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筆記本電腦外殼鎂合金（jīn）數控加（jiā）工

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

　　鎂合金材（cái）料在3C產品加工中的（de）優（yōu）勢：

　　目前，3C產品高速發展，競爭激烈，消費群對3C產品的（de）“輕、薄”特性的需求尤為強（qiáng）烈，這就促使3C產品加工製造技術必須從材料和（hé）加工工藝上尋求突破（pò）。其中，鎂合金材料成為3C產品加工製造中原材料的新（xīn）寵。

　　首先，鎂合（hé）金是實用金屬中最輕的金屬，比重大約是（shì）鋁（lǚ）的2/3，是鐵的（de）1/4，迎合了3C產品客戶群對“輕、薄（báo）”特性的需求。此外，鎂合金還具有比強度高，彈（dàn）性模量大，消振性好等特點，非常（cháng）適合作為3C電子產品的結構（gòu）件。資料顯（xiǎn）示，如果在3C產品的外殼上用鎂合金代替ABS塑（sù）料，則（zé）材料重量可（kě）以最大減少36%，厚度降低64%。

　　其次，鎂合（hé）金具有良好的散熱性。鎂合金（jīn）的導（dǎo）熱能力是ABS塑料（liào）的350～400倍，對於在內部產生高溫的電子產品，如果外殼和散熱部件上使用（yòng）鎂合（hé）金，多數情況下無需散（sàn）熱風扇或散熱孔。

　　最後，鎂合金具有良好的電（diàn）磁屏蔽特（tè）性。鎂合金具有優於鋁合金的磁屏蔽性能、更良好的阻（zǔ）隔電磁波功能（néng），更適合於製作容易被外界幹擾的精密電子產品。也可（kě）以用作計算機、手機等產生電磁波輻（fú）射的電子產（chǎn）品外殼，以降低電磁波對人體（tǐ）的（de）輻射危害（hài）。

　　鎂合（hé）金數控加工技術在3C產品中的優（yōu）勢：

　　鎂合金材（cái）料具有加工易燃、腐蝕的特性，相對於鐵、鋁等傳統金屬材料來說，並不太適合於切削加工。因此，鎂合金材料應用初期更廣泛采（cǎi）用模鑄、壓鑄等工藝方法成形。但是，隨著3C產品技術發展，這樣的成形方（fāng）式（shì）難以滿足需求。首先，隨著3C產品小型化、集成化程度越來越高，使（shǐ）得3C產（chǎn）品外殼結構越來越複雜，模鑄、壓鑄等工藝方法難以精密成形；其次（cì），3C產品（pǐn）研發製造周期（qī）越來越短，模鑄、壓鑄的開模周期（qī）嚴重製約其（qí）生（shēng）產周（zhōu）期。

　　最後，消費群對產品外觀缺陷的零容忍與幾乎不可避免的鑄造缺陷存（cún）在嚴重矛盾。因此，鎂合金（jīn）數控加工技（jì）術越（yuè）來越被重視。

　　鎂合金數控加工的安全（quán）性分析：

　　傳統觀（guān）念認為（wéi），鎂合金具有高度危險性，是一（yī）種不安全材（cái）料。鎂合金的數控加工，首先必須解（jiě）決加工生產的安全性，這是後續加工生產的前提和準則。

　　但是，筆者通過（guò）理論研究，結合本單位（wèi）大量（liàng）的鎂合金生產實踐，總結認為（wéi），理論（lùn）上存在的危險性在實踐中並不能一概而論：事實上鎂合金的塊狀（zhuàng）固體（tǐ）相當安全，不會發（fā）生燃燒和爆炸。甚至將鎂塊直（zhí）接對著（zhe）火（huǒ）焰加熱和燃燒，也很難引起鎂的燃燒。即使鎂（měi）塊被引燃，隻要將（jiāng）火焰源撤離，鎂塊也會因（yīn）為熱量迅速散失，溫度降至燃點以下，而自動熄滅（miè）火焰。鎂的粉塵、碎屑、輕薄料的確存在一定（dìng）的燃燒、爆炸危害性。一般認為：當空氣中鎂粉濃度達（dá）到20mg/L以上時，就可能引起爆炸；直接對鎂粉加熱（rè）到340～560℃也可能引起鎂粉塵燃燒。因此保證鎂合金的生產安全，其關鍵在於對鎂的粉塵、碎屑進行有效管理和控製。

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

　　隻要在鎂合金生產過程（chéng）中，進行嚴格有效的生產管理，是能保證其（qí）生產安全的。

鎂合金數控加（jiā）工在企（qǐ）業中（zhōng）的應用：

　　筆者所在的成都四威高科技產業園公司，長期（qī）以來主要承擔以鋁合金、銅合金為主（zhǔ）的電子裝備零件的機械加（jiā）工任務（wù），以高質量（liàng）、高信譽享譽西南地（dì）區乃至全（quán）國。在鎂合金材料應用之初（chū），企業（yè）就敏（mǐn）銳地預見到（dào）該材料在電子裝備領（lǐng）域的巨大前景，果斷投入大量人力和（hé）物力進行研究，是少數率（lǜ）先（xiān）掌握鎂合金數控加（jiā）工及表麵處理技術，並（bìng）形成規模生（shēng）產能力的企業之一。

　　鎂合金筆記（jì）本電腦（nǎo）外殼數控加工工藝分析：

　　（1）工藝分析圖1所（suǒ）示為本公（gōng）司為其他企業代工生產的一款筆記本電腦外（wài）殼，材料為鎂合（hé）金ME20。該零件（jiàn）結構複（fù）雜，尺寸精度要求高，因此采（cǎi）用鎂合金板材整（zhěng）體數銑加工的方式成形。鎂合金加工在刀具選擇、切削參數選擇、切（qiē）削方案選擇、切削液選擇和防腐蝕措施、切屑處理等方麵都與傳統鋁合金加工有很大區別。

圖（tú）1 某型鎂合金筆（bǐ）記本電腦外（wài）殼

　　（ 2）刀（dāo）具選擇鎂合（hé）金導熱性好，材料軟，切削力小，所以加工過程中的散熱速度很快，粘刀量少，因此刀具壽（shòu）命可以很長。但是，用（yòng）於鎂合金加（jiā）工的刀具要求保（bǎo）持刃口鋒（fēng）利，因（yīn）為刃口磨損較大的刀具會（huì）增加切削過程中的摩擦力，從而導致切削溫（wēn）度大幅升（shēng）高，引（yǐn）起鎂（měi）屑的閃燃甚至燃燒，造成（chéng）切削過程中的不安全（quán）因素增（zēng）加。因此，鎂合金加工一般要（yào）求選（xuǎn）用新的硬質合金刀具，不（bú）能混用加工過其他材料的舊刀具。

　　一（yī）般加（jiā）工鋼和鋁的刀具（jù）設計原理也適用於加工鎂合金的刀具。由（yóu）於鎂合（hé）金的切削抗力低，而且熱容（róng）量也相當（dāng）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。減少刀齒數（shù）目可以增加容屑空間和進刀量，從而可以減少摩擦發熱和增大容屑間隙，降低（dī）碎屑的扭曲變形，減小功率消（xiāo）耗和發熱。筆者所在（zài）的公司在加工鎂合金時，一般優先使用三刃硬質合金立銑刀。

　　在特殊情（qíng）況（kuàng）下，如三刃刀具刃長（zhǎng）不（bú）足，直徑規（guī）格不適合等，也可使用四刃硬質合金立銑刀。

　　（3）切（qiē）削液選擇鎂合金材質軟，易切削，無論使用高速低速，用或不用切削液，都可以達到（dào）非常（cháng）光平滑的（de）加工表麵。不使用切削液的幹式加工，可以降（jiàng）低加工成本，廢屑易收集和儲運。因此在許多參考（kǎo）文獻中（zhōng），都推薦（jiàn）采用幹式加工。

　　但是，幹式加（jiā）工在使用高速和形（xíng）成細屑時，存在著火（huǒ）的風險。這就（jiù）要求（qiú）數控操作（zuò）者必須隨時觀察加工情況，萬一失火（huǒ）時，可以立即撲滅，但該（gāi）種方式依然存在不（bú）可估量的風險。這就限製了操作者無法做到一人多機的工作模式，從整（zhěng）體（tǐ）加工成本和效率上看，並不劃（huá）算。

　　此外，鎂合金遇熱易膨脹。根據資料顯（xiǎn）示，鎂合金在20～200℃溫度範圍內的線（xiàn）膨脹係數為26.6～27.4μm/（m·℃）（與合金成分有關）。以長（zhǎng）度尺寸200mm為例，如果加工過程中，溫度升高10℃，產生的加工誤差（chà）就在0 . 0 5 3 2 ～0.054 8mm。可見（jiàn），如果采用幹式切削，沒有切削液降溫，鎂合金零件會因溫度會迅速升高而膨脹，從而影響加工精度（dù）。該筆記本外殼對尺寸精（jīng）度要求（qiú）較高（gāo），這樣的溫度影響，無法忽視。

　　基於以上兩點考（kǎo）慮，該鎂合金數控加工中，采用使用切削液的“濕（shī）式”加工。為此我（wǒ）們專門（mén）引進（jìn）了嘉實多MG型（xíng）鎂合金切削液（見圖２）。

圖2 采用專用鎂合金切削液加工的（de）零件狀態

　　（ 4）切削參數選擇　數（shù）控銑的切削參數包括主軸轉（zhuǎn）速、進給速度（dù）、刀具切深（shēn）和刀具切寬。

　　我們選擇的是一台國產機（jī）床進行鎂合（hé）金加工，該機床理論高轉（zhuǎn）速能達8 000r/min，最大進給15m/min，加工（gōng）精度0.01mm。使用該（gāi）機床長時間保持最高轉速，對機床不利。過快的進給速（sù）度，對於單（dān）件小批量生（shēng）產（chǎn），並不能節約太多的時間，反（fǎn）而極大地增加了（le）質量風（fēng）險和設備故障概率。因此我們采用大（dà）切深、小進給的方式確定我們的切削參數。

　　根據本公司多年數控加工經驗，硬質合金立（lì）銑刀在加工不同材（cái）料時，切削參數中（zhōng）的轉速和進（jìn）給發生變化，但切（qiē）深和切寬一般變化不大：粗加工時，推薦（jiàn）切寬為50%～100%D（D為刀具直徑），推薦（jiàn）切深為0.3～0.5D。精加工時，推薦切寬為0.1～0.5mm，切深（shēn）0.5～1D。

　　在加工策略編製（zhì）上，鎂合金材（cái）料加工與常見的鋁合金材料並（bìng）無太大不同，隻是在精（jīng）加工餘量時，選擇不小於0.2mm的餘量，以免生成過（guò）於細小的切屑，從而避免（miǎn）加工閃燃。

　　鎂合金材質軟（ruǎn），易切削，隻是過高的轉速和進給容易造成較大的切（qiē）削熱，從而引起（qǐ）閃（shǎn）燃。因此，本公司在綜合（hé）考（kǎo）慮效率和安全性的因素上，比較保守地采用鋁合金切削中轉速和進給的1.5～2倍。以（yǐ）本次加工的筆記本電（diàn）腦外殼（ké）為例，部分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（cháng）大家認為鎂合金化學性質活潑，易（yì）腐蝕，特別是采（cǎi）用“濕式”加工後，沾染切削液的鎂合金零件更易腐蝕。事實（shí）上，根據本單位的加工經（jīng）驗（yàn），鎂合金在較短的加工周（zhōu）期內，如果（guǒ）采用有效的防腐（fǔ）蝕措施，不會產生影響結構強度（dù）或表麵粗糙度的嚴重腐蝕。

　　我們（men）通過以下（xià）措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，不能將沾滿切削液的零件長時間放置在（zài）工作台上，更不能過夜。②完成加工的鎂合（hé）金零件在清水中滌蕩幾下，充分稀（xī）釋切屑液殘留。③洗淨（jìng）後的鎂合金零件應用（yòng）高壓氣槍迅速吹幹，然後用幹（gàn）淨棉紗布擦幹（gàn）（見（jiàn）圖３）。④完成（chéng）加工的零件可短時間放置於泡沫箱（xiāng）內，禁止接觸（chù）其他金屬。⑤零件長時（shí）間放置或交付周轉時，放（fàng）到幹燥的塑料袋內，袋（dài）口折（shé）疊，保證（zhèng）袋內空氣相對不流通。

圖3 衝洗並吹幹（gàn）後的鎂合金零件

　　事實上，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（biǎo）麵發暗或產生少量黑斑，可以通過噴（pēn）幹沙的方（fāng）式（shì）去除。界定鎂合金表麵的腐蝕程度是否可以接受，需要與鎂合金（jīn）表麵處理環節的技術人員充分（fèn）溝通，製定相應的標注和規範。

　　 結（jié）語：

　　鎂合金（jīn）數（shù）控加工技術，在3C電子產品（pǐn）領域，具（jù）有（yǒu）廣闊的前景和優勢。對（duì）於鎂合金零件生產，既不能“談鎂色變”，也不能馬虎大意，須切實做好加工安全措施，注意加工中各種參數的選（xuǎn）擇，這樣，鎂合金（jīn）數控加工（gōng）就會變得簡單易行。

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