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镁合金的发展趋势及切削加工要点(2)
2006年8月8日 9:13  
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。主要用两种方法清洗:①机械清洗,以不同研磨、粗抛光、干式及湿式磨蚀喷射等方式达到要求的表面粗糙度;②化学清洗,以溶剂清洗、碱洗、酸洗,造成其不同的表面状态。

(2)钝化处理:钝化处理是利用金属表面与溶液间的非电解化学反应产生不溶解、无机盐表面薄膜,其目的除了可提高耐蚀能力外,其钝化膜亦可作为涂装之基底,以增加涂装的附着力。

(3)阳极化处理:阳极处理可产生阳极氧化膜,大幅提升耐蚀能力;产生金属光泽质感,具备美观装饰作用,其氧化膜也作为后续涂装基底,增加涂装的附着力。如果能在后续封孔处理得好,生成的致密氧化层可提高表面硬度及抗蚀性。

(4)电镀处理:利用电镀技术可改变镁合金材料表面颜色、外观,以达到所需之功能性及装饰性目的。一般在考虑提高电镀层附着力时,会在电镀处理前进行数次打底的前置处理,如锌置换、置换、无电镀镍等。

(5)金属覆层:金属覆层可进一步防蚀及增加表面机械性质、硬度,从而达到在特殊环境条件下最终选择轻量化镁合金的目的。

4.3 镁合金加工过程中防止燃烧的措施

(1)日常管理过程中的措施

在规定的场地加工镁合金零件,工作现场需整洁、明亮、通风。要及时清理工作现场的镁屑,不准在机旁边堆放切屑,而应在厂房外指定专用容器放置切屑。每台加工机床旁应配置干粉灭火器或灭火用的干沙。

(2)技术规范措施

选择合适的切削用量和刀具几何参数,尽量避免小于0.05mm的吃刀深度,保持刀具的锋利和断续切削状态,避免产生薄的带状切屑。

(3)设备环境措施

尽可能采用干式高速切削,不使用冷却液,空气自然冷却,配置冲水排屑装备。由于遇水的镁合金粉末容易产生氢气,所以生产加工时尽可能使用矿物油(严禁使用酸性切削剂),对于油类切削液的机床需具有防漏设计。另外,在清除镁屑时,尽可能不要接触水。

4.4 减少零件加工过程变形的措施

镁合金切削力小,切削能耗低,切削过程中发热少,切屑易断,刀具磨损小,寿命显著延长,因此,加工镁合金可进行高速、大切削量切削,这在一定程度上抵消了镁合金价格较高的弱点。原则上任何刀具材料,括普通碳素钢都可以用于加工镁合金,大批量切削加工时,一般选用硬质合金刀具,金刚石刀具主要用在表面质量要求较严的情况,车削镁合金一般也选用金刚石刀具。但镁合金燃点低(650℃),在加工中必须用矿物油进行强力冷却,并把镁的切屑迅速从加工区运走。另外,高速切削时,镁合金有粘结刀具表面形成积屑瘤的情况。降低变形的措施主要有以下几方面:

(1)技术规范:将粗加工与精加工分开,在粗加工阶段去除大部分余量,对框架类镁合金零件,特别是薄壁类零件,可以采取粘贴阻尼材料的方法降低加工时的切削振动变形。考虑加工过程减震处理,减小切削余量和温差。粗加工与精加工工序间安排人工或者自然时效及相应的回火热处理,以尽可能释放零件内部应力,减小加工后变形。

(2)合理的刀具几何参数:采用大前角,一般γ=20°~30°,粗加工取较小值,精加工时α=10°~15°,λs=60°~75°。大的刃倾角可增加切削力。同时,要考虑后刀面的磨损对切削力的影响,因此,控制后刀面的磨损保持刀具的锋利程度也是降低切削力的有效办法。主偏角对切削力有直接的影响,减小主偏角、增大切削深度与走刀量的比值对切削区内的散热有很好的作用。一般主偏角Hγ=30°~45°。

(3)选择适合的切削用量:采用高速铣削技术进行加工,切削热基本都由切屑带走,也可以适当选择大走刀量、大切削深度。

5.结语

镁合金正在从一般结构铸造件向着高性能轻合金结构框架、精密复杂应用条件的方向发展,正在由军工向着民用不断推广,同时加工技术向数控化、高速化、自动化技术方向发展,向材料制备与构件成形同时制造的方向发展;制造技术向信息化、数字化及设计一制造一体化方向发展。我国镁合金制造技术正处在一个新的变革时代,它将为新一代工业与民用设备的研制提供更先进的材料与制造技术。
 
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