镁合金切削加工要点

镁合金切削加工要点

1．引言

自20世纪90年代初开始，国际上主要金属材料的应用发展趋势发生了显著变化，钢铁、铜、铅、锌等传统材料的应用增长缓慢，而以镁合金为代表的轻金属材料异军突起，以每年20%的速度持续增长。镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金成分不同主要分为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 镁的物理性能

密度（20℃）：1.738g/cm3；熔点：650℃；沸点：1107℃；熔化热：8.71kJ/mol；汽化热：134kJ/mol；比热熔(20℃)：102.5J/kg.K；线胀系数：25.2×10－6/K；热导率：155.5W/m.K；电阻率：44.5nΩ.m；电导率：38.6%IACS

2．镁合金的性能特点及应用现状

镁合金具有以下几方面的特点：

(1)重量轻：镁合金的比重约1.7，为锌的1/4，钢的1/5，甚至比铝合金(比重约2.7)的比重也轻1/3。

(2)镁合金具有的“高强度、重量轻”特性使其可在钢、铸铁、锌合金甚至铝合金的传统应用中取代上述材料。

(3)优良的导热性、相对于工程塑料极佳的吸震性，较佳的机械强度、抗冲击性及耐磨性。

(4)抗EMI电磁波：镁合金为非磁性金属，电磁遮蔽性能优良。

(5)尺寸稳定性高：不易因环境温度变化及时间而改变。

(6)可回收：镁合金具有100%完全回收的特性，更符合当今环保要求。

(7)机械加工特性：如果设镁切削所需动力为1，则铝是1.8，黄铜是2.3，铸铁是3.5；且比重轻，切削惯性小，可高速切削。

镁合金的主要用途在于轻量化。目前镁合金压铸品的应用产业以汽车零组件为主，约占80%以上，其次为3C产业，其它如自行车、器材工具、运动用品及航天国防也都在其应用范围之内(见表2)。

表2 镁合金的主要用途

应用产业——应用产品

汽车零件——车座支架、仪表板及托架、电动窗电机壳体、升降器及轮轴电枢、油门踏板、音响壳体、后视镜架

自行车零件——避震器零件、车架、曲柄、花壳、三/五通零件、轮圈、刹车手把

电子通讯——笔记本计算机外壳、MD外壳、移动电话外壳、投影机外壳

航天国防——航空用通信器和雷达机壳、飞机起落架轮壳

运动用品——网球拍、滑雪板固定器、球棒、射弓中段与把手

器材工具——手提电动锯机壳、鱼钓自动收线匣、控制阀、相机机壳、摄像机壳

日本镁合金产品分布统计见表3。

表3 日本镁合金产品应用统计表

信息、通讯产品77％：其中：笔记本计算机39%，数字摄影机19%，移动电话14%，数码相机5%，投影仪6%，其它电子产品17%。

汽、机车零件18%：其中：汽车零件88%，机车零件12%。

农林机械5％：其中：农林业机械41%，电动工具27%，运动用品8%，其它24%。

美国政府与三大汽车公司(Ford)、通用(GM)、克莱斯勒(Chrysler)于1993年提出

PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles)计划，希望在2004年开发6人座省油车，以每100公里耗油3公升为目标，主要在于车体结构与动力系统的轻量化设计开发。未来可能镁合金化的汽车零件如表4所示。

表4 可以镁合金化的汽车零件

悬吊系统总成——零件名称：车轮，备用轮胎，控制臂(2个，后方)，控制臂(2个，前方)，引擎架，后方支架

内装总成——零件名称：仪表板、横梁，仪表板支架，椅背椅座，气囊零件

方向盘总成——方向盘零件

车身总成——零件名称：保险杆补强横梁，铸造车门内衬，铸造A/B柱，挡风片开关补强材，行李架，侧镜

刹车系统总成——零件名称：ABS零件，离合器/刹车踏板托架，踏板零件

电气机械零件——交流电箱，音响/EEC零件，雨刷电机，交流电/AC托架

动力系统总成——传动(阀体、箱、侧盖、启动器)，传动箱(总重量12kg的15%)，发动机组，支撑托架，罩套(油/水泵，机车马达)，汽缸盖，吸气歧管，引擎支架，油盖，前盖

3．镁合金加工的问题

基于以上优异的特性，使镁合金在未来发展中具有很强的优势，更符合当代对环境保护、可持续发展的要求，是取代钢铝材的最佳选择。由于镁金属化学活性大，给镁合金零部件的加工带来一系列的问题，妨碍了镁合金的推广使用，主要体现在：

(1)极易产生电化腐蚀。在冶炼、制造上需特别注意，在防蚀处理上也较其它金属困难。因此，为了使镁合金的应用更加广泛，对于镁合金的腐蚀机制、防蚀机制、表面处理技术及工件防蚀设计，需要有更多的处理程序。

(2)燃点低。在切削过程中必须考虑温度的影响，以防止切屑燃烧，并在加工中要采取相应的措施和条件才能真正杜绝事故的发生。

(3)工件变形的问题。镁合金的线膨胀系数比钢和铸铁大，切削热、温差等因素都会直接影响镁合金零件的精度，需要在选择加工余量、刀具几何参数、切削用量以及工装夹具的设计、检测方法的选择等方面有很好的措施。

4．切削加工技术要点

4.1 加工过程中防锈措施

零件应整齐排放在指定的库位，不允许接触地面；存放零件的地方应采取防潮措施；用布蘸汽油擦拭涂有防锈油的零件表面，吹干后才能进行加工；全部化学处理工序，即启封、氧化和涂漆工序应记录在过程卡上；零件启封后到投人加工不得超过15昼夜；零件经过划线后，氧化膜会被破坏，因此划线应在最后氧化前进行；采用干式切削加工，不得用润滑油和冷却液冷却，加工螺纹时允许用机油润滑冷却；全部机械加工工序应在最后氧化之前进行，特殊情况下，允许最后氧化后进行个别机械加工。零件的全部锐角应倒圆，以获得最好的保护；从机械加工去氧化膜开始，每隔10昼夜进行氧化处理。

4.2 零件表面后续防锈处理

(1)表面预清洗(前处理)：镁合金产品经由压铸或锻造等程序，其表面易混人氧化物、润滑剂、油脂等污染物，因此前处理的目的在于清洁镁合金表面以利后续处理。主要用两种方法