另外，在清除鎂屑時(shí)，盡可能不要接觸水。減少零件加工過(guò)程變形的措施鎂合金切削力小，切削能耗低，切削過(guò)程中發(fā)熱少，切屑易斷，刀具磨損小，壽命顯著延 長(zhǎng)，因此， 加工

12、鎂合金可進(jìn)行高速、 大切削量切削，這在一定程度上抵消了鎂合金價(jià)格較高 的弱點(diǎn)。 原則上任何刀具材料， 包括普通碳素鋼都可以用于加工鎂合金， 大批量切削加工時(shí)， 一般選用硬質(zhì)合金刀具， 金剛石刀具主要用在表面質(zhì)量要求較嚴(yán)的情況， 車削鎂合金一般也 選用金剛石刀具。但鎂合金燃點(diǎn)低 (650 )，在加工中必須用礦物油進(jìn)行強(qiáng)力冷卻，并把鎂的切屑迅速?gòu)募庸^(qū)運(yùn)走。另外，高速切削時(shí)，鎂合金有粘結(jié)刀具表面形成積屑瘤的情況。 降低變形的措施主要有以下幾方面：(1) 技術(shù)規(guī)范： 將粗加工與精加工分開(kāi)， 在粗加工階段去除大部分余量， 對(duì)框架類鎂合金零 件，特別是薄壁類零件， 可以采取粘貼阻尼材料的方法降低加工時(shí)的

13、切削振動(dòng)變形。 考慮加 工過(guò)程減震處理， 減小切削余量和溫差。 粗加工與精加工工序間安排人工或者自然時(shí)效及相 應(yīng)的回火熱處理，以盡可能釋放零件內(nèi)部應(yīng)力，減小加工后變形。(2) 合理的刀具幾何參數(shù)： 采用大前角，一般 =2030，粗加工取較小值， 精加工時(shí) =10 15, s=6075。大的刃傾角可增加切削力。同時(shí)，要考慮后刀面的磨損對(duì)切削力的影響， 因此，控制后刀面的磨損保持刀具的鋒利程度也是降低切削力的有效辦法。 主偏角對(duì)切削力 有直接的影響， 減小主偏角、 增大切削深度與走刀量的比值對(duì)切削區(qū)內(nèi)的散熱有很好的作用。 一般主偏角 H=30 45。(3) 選擇適合的切削用量： 采用高速銑削技術(shù)進(jìn)行加工， 切削熱基本都由切屑帶走， 也可以