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筆記本電腦外（wài）殼鎂合金數控加工

2014-3-23 來源：成都四威高科技產（chǎn）業園（yuán）公司作者：鄧偉羅一桓

　　鎂合金材料在3C產品加工中的優勢：

　　目（mù）前，3C產品高速發展，競爭激烈，消（xiāo）費群對3C產品的“輕、薄”特性的需求尤為強烈，這就促使3C產品加工製造技術必須從材料和加工工藝上尋求突破。其中（zhōng），鎂合金材料成為（wéi）3C產品加工（gōng）製造中原（yuán）材（cái）料的新寵。

　　首先，鎂合金是實用金屬中最輕的金屬，比重大約是鋁的2/3，是鐵的1/4，迎合了3C產品客（kè）戶群對“輕（qīng）、薄”特性的需求。此（cǐ）外，鎂合金還具有比強度高，彈性模量大，消振性好等特點，非常適合作為3C電子產（chǎn）品（pǐn）的結（jié）構件（jiàn）。資料顯示，如（rú）果在3C產品的外殼（ké）上（shàng）用鎂合金代替ABS塑（sù）料，則材料重量可以最大減少36%，厚度降低（dī）64%。

　　其次（cì），鎂合金具有良好的散熱性。鎂合金的導熱能力是（shì）ABS塑料的350～400倍，對於在內部（bù）產生高溫（wēn）的電子（zǐ）產品，如果（guǒ）外殼和散熱部件上使用（yòng）鎂（měi）合金，多數情況下無需散熱風扇或散熱孔。

　　最後，鎂合金具有良好的電磁屏蔽特性（xìng）。鎂（měi）合金具有優於鋁合金（jīn）的磁屏蔽性能、更良好的阻隔電磁波功能，更適（shì）合於製作容易被外界幹擾的精密電子產品。也可以用作計算機（jī）、手機等產生電磁波輻射的電子產品外殼，以降低（dī）電磁波對人體的輻射危害。

　　鎂合金數控（kòng）加工技術在3C產品中的優（yōu）勢：

　　鎂合金材料（liào）具有加工易（yì）燃（rán）、腐蝕（shí）的特性，相對於鐵、鋁等（děng）傳統金屬材料來說，並不太適合於切削加工。因此，鎂合金（jīn）材料（liào）應用初期更廣泛采用（yòng）模鑄、壓鑄等工藝方（fāng）法成形。但是，隨著3C產品技（jì）術發展，這樣的成形方式難以滿足需求（qiú）。首先，隨著3C產品小型化、集成化程（chéng）度越來越高，使得3C產（chǎn）品外殼結構越來越複雜，模鑄、壓鑄等（děng）工藝方法難以精密成（chéng）形；其次，3C產品研發製造周期越（yuè）來（lái）越短，模鑄、壓鑄的開模周期嚴重（chóng）製約其生產周期。

　　最後，消費群（qún）對產品外觀缺陷的零容忍與幾乎不可避（bì）免的鑄造缺陷存在嚴重（chóng）矛盾。因（yīn）此，鎂合金數控加工技術越來越被重視。

　　鎂合（hé）金數控加工的（de）安全性分析：

　　傳統觀念認為，鎂合（hé）金具有高（gāo）度危險性，是一種不安全材料。鎂合金的數控加（jiā）工，首先必須解決加工生產的安全性（xìng），這是後續加（jiā）工生產的前提和準則。

　　但是（shì），筆者通過理論研究，結合本單位大量的鎂合（hé）金生產實踐，總結認為，理論上存在的危險性（xìng）在實踐中並不能一概而論：事（shì）實上鎂合金的塊狀（zhuàng）固體相當安全，不會發生燃燒和爆炸（zhà）。甚至將鎂塊直接對著火焰加（jiā）熱和燃燒，也很難引起鎂（měi）的燃（rán）燒（shāo）。即（jí）使鎂（měi）塊被引燃（rán），隻要（yào）將火焰源撤離，鎂塊也會因為熱量（liàng）迅（xùn）速散失，溫度降至燃點以下，而自動（dòng）熄滅（miè）火焰。鎂的粉塵、碎屑、輕薄料的確存（cún）在一定的（de）燃燒、爆炸危害性。一般認為：當空氣中鎂粉濃度達到20mg/L以上時（shí），就可能引起爆炸（zhà）；直接對鎂（měi）粉加熱到340～560℃也可能引起鎂粉（fěn）塵燃燒。因此保證鎂（měi）合金的生產安全，其（qí）關鍵在於對鎂的粉塵、碎屑進（jìn）行有效（xiào）管理和控製。

　　因此，對於鎂合金的生產管理，既不能“談鎂色變”，以至於不敢開展鎂合金生產活動，也不能麻痹大（dà）意，隨意進行鎂合（hé）金生產。

　　隻要在鎂合金生產過程中，進行嚴格有效的生產管理，是能保證其生產安全的。

鎂合金數控加工在企業中的應用（yòng）：

　　筆者所在的成都四威高科技產業園公司，長期以來主要（yào）承擔以鋁合金、銅合金為主的電（diàn）子裝備零件的機械加工任務，以高質量（liàng）、高信譽享譽西南（nán）地（dì）區乃至全（quán）國。在鎂合金材料應用之初，企業就敏銳地預（yù）見到該材料在電（diàn）子（zǐ）裝備領域的巨（jù）大前景，果斷投入大（dà）量人力和物力進行研究，是少數率先掌握鎂合金數控加工及表麵處理技術（shù），並形成規模生產能力的（de）企業之一。

　　鎂合金筆記本（běn）電腦外殼數控加工工藝分析：

　　（1）工（gōng）藝分析圖1所示（shì）為本公司為其他企業代工生產的一款（kuǎn）筆記本電腦外殼，材料為鎂合金ME20。該零件（jiàn）結構複雜，尺寸（cùn）精度要求高，因此采（cǎi）用鎂合金板材整體數（shù）銑加工的方式成形（xíng）。鎂合金加工在刀具選擇、切削參數選擇、切削方案（àn）選擇、切削液選擇和防腐蝕措施（shī）、切屑處理等方麵都與傳統鋁合金加工有很大區別。

圖1 某型鎂（měi）合金筆記本電腦外殼

　　（ 2）刀具選擇鎂合金導熱性好，材料軟，切削力小，所以加工過程（chéng）中的散熱（rè）速（sù）度很快，粘刀量少，因此刀具壽命可以很長。但是，用於鎂合金加工的刀具要求保持刃口鋒利，因為刃口磨損較大的刀具會增加切削過程中的摩擦力，從而導致切削溫度大幅升高（gāo），引起鎂屑的閃燃甚至燃（rán）燒，造成切（qiē）削過（guò）程中的不（bú）安全因素增加。因此，鎂合金加工（gōng）一般要求選用（yòng）新的硬質（zhì）合（hé）金刀具，不能混用加工過其他材料的舊（jiù）刀具。

　　一般加工鋼（gāng）和鋁的刀具（jù）設計原理也適用（yòng）於加（jiā）工鎂合金的刀具。由於鎂合金的（de）切削（xuē）抗力低，而且熱容（róng）量也（yě）相當低，用於鎂合金加工的銑刀的刀齒數目相對於其他金屬要多。減（jiǎn）少刀齒數目可以增（zēng）加容屑空間和進刀量，從而可以減少摩擦發熱和增大容屑（xiè）間隙，降低（dī）碎屑的扭曲變形，減小功率消耗和發熱。筆者所（suǒ）在的公（gōng）司在加工鎂合金時，一般優先使用三刃硬質合金立銑刀。

　　在特殊情況下，如三（sān）刃（rèn）刀具刃（rèn）長不足，直徑（jìng）規格不適合等，也可使用四刃硬質合金立（lì）銑（xǐ）刀。

　　（3）切削液選擇鎂合金材質軟，易切削，無論使用高（gāo）速低速，用或（huò）不用切削液（yè），都可以達到非常光平滑的加工表（biǎo）麵。不使用切削液的幹式加工，可以降低加工（gōng）成本，廢屑易收集和（hé）儲運。因此在許多參考文獻中，都推薦采（cǎi）用（yòng）幹式加工。

　　但是，幹式加工在使用高速和形成細屑（xiè）時，存在（zài）著火的風險。這（zhè）就要求數控操作（zuò）者必須隨（suí）時觀察加工情況，萬一（yī）失火時（shí），可以立即撲滅（miè），但該種方式依然存在不可估量的風險。這就（jiù）限製了操作者無法做到一人多機的工作模式，從整體（tǐ）加（jiā）工成本和效率上看，並不劃算。

　　此外，鎂合金遇（yù）熱易膨脹。根據資料顯示，鎂合金在20～200℃溫度範圍內的線膨（péng）脹係（xì）數為（wéi）26.6～27.4μm/（m·℃）（與合金成分有關）。以長度尺寸200mm為例，如果加工過程中，溫度升（shēng）高10℃，產生的（de）加工誤差就在0 . 0 5 3 2 ～0.054 8mm。可見，如果（guǒ）采（cǎi）用幹式切（qiē）削，沒（méi）有切削液降溫，鎂合金零件會因溫度會迅速升高而膨脹（zhàng），從而影響加工精（jīng）度。該筆記本外（wài）殼對尺寸精度要求較高，這樣的溫度影響，無法忽視（shì）。

　　基於以上兩點（diǎn）考慮，該（gāi）鎂合金數控加工中，采用使用切削液的（de）“濕式（shì）”加工。為此我們專門引進了嘉實多MG型鎂合金切削液（見圖２）。

圖2 采用專用鎂合金切削液加工的零件狀態

　　（ 4）切（qiē）削參數選擇　數（shù）控銑的切削參數包括主軸轉速、進給速度、刀具切深和刀具切寬。

　　我們選擇的是一台國產機（jī）床進行鎂合金加工，該機床理論高轉速能達8 000r/min，最大進給15m/min，加（jiā）工精度0.01mm。使用該機床長時間保持最高轉速，對機床不利。過（guò）快的進（jìn）給速度，對於單件（jiàn）小批（pī）量生產，並不能（néng）節約太多的時間，反而極大地增（zēng）加（jiā）了質量風險和（hé）設備故障概率。因（yīn）此我們采用（yòng）大切深、小進給的方式確定我們的切削參數。

　　根（gēn）據本（běn）公司多年數控加工（gōng）經驗，硬質合金立銑刀在加（jiā）工不同材料時，切削參數中的轉速和進給發生變化，但切深和切寬一般變化不大：粗加（jiā）工（gōng）時，推薦（jiàn）切寬為50%～100%D（D為刀具（jù）直徑），推薦（jiàn）切深（shēn）為0.3～0.5D。精加工（gōng）時，推（tuī）薦切寬為0.1～0.5mm，切深0.5～1D。

　　在加（jiā）工策略編製上，鎂合金材料加工與（yǔ）常見的鋁合（hé）金材料並無太大不同，隻（zhī）是在（zài）精加工餘量（liàng）時，選擇（zé）不（bú）小於0.2mm的餘量，以（yǐ）免生成過（guò）於（yú）細小的切屑，從而避免（miǎn）加工閃燃。

　　鎂合金（jīn）材質軟，易切削（xuē），隻是（shì）過高的轉速和進給容易造成較大的（de）切削熱，從而引起閃燃。因（yīn）此，本公司在綜合（hé）考慮效率和安全性（xìng）的因素上，比較保守（shǒu）地采用鋁合（hé）金切削中轉速和進給的1.5～2倍。以本次加工的筆記本電腦外殼為例，部分（fèn）加工參數如附表所示。

　　（5）鎂合金數控加工中防腐蝕措施通常大家認為鎂合金化（huà）學性質活潑，易腐蝕，特別是采用“濕式”加工後，沾染切削液的鎂合金零（líng）件更易腐蝕。事實上（shàng），根據本單位的加工經驗，鎂（měi）合金在（zài）較短的加工周期內，如果采用有效的（de）防腐蝕（shí）措施，不會產生影（yǐng）響結（jié）構強度或表麵粗（cū）糙度的嚴重腐（fǔ）蝕。

　　我們（men）通（tōng）過以下措（cuò）施來緩解鎂合金腐蝕。①鎂合金數控加工過程必須連續作業，不（bú）能將沾滿切削液的零件長（zhǎng）時（shí）間放置在工作（zuò）台上，更不能過夜（yè）。②完成（chéng）加（jiā）工的鎂合金零件（jiàn）在清（qīng）水中（zhōng）滌蕩幾（jǐ）下，充分稀釋切屑液殘留。③洗淨後的鎂合金零件應用高壓氣（qì）槍迅速（sù）吹幹，然後（hòu）用幹淨棉紗布擦幹（見（jiàn）圖３）。④完成加工的零件可短時（shí）間放置（zhì）於泡沫箱內（nèi），禁（jìn）止接觸其他金屬。⑤零件長時間放置或交付周轉時（shí），放到幹燥的塑料袋內，袋口折疊，保證袋內空（kōng）氣相對不流通。

圖3 衝洗並吹幹後的鎂合金零件

　　事實上（shàng），以上方式雖然簡單易行，但並不能完全杜絕鎂合金腐蝕。即便零件表麵發暗或產生少量黑斑，可以通過噴幹沙的方式去（qù）除。界定鎂合金表麵的腐蝕程度是否可以接受，需（xū）要與鎂合金表麵處理環（huán）節的技術人員（yuán）充分溝通，製定相應的標注和規範。

　　 結語：

　　鎂合金數控加工技術，在3C電子產品領域，具有廣闊的前景和優勢。對於鎂合金零件生（shēng）產，既不能“談鎂色變”，也不能馬虎大意，須切（qiē）實做好加工安全（quán）措施，注意加工中各種參數的選擇，這樣，鎂合金數控加工就會變得簡單易行（háng）。

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