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镁合金加工,镁合金切削加工要点

精密|CNC加工|镁合金|铝合金|加工厂家|灵沫制造

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汽车镁合金件加工为什么要用全合成切削液

汽车镁合金件加工为什么要用全合成切削液

下面以镁合金发动机缸体、镁合金发动机缸盖和镁合金轮毂为例,说明全合成切削液在镁合金汽车零部件加工中的应用。

(1)镁合金发动机缸体。作为动力来源,发动机被称为汽车的心脏,缸体质量高低直接决定了发动机性能的优劣。汽车缸体结构复杂,对气缸结合面粗糙度及尺寸公差等要求极其严格,往往经过十几道工序才能完成,加工精度是决定缸体质量的关键。相比于使用铝合金,镁合金缸体可减重14%。在镁合金缸体加工中,由于材料的特殊性,存在着刀具易粘结磨损、加工表面质量差的问题,主要原因是切削区域温度过高。一般,刀具磨损过程可分为三个阶段,如图3所示。

图3刀具磨损过程

初期磨损阶段,刀具微观表面的凸起及毛刺等被磨平;随后进入正常磨损期,此时刀具切削性能良好,磨损量小,加工表面质量高,为刀具的有效工作阶段;在快速磨损期,切削力增大,切削温度急剧升高,刀具磨损量迅速增大,甚至发生熔融,直至报废。

在镁合金缸体加工中,为保证加工精度,一般使用硬质合金刀具,其耐高温性好,1000℃下仍可保持高硬度,但镁合金熔点较低,高温时切屑易与刀具发生粘结,缩短刀具寿命,并影响工件表面质量,为避免该问题,应降低切削区域温度,并及时排屑。相比于乳化液和半合成液,全合成液渗透冷却性好,可迅速带走大量切削热,降低切削区温度;同时,其良好的清洗性有利于及时排屑,减少切屑在加工区域的积累,这些都能有效降低粘刀现象的发生,减缓刀具磨损,同时避免切屑流向工件已加工表面,造成划伤和粗糙度增大。

(2)镁合金发动机缸盖。缸盖是汽车发动机主要部件之一,位于发动机顶端,作用是密封缸体并为润滑油及冷却水提供通道。缸盖内部分布着水道、油道、进气管、出气管等,结构复杂,如图4所示。

图4发动机缸盖结构

发动机缸盖要求具有良好的密封性及清洁度,其中清洁度直接影响了发动机的排放、振动及输出功率等重要性能。由于缸盖内孔隙众多,内部的清洁度难以保证,经机加后需要使用清洗机甚至定点清洗刀具进行清洗。若使用乳化液或半合成液作为冷却润滑介质,会存在以下问题。冷却、排屑性差,导致工件表面质量差、精度低,从而降低缸盖密封性。

清洗性较差,油污或切屑粘附在工件表面及孔隙中,降低缸盖清洁度。

体系稳定性差,乳化剂等阴离子型添加剂与加工过程中产生的Mg2+结合,体系平衡被破坏、形成析油/析皂,基础油或皂类吸附在缸盖表面及孔隙中,进一步降低清洁度且不易清洗。

全合成切削液具有高渗透性,冷却、清洗性能优异,且体系稳定、更耐硬水,能更好的满足镁合金发动机缸盖的高精度密封性和高清洁度的加工要求。

(3)镁合金轮毂。镁合金强度高且弹性模量大,具有良好的阻尼系数,用它来制作轮毂,减振量优于铝合金和铸铁,可明显提升汽车行驶过程中的安全性及平稳性。从轻量化方面考虑,镁合金轮毂比铝合金轮毂可减重22%,比合金钢轮毂可减重50%,具有优异的质量减轻效果。

轮毂铣削加工包括粗加工和精加工,以某锻造镁合金轮毂CNC加工工艺为例,刀具直径40mm,加工参数见表4。

表4某锻造镁合金轮毂CNC加工工艺

粗加工时,主轴转速低,但进给量较大,此时单位时间内去除量高,产生的切屑多,排屑慢;在第三次精加工时,主轴转速高,进给量小,单位时间内去除量低,但此时切屑厚度薄,变形小,塑性大,不易断裂,缠绕在刀具周围,破坏已加工工件表面质量。无论粗加工还是精加工,都对切削液的冷却性和排屑能力有较高要求。

在轮毂加工中,除铣削外,还涉及到孔加工、螺纹加工等工艺。孔加工及螺纹加工时,刀具被切削材料包裹,镁合金弹性模量高,刀具与工件接触部位缝隙小,排屑困难,不易散热,且排屑方向与刀具进给方向相反,阻碍切削液进入加工区域。此时,对切削液的要求是易排屑、高渗透性。

此外,轮毂精加工后一般后续还需进行表面阳极化、喷涂等工艺处理,要求表面无粘附、无腐蚀,乳化液及半合成液易产生析出物吸附在工件表面,且粘附物中的酸性或碱性物质易造成镁合金腐蚀发黑。

鉴于以上加工特点和难点,在镁合金轮毂加工中,应使用排屑能力好、渗透性强、稳定且不易产生析出物的全合成镁合金切削液。

3.结语

全合成切削液具有良好的冷却性、清洗性、渗透性和硬水稳定性,在平衡配方兼具润滑性和腐蚀缓蚀性的基础上,将其用于汽车镁合金零部件的加工中,可带来高效的冷却、润滑、清洗效果,延长刀具使用寿命的同时,提升加工工件的表面质量,且有利于改善工件的清洁度、减小后道清洗压力。全合成切削液在镁合金零部件加工中的应用,有助于新能源汽车轻量化制造,将来还会得到更广泛的应用。

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