详细介绍:
镁板具有良好的雕刻加工性能。
雕刻镁板因其低密度、高比刚度、阻尼性好、环境友好无污染、可回收性能好等突出特性,被誉为二十一世纪绿色金属结构材料。由镁板经雕刻和机械加工而成的零部件,在国防、航空航天、电子通信、轨道交通、医疗器械、印刷制版、镁板雕刻模具等领域,具有广泛的应用前景。
镁板作为一种优良的可机械加工和雕刻的金属材料,具有如下显著特点:
设镁板的切削能耗为1,则黄铜为2.3,铝为1.8,铁为3.5;故镁板的切削惯性较小,可以实现高速切削。
镁板雕刻后,尺寸稳定,不易因温度而变化。
镁为非磁性金属,镁板的电磁遮蔽性好,抗干扰能力强。
镁有优良的减震特性,阻尼性好。
雕刻镁板比刚度很高。
镁的比重小,重量轻。
镁资源储量丰富,可循环使用。
镁广泛存在于自然界中,镁板可自然分解成镁盐,对土壤和水无害。
镁板的雕刻加工功率消耗小,是加工同样铝合金所消耗能量的60%左右,与其他几种金属在一定的切削速度下,其功率消耗对不如下:
镁板雕刻过程中,切削力小,切削能耗低,雕刻过程中发热少,切屑易断,刀具磨损小,寿命显著延长,因此,镁板可进行高速、大切削量切削和雕刻,这在一定程度上抵消了镁板雕刻的价格较高的弱点。
上世纪三十年代,金属的高速加工理论由德国兴起,进入八十年代,随着高速切削机床的普及,金属的高速加工技术(HSC)才得到广泛的应用。镁板是优良的高速加工材料。
镁板采用高速切削工艺雕刻,有如下特性:
雕刻刀具进给速度可提高6倍以上;材料的去除率可以提高5-6倍;
镁板表面粗糙度较铝有大幅提高,可达10μm;
普遍的,镁板的雕刻切削阻力减少三分之一;
镁板雕刻后的热变形较低,能有效限制加工硬化现象;
雕刻刀具耐用度提高近一倍;
镁板的雕刻加工时间可以大幅缩短,直接导致加工成本降低;
镁板的切削阻力小、导热性能良好、散热速度很快,故切削速度很快,很少粘刀。雕刻和切削刀具的使用寿命长,缩短了雕刻过程中更换刀具所需的停机时间。
在镁板雕刻加工过程中所产生的形成的切屑,与零件形状、合金成分、进给速度设定等因素相关。因为镁板易切削,其切屑完整、连续,一般清况下一次精加工便可达到所要求的雕刻件表面粗糙度。
在雕刻和机械加工过程中,镁板很少发生因为冷变形引起的扭曲变形或翘曲。但雕刻刀具进给速度慢、刀具变迟钝,以及在雕刻加工过程中有刀具停顿时,可能造成镁合金板雕刻后变形。
由于镁的热容低、比热高、故导热性好,由雕刻刀具与镁合金工件发生的摩擦而产生的热量,会快速扩散,因此镁板进行雕刻加工过程中,一般不会产生过高的温度。但在很高的速度和大进给量的情况下,由于镁板局部过热,可能会发生镁板扭曲、形变。
对于被雕刻加工的零件有极高尺寸公差要求的,应充分考虑镁板的热膨胀系数和各种加工参数、条件的设定,采取适当的措施,尽量减少镁板体积膨胀导致的尺寸误差。镁的热膨胀系数略高于铝。
几组对照实验数据,
雕刻滴塑模具,板材尺寸是5x275x330mm, 初雕过程,雕铜板,需要10个小时;雕刻镁板滴塑模具用时6个小时。
滴塑实验,模具尺寸是6x130x130mm, 铜板模具,加热时间30秒,脱模时间35秒;镁板雕刻的滴塑模具,加热时间12秒,脱模时间15秒。
过烧实验,铜板模具过烧后,有积碳,不能使用,必须抛光、再电镀后才行;镁板雕刻的滴塑模具过烧5次,仍然可以正常使用。
鞋模厂实验,板材尺寸是15x300x400mm, 铝板雕刻耗时12小时,模具加热时间45秒,退热时间45秒;镁板雕刻耗时6.5小时,模具加热时间23秒,退热时间25秒。
使用寿命,铜板模具,使用2万次左右,有积碳过烧,需要处理后再使用;镁板模具,连续使用10万次后,依然光亮如新,下图中的小青蛙,就是镁板模具滴塑的,产量10万次。
镁板雕刻的滴塑模具和鞋底模具,优点明显,雕刻镁板的速度快、不粘刀、轻易不断刀、加热快、脱模快、重量轻、不怕过烧。镁板的模具过烧后,不形成积碳,不影响使用,无需处理。
为了减少镁板雕刻加工过程产生的变形,可以考虑将加工过程分为两个阶段,在粗加工阶段,切掉大部分去除量。对镁合金框架类、薄壁类的零部件,可采取阻尼减震法降低因镁板振动而产生的变形。对雕刻的半成品零部件进行人工时效或回火热处理,以减小零部件内应力,减小雕刻加工后镁板的形变。
对镁板雕刻刀具的几何参数进行合理的设计,如采用大前角、减小对后刀面的磨损,保持雕刻刀刃的锋利,有效降低切削力,以减少镁板雕刻加工过程中的形变发生。
对镁合进行雕刻加工的刀具,根据镁的热容比低、切削力小的特性,在进行刀具设计时,应考虑具有小前角、大外后角、大的走屑空间。加工钢和铝的刀具通常也适合加工镁板。另外,对镁板进行雕刻时,要尽量保证刀具的各个刀面的平滑。
镁板雕刻加工的刀具材料,应根据加工精度和雕刻加工量来确定。批量小时,可使用普碳钢;批量大时,通常选用硬质合金刀具;当雕刻加工精度高、公差小时,可使用金刚石刀具。
对镁板进行雕刻加工的刀具,应保持锋利和光滑。如有损失,应及时研磨。
对于镶嵌硬质合金的镁板雕刻刀具,一般采用金刚石或碳化硅砂轮研磨,对于高速钢刀具,采用氧化铝砂轮精磨。初磨镁板雕刻用的刀具,可采用中等粒度的砂轮,然后使用更细的砂轮磨刃。
通常情况下,镁板的雕刻加工的过程,都不需要冷却液或润滑油,这缘于镁板雕刻时的低能量消耗、优良的可切屑性能、很高的热传导性能(散热很快)。
镁板雕刻粗加工时,尽可能采用较大的切削参数,而且推荐采用干切削,有条件的可以采用压缩空气风冷。风冷,是镁板雕刻加工时常用的冷却措施,简单、有效。
有些情况下,镁板雕刻过程也需要冷却液,比如
尽量降低很微小的镁板变形量;
高速雕刻切削时,避免因镁板局部过热产生高温;
大批量连续加工时,加冷却液,可以更好地保护金刚石雕刻刀具;
冲洗镁板的切屑,为保持工作台面的干净;
精密的CNC雕刻加工中心,出于系统的要求,必须有冷却液保护镁板。
镁板雕刻加工如果使用油性产品,存在散热不良,容易起火的危险,用水溶性产品加工,存在腐蚀、氢气产生、切削液硬度上升等情况。
镁板雕刻过程中,冷却液一般使用的是矿物油。矿物密封油和煤油已被成功地用作镁板雕刻加工的冷却液。切削油在保持雕刻加工精度和工件表面光滑度上,优于乳化液。镁板雕刻的冷却液一般呈弱碱性,切削液中的游离酸含量应低于0.2%,并有较低的粘度,以达到更好的冷却效果。
镁板必须被加热到熔点,才会被点燃。镁合金的熔点是651℃,如果雕刻加工条件规范,镁板工件轻易不会燃烧。镁合金板的雕刻加工过程中,在粗加工阶段,产生的切屑尺寸大,因镁板上摩擦产生的热量可迅速散去,故难以达到镁合金的燃点;但在镁板精加工或精修阶段,由于雕刻加工所产生的切屑细小、比表面积大,切屑壁薄,故容易在镁板的局部,在瞬间达到镁的燃点。
在镁板的雕刻加工过程中,为避免切屑升温达到燃点,应注意调整切削速度和进给量之间的关系。若进给速率很高,应加大进给量,使得切屑厚度增加,使其难于达到燃点温度。
雕刻速度只要足够低,切削下来的切屑不可能被引燃。
镁板在雕刻和机械加工时产生的碎屑,要及时清理,不要与其他物质混合存放,要单独保存。
雕刻的镁板碎屑表面积很大,其碎屑、粉尘在干燥、高温状态下保存不好可能燃烧,但燃烧速度缓慢、均衡,如果被搅动和吹风,可能闪耀亮光。
镁板雕刻产生的碎屑被点燃后,不能用水喷洒,不能吹风,不要轻易搅动它,可以覆盖和压制它,待自行熄灭即可,不会发生爆炸。也可以使用覆盖剂或干砂,覆盖燃烧的镁板雕刻产生的碎屑,其原理是通过排除氧气来灭火。水、其他液体、二氧化碳、泡沫等都会与燃烧的镁板碎屑发生反应,并助燃。
镁板的边角料、干燥的雕刻切屑,要及时清理,单独保存,应避免潮湿,远离火种,通风保存,或者在密封的钢瓶中保存。
湿的镁板雕刻的切屑,保存时要有足够的通风量,以便使氢气逸出,不可密闭保存,尤其注意远离火种。
镁的电性很负,与其他金属接触,极易失去电子,发生电化学腐蚀。镁板在进行雕刻加工及后续处理时,都要注意防腐蚀,做好表面处理。可以将镁板雕刻加工的零部件表面刷油,浸泡在油中,或做化学钝化处理,简单有效。
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