镁合金在切削加工过程中容易出现的问题与对策.doc

PAGE PAGE 6 镁合金在切削加工过程中容易出现的问题与对策 徐关庆 摘要：镁合金零件在切削加工过程中容易出现燃烧、加工机床/加工零件被腐蚀等问题，而正确使用镁合金切削冷却液可以减少这类问题的发生。分析了镁合金零件在切削加工过程中容易出现的各种问题的原因；介绍选择镁合金切削冷却液的原则；通过试验，配制了对钢铁和镁合金都具有缓蚀效果的水基切削液。 关键词：镁合金零件 切削加工 着火 腐蚀 缓蚀剂 中图分类号：TG501.5 文献标识码：B 1镁合金在切削加工过程中容易出现的问题 镁合金是常用金属中最轻的金属，而且加工性能十分良好，是重要的汽车轻量化材料之一。由表1看出，与其他金属相比，镁合金是切削功率消耗比最低的金属。一般情况下，只需要经过一次精加工便可以达到最终要求的表面粗糙度。但镁合金在切削加工过程中，容易出现燃烧或者加工机床/加工零件被腐蚀的问题，这成为困扰镁合金零件推广应用的原因之一。图1和图2是燃烧后的加工镁合金的机床，图3是腐蚀的镁合金加工机床，图4是腐蚀的镁合金加工件。 表1 几种金属材料的切削功率消耗比 材料 相对功率消耗* 粗车时的切削速度/mm·min-1 采用5～10 mm钻头的钻削速度/mm·min-1 镁合金 1.0 可达1 200 150～500 铝合金 1.8 75～750 60～400 铸铁 3.5 30～90 10～40 低碳钢 6.3 40～200 15～30 镍合金 10.0 20～90 5～20 *假定镁合金切削功率消耗为1。 图1 发生燃烧后的干式加工镁合金零件的机床 图2 使用水性冷却液加工镁合金零件发生燃烧后的机床 图3 使用常规乳化切削液发生腐蚀的镁合金加工机床 图4 腐蚀的镁合金零件（使用常规乳化切削液加工） 2问题的原因分析 2.1镁合金在切削加工过程中容易燃烧的原因 镁的化学性质活泼、燃点低，切削过程产生的灼热加速了比表面积很大的镁屑与空气中的氧进行放热反应：Mg + O 2=MgO +△Q，切屑越薄，越容易达到镁合金的燃点温度而发生燃烧。当有水存在的时候，高温下镁与水发生的反应比其与空气中氧的反应更为剧烈：Mg + 2H2O=H2+Mg(OH)2+△Q，反应释放出大量的热与氢气，氢与空气中的氧结合形成的水又迅速汽化，由此而引起爆炸。 2.2镁合金在切削加工过程中，加工机床/加工零件容易被腐蚀的原因 在实际生产中发现，使用常规乳化液切削镁合金的机床往往比切削钢铁或者切削铝合金的机床腐蚀得严重，同时切削的镁合金零件也容易发生腐蚀。分析原因如下。 从图5可知，只有在pH≥12的强碱条件下，镁的表面才能因形成具有一定钝化性能的 Mg（OH）2而呈现稳定状态；镁及其合金在酸、弱碱及潮湿的大气中都不稳定。镁在常温、纯净水中的反应比较温和，水中电解质浓度的增加、镁材料中杂质的增多、镁材料表面积的增加，都会加速镁的腐蚀。 图5 镁-水的pH-E图 镁合金在切削过程中，铸铁机床的某些表面大部分时间沾附着潮湿的、松散的、单体颗粒较小的镁屑。这些镁屑和机床（铸铁）表面组成了原电池，发生如下的电化学腐蚀。 阳极（镁屑）区域：Mg-2e=Mg2+ 阴极（钢铁）区域：2H2O+2e=H2+2OH-，Mg+2+2OH-=Mg(OH)2 铸铁表面生成的白色粘性Mg(OH) 2胶体不但没有电化学保护作用，反而成为腐蚀介质的吸附点而变成了原电池的阴极区域，引发铸铁的局部腐蚀（见图6）。 沾有水膜的镁屑 铸铁 出现白色粘性Mg(OH)2胶体 胶体附近的铸铁发生腐蚀 a.腐蚀发生前 b.腐蚀初期 c.腐蚀后期 图6 沾附镁屑的铸铁的腐蚀过程 用样原因导致沾附潮湿镁屑的镁合金零件也容易发生腐蚀。 3问题的解决措施 3.1正确选择镁合金切削液 金属加工切削液具有冷却、润滑、清洗和防锈4个功能。正确地选择和使用适合于镁合金加工的切削液，可以有效地解决上述生产中遇到的问题。 镁合金切削功率消耗比低，且化学性质活泼，易发生燃烧。因此选择镁合金切削液时应侧重于冷却、清洗和防锈性能。切削液通过热传导的作用降低切削温度，使镁屑的温度在加工过程中始终低于其燃点温度，从而避免燃烧事故的发生。国外提倡采用矿物油切削液加工镁合金，可以抑止镁和水/空气发生反应，避免发生燃烧事故和加工机床和镁合金零件被腐蚀。然而使用矿物油切削液存在着冷却清洗效果差、成本高、本身容易着火给生产管理带来诸多问题。 切削液的冷却效果与其导热系数、比热容、汽化热及其流量、粘度等都有密切关系，表2列出了有关数据。 表2 有关数据[2] 材料 导热系数/W·（m·k)-1 比热容/J·（kg·K