鎂合金切削加工技術研究

王俊杰，張 偉

（遼寧科技大學，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，具有優良的物理和機械性能，如優異的機械加工性、降噪性、減振性和磁屏蔽性。在過去幾年中，它已應用于航空航天和汽車發動機領域中，廣闊的運用前景體現出其經濟價值。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進行相關探討。

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面的工件表面上的回彈量很大，導致加工表面和側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，加工過程中的容易出現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出來的化學性質不穩定，另外加上鎂的氧化膜不夠致密，難以保護內部金屬不受腐蝕，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優勢說明

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，表面質量卓越。

2.2 降低加工過程中的能耗

對切削參數進行優化，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，有效解決了對環境帶來的污染問題。可見現階段要廣泛應用干切削工藝，確保綠色制造的目標順利實現[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量的加工成品

合理設置切削參數，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量，達到磨削加工質量方面的要求。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RZ值小于10μm，在切割鎂合金零件時實現表面粗糙度值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鍵技術

3.1 合理設置工藝參數

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

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，產品的尺寸在不同環境溫度下將出現改變，主要是鎂合金熱變形引起。鎂材料線性膨脹系數比常見的金屬要高，鎂線膨脹系數為2.52×10-5k-1，鋼線膨脹系數為1.1×10-5k-1，這在汽車的大批量生產中讓零件的尺寸的參數控制顯得至關重要。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律并進行科學的處理，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，需要注重改善生產車間環境，采取通風除塵等措施，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，鎂和水發生化學反應，濕鎂粉也容易出現爆炸的現象，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 結語

鎂合金具有優異的環保性能，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構材料。隨著我國科研和生產中不斷涌現的新技術和新技術技術、新材料，這種材料正在逐步得以更廣泛的應用。在對該材料進行加工時，發現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。