鎂合金切削加工技術(shù)研究

王俊杰，張 偉

（遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114051）

鎂合金材料是一種普通金屬，材料具有較高的比強度和比剛度，但密度僅為鋁合金的2/3。它大約1.8cm，具有優(yōu)良的物理和機械性能，如優(yōu)異的機械加工性、降噪性、減振性和磁屏蔽性。在過去幾年中，它已應(yīng)用于航空航天和汽車發(fā)動機領(lǐng)域中，廣闊的運用前景體現(xiàn)出其經(jīng)濟價值。鎂合金切削刀具在加工過程中具有較小的切削阻力，在高速和大切削量的情況下具有良好的加工性能，在切削加工過程中產(chǎn)生的熱量少，易于斷裂，并且不會對刀具造成很大的磨損，基于此，本文對鎂合金切削加工技術(shù)進行相關(guān)探討。

1 鎂合金的材料特性

（1）鎂合金具有低硬度和強度。一般情況下，鎂合金的硬度不會超過BH80，強度通常為196MPa~294MPa，最高也不超過588MPa~687MPa，由于改材料硬度和強度低，并且還能抵抗塑性變形和劃痕，同時工件易于觸及和擠壓，即使不良的切屑在去除時也會刮傷加工表面[1]。

（2）鎂合金具有大的導(dǎo)熱性。在切割過程中將會帶走大部分熱量，并且刀具磨損很小，所以可以加速切割無需冷卻液即可加工。

（3）鎂合金具有較低的彈性模量。在夾緊力以及切削力作用下，容易發(fā)生大的彈性變形，讓工件難以獲得更高的剛度加工精度。在車削過程中靠近車刀側(cè)面的工件表面上的回彈量很大，導(dǎo)致加工表面和側(cè)面之間的接觸面積大，摩擦力也很嚴重，因此增加了刀具磨損，影響了零件的最終加工精度。

（4）鎂合金具有較大的線膨脹系數(shù)，加工過程中的容易出現(xiàn)熱膨脹和收縮等情況，影響加工精度。

（5）鎂合金在刀具材料的外力下具有很強的親和力，在高切削溫度和高切削力的條件下易與材料中的一些材料發(fā)生作用。當芯片流出并且工件的表面運動帶走工具材料中的顆粒時，一些元件粘在一起并導(dǎo)致粘合劑磨損。

（6）鎂合金材料的著火點低，其中鎂屑的燃點為428℃。溫度過高可能導(dǎo)致鎂屑燃燒，所以鎂合金加工該過程需要抗燃燒處理。

（7）鎂合金作為電負性最強的金屬之一，當它在空氣中時所表現(xiàn)出來的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，另外加上鎂的氧化膜不夠致密，難以保護內(nèi)部金屬不受腐蝕，因此加工的過程還需要同步做好仿佛處理。

2 鎂合金的切削加工技術(shù)優(yōu)勢說明

2.1 提高材料加工效率

鎂和鎂合金是所有金屬材料中最方便加工的材料之一。在一般性鎂合金加工中，端銑刀用于鎂合金零件的圓周銑削。當徑向切削深度為1.5mm，切削寬度為19mm時，硬質(zhì)合金在刀片干切加工時，切割速度一般為4500m/min，進給速度為12m/min，表面粗糙度是2.5μm。在鎂合金切削加工中，切割速度最大為7500m/min，鑄鐵、鋼材等金屬進行陶瓷刀具加工時，最高切削速度范圍為1000m/min~1200m/min。由此得出鎂合金是一種易于進行高速、高效加工的材料，表面質(zhì)量卓越。

2.2 降低加工過程中的能耗

對切削參數(shù)進行優(yōu)化，能夠案場鎂合金干式切削加工。干式加工過程中不需要使用冷卻液，整個流程更加簡單，提升了成本與資源的控制效果，由于不需要排放冷卻和進行廢液回收，有效解決了對環(huán)境帶來的污染問題?？梢姮F(xiàn)階段要廣泛應(yīng)用干切削工藝，確保綠色制造的目標順利實現(xiàn)[2]。在對鎂合金材料加工過程中也消耗低電能。圖1顯示了在相同加工條件下鎂合金和鋁合金的切除率。不難看出，鎂合金的比去除率比鋁合金高出超過30%不止，即在相同條件下鎂合金的能耗不到鋁合金能耗的70%，鎂合金材料切削加工技術(shù)能夠顯著降低能耗。

圖1 鎂合金、鋁合金不同切削厚度下的切除率對比

2.3 更容易獲得表面高質(zhì)量的加工成品

合理設(shè)置切削參數(shù)，保證鋁和鎂合金零件加工的正常進行，可以大幅度提升其表面質(zhì)量，達到磨削加工質(zhì)量方面的要求。當切削條件不變時，相比于鋁合金，鎂合金表面質(zhì)量更高。當高速切削加工時，通常切削速度超過3500mm/min，表面粗糙度可通過加工鋁制零件實現(xiàn)RZ值小于10μm，在切割鎂合金零件時實現(xiàn)表面粗糙度值RZ僅為2.5μm。如果精心選擇刀片材料和幾何角度等，可以進一步改善鎂合金零件表面粗糙度。

3 鎂合金的切削加工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 合理設(shè)置工藝參數(shù)

鎂合金材料點火點不高，溫度較高容易造成火災(zāi)。所以切割時加強對工件表面溫度的控制是一個關(guān)鍵問題。合理的加工參數(shù)能夠大幅度減小鎂合金工件表面加工溫度。通過對工藝參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化，加工鎂該合金加工效率才能得到保障，表面質(zhì)量也能實現(xiàn)提升[3]。因為鎂合金材料在汽車行業(yè)應(yīng)用較多，汽車生產(chǎn)是大規(guī)模進行，這樣參數(shù)的優(yōu)化除了會對汽車零部件加工質(zhì)量與效率帶來巨大影響以外，還是大部分特殊加工設(shè)備設(shè)計的標準基礎(chǔ)。

3.2 工件熱變形的處理

鎂合金若是熱變形較大，加工時作出全面測量，產(chǎn)品的尺寸在不同環(huán)境溫度下將出現(xiàn)改變，主要是鎂合金熱變形引起。鎂材料線性膨脹系數(shù)比常見的金屬要高，鎂線膨脹系數(shù)為2.52×10-5k-1，鋼線膨脹系數(shù)為1.1×10-5k-1，這在汽車的大批量生產(chǎn)中讓零件的尺寸的參數(shù)控制顯得至關(guān)重要。因為這需要特定部件的熱變形，尤其是殼型零。加強研究該件的熱變形以找出變化規(guī)律并進行科學(xué)的處理，充分考慮加工期間測量鎂合金熱變形等帶來的影響。

3.3 注意防燃處理

鎂合金加工過程中，需要注重改善生產(chǎn)車間環(huán)境，采取通風(fēng)除塵等措施，維持干燥，將防火工作做到位，提升安全水平。鎂合金易燃燒，鎂轉(zhuǎn)向的燃點約為428°C，火星將引起鎂屑燃燒。另外，在一個在固定的溫度下，鎂和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，濕鎂粉也容易出現(xiàn)爆炸的現(xiàn)象，造成燃燒事故。針對這種情況，切削加工時要合理用酸，另外盡可能使用干切削。

4 結(jié)語

鎂合金具有優(yōu)異的環(huán)保性能，能夠二次回收利用，所以它被稱為21世紀最綠色的工程金屬結(jié)構(gòu)材料。隨著我國科研和生產(chǎn)中不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)和新技術(shù)技術(shù)、新材料，這種材料正在逐步得以更廣泛的應(yīng)用。在對該材料進行加工時，發(fā)現(xiàn)材料具有耐腐蝕性差、著火點低并易變形的缺點使其難以加工，基于此重點探討適用于鎂合金材料加工的切削條件和加工方法。