镁合金切削加工技术研究

王俊杰，张 伟

（辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114051）

镁合金材料是一种普通金属，材料具有较高的比强度和比刚度，但密度仅为铝合金的2/3。它大约1.8cm，具有优良的物理和机械性能，如优异的机械加工性、降噪性、减振性和磁屏蔽性。在过去几年中，它已应用于航空航天和汽车发动机领域中，广阔的运用前景体现出其经济价值。镁合金切削刀具在加工过程中具有较小的切削阻力，在高速和大切削量的情况下具有良好的加工性能，在切削加工过程中产生的热量少，易于断裂，并且不会对刀具造成很大的磨损，基于此，本文对镁合金切削加工技术进行相关探讨。

1 镁合金的材料特性

（1）镁合金具有低硬度和强度。一般情况下，镁合金的硬度不会超过BH80，强度通常为196MPa~294MPa，最高也不超过588MPa~687MPa，由于改材料硬度和强度低，并且还能抵抗塑性变形和划痕，同时工件易于触及和挤压，即使不良的切屑在去除时也会刮伤加工表面[1]。

（2）镁合金具有大的导热性。在切割过程中将会带走大部分热量，并且刀具磨损很小，所以可以加速切割无需冷却液即可加工。

（3）镁合金具有较低的弹性模量。在夹紧力以及切削力作用下，容易发生大的弹性变形，让工件难以获得更高的刚度加工精度。在车削过程中靠近车刀侧面的工件表面上的回弹量很大，导致加工表面和侧面之间的接触面积大，摩擦力也很严重，因此增加了刀具磨损，影响了零件的最终加工精度。

（4）镁合金具有较大的线膨胀系数，加工过程中的容易出现热膨胀和收缩等情况，影响加工精度。

（5）镁合金在刀具材料的外力下具有很强的亲和力，在高切削温度和高切削力的条件下易与材料中的一些材料发生作用。当芯片流出并且工件的表面运动带走工具材料中的颗粒时，一些元件粘在一起并导致粘合剂磨损。

（6）镁合金材料的着火点低，其中镁屑的燃点为428℃。温度过高可能导致镁屑燃烧，所以镁合金加工该过程需要抗燃烧处理。

（7）镁合金作为电负性最强的金属之一，当它在空气中时所表现出来的化学性质不稳定，另外加上镁的氧化膜不够致密，难以保护内部金属不受腐蚀，因此加工的过程还需要同步做好仿佛处理。

2 镁合金的切削加工技术优势说明

2.1 提高材料加工效率

镁和镁合金是所有金属材料中最方便加工的材料之一。在一般性镁合金加工中，端铣刀用于镁合金零件的圆周铣削。当径向切削深度为1.5mm，切削宽度为19mm时，硬质合金在刀片干切加工时，切割速度一般为4500m/min，进给速度为12m/min，表面粗糙度是2.5μm。在镁合金切削加工中，切割速度最大为7500m/min，铸铁、钢材等金属进行陶瓷刀具加工时，最高切削速度范围为1000m/min~1200m/min。由此得出镁合金是一种易于进行高速、高效加工的材料，表面质量卓越。

2.2 降低加工过程中的能耗

对切削参数进行优化，能够案场镁合金干式切削加工。干式加工过程中不需要使用冷却液，整个流程更加简单，提升了成本与资源的控制效果，由于不需要排放冷却和进行废液回收，有效解决了对环境带来的污染问题。可见现阶段要广泛应用干切削工艺，确保绿色制造的目标顺利实现[2]。在对镁合金材料加工过程中也消耗低电能。图1显示了在相同加工条件下镁合金和铝合金的切除率。不难看出，镁合金的比去除率比铝合金高出超过30%不止，即在相同条件下镁合金的能耗不到铝合金能耗的70%，镁合金材料切削加工技术能够显着降低能耗。

图1 镁合金、铝合金不同切削厚度下的切除率对比

2.3 更容易获得表面高质量的加工成品

合理设置切削参数，保证铝和镁合金零件加工的正常进行，可以大幅度提升其表面质量，达到磨削加工质量方面的要求。当切削条件不变时，相比于铝合金，镁合金表面质量更高。当高速切削加工时，通常切削速度超过3500mm/min，表面粗糙度可通过加工铝制零件实现RZ值小于10μm，在切割镁合金零件时实现表面粗糙度值RZ仅为2.5μm。如果精心选择刀片材料和几何角度等，可以进一步改善镁合金零件表面粗糙度。

3 镁合金的切削加工关键技术

3.1 合理设置工艺参数

镁合金材料点火点不高，温度较高容易造成火灾。所以切割时加强对工件表面温度的控制是一个关键问题。合理的加工参数能够大幅度减小镁合金工件表面加工温度。通过对工艺参数的调整与优化，加工镁该合金加工效率才能得到保障，表面质量也能实现提升[3]。因为镁合金材料在汽车行业应用较多，汽车生产是大规模进行，这样参数的优化除了会对汽车零部件加工质量与效率带来巨大影响以外，还是大部分特殊加工设备设计的标准基础。

3.2 工件热变形的处理

镁合金若是热变形较大，加工时作出全面测量，产品的尺寸在不同环境温度下将出现改变，主要是镁合金热变形引起。镁材料线性膨胀系数比常见的金属要高，镁线膨胀系数为2.52×10-5k-1，钢线膨胀系数为1.1×10-5k-1，这在汽车的大批量生产中让零件的尺寸的参数控制显得至关重要。因为这需要特定部件的热变形，尤其是壳型零。加强研究该件的热变形以找出变化规律并进行科学的处理，充分考虑加工期间测量镁合金热变形等带来的影响。

3.3 注意防燃处理

镁合金加工过程中，需要注重改善生产车间环境，采取通风除尘等措施，维持干燥，将防火工作做到位，提升安全水平。镁合金易燃烧，镁转向的燃点约为428°C，火星将引起镁屑燃烧。另外，在一个在固定的温度下，镁和水发生化学反应，湿镁粉也容易出现爆炸的现象，造成燃烧事故。针对这种情况，切削加工时要合理用酸，另外尽可能使用干切削。

4 结语

镁合金具有优异的环保性能，能够二次回收利用，所以它被称为21世纪最绿色的工程金属结构材料。随着我国科研和生产中不断涌现的新技术和新技术技术、新材料，这种材料正在逐步得以更广泛的应用。在对该材料进行加工时，发现材料具有耐腐蚀性差、着火点低并易变形的缺点使其难以加工，基于此重点探讨适用于镁合金材料加工的切削条件和加工方法。