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筆記本電腦（nǎo）外殼鎂合金數控加工

2014-3-23 來源：成都四威高（gāo）科技產業園公司（sī）作者：鄧偉羅一桓

　　鎂合金材料在3C產品加工中（zhōng）的優勢：

　　目（mù）前（qián），3C產（chǎn）品高速發展，競爭激（jī）烈，消費群對3C產品的“輕（qīng）、薄”特性（xìng）的需求（qiú）尤為（wéi）強烈，這就促使3C產品加工製造技術（shù）必須從材料和加工工藝上尋求突破。其中，鎂合金材（cái）料成為（wéi）3C產品加工製造中（zhōng）原材料的新寵。

　　首先，鎂合金是實用（yòng）金屬（shǔ）中最輕的金屬，比重（chóng）大約是（shì）鋁的（de）2/3，是鐵的1/4，迎合（hé）了3C產品客戶群對“輕、薄”特性的需求。此外，鎂合金還具（jù）有比強度（dù）高，彈性模量大，消振性好等特點，非常適合作為3C電子產品的結構件。資料顯示，如果在3C產品的外殼上用鎂合金代替ABS塑料（liào），則材料重量可以最大減少36%，厚度降（jiàng）低64%。

　　其次，鎂合（hé）金具有良好的散（sàn）熱性。鎂合金的導熱（rè）能力是ABS塑料（liào）的（de）350～400倍，對於在內部產生高溫的電子產品，如果（guǒ）外殼和散熱部件（jiàn）上使用鎂合金，多數情（qíng）況下無需（xū）散熱風扇或散熱孔。

　　最後，鎂合金具有良好的電（diàn）磁屏蔽特性。鎂合金具有優於鋁合金的磁屏蔽性能、更良（liáng）好的阻隔電磁波功能，更適合於製作容易（yì）被外界幹擾的精密電（diàn）子產品。也可以用作計算機、手（shǒu）機等產生（shēng）電磁（cí）波輻射的電子產品外殼，以降低電磁波對人（rén）體的輻射危害。

　　鎂合金數控加工技（jì）術在3C產（chǎn）品中的優（yōu）勢：

　　鎂（měi）合金材料具有加工易燃、腐蝕（shí）的特（tè）性，相對（duì）於鐵、鋁等（děng）傳統金屬材料來說，並（bìng）不太適（shì）合於切削加工。因此，鎂（měi）合金材料（liào）應用（yòng）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，這樣的成形方式難（nán）以滿足需求。首先，隨著3C產品小型化、集成化程度越來（lái）越高，使得3C產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，3C產品研發製造周期越來越短，模鑄、壓鑄的開（kāi）模周期嚴重製約其生產周期。

　　最後，消（xiāo）費群對產品外觀缺陷的零（líng）容（róng）忍（rěn）與幾乎不可避免的（de）鑄（zhù）造缺陷（xiàn）存在（zài）嚴重矛盾。因此，鎂合金數控加工技術（shù）越（yuè）來越被（bèi）重視（shì）。

　　鎂合金數控加工的安全性分析：

　　傳統觀念認為，鎂合金具有高度危險性，是一（yī）種不（bú）安全材料。鎂合金的數控加工，首先必須解決加工生產的安全性，這是後續（xù）加工生產的前提和準則。

　　但是，筆者（zhě）通過理論（lùn）研究，結合本單位大量的鎂合金生產實踐，總結（jié）認為，理論上存在（zài）的危險性在（zài）實踐（jiàn）中並不能一概而論：事實上鎂合金（jīn）的塊狀固體相當安（ān）全，不會（huì）發生燃燒和爆炸。甚至將鎂塊直接對著火焰加（jiā）熱和燃燒，也很難引起鎂的燃燒。即使鎂塊被引燃，隻要將火焰（yàn）源（yuán）撤（chè）離，鎂塊也會因為熱量迅速散失（shī），溫度降至燃點以下，而自動熄滅（miè）火焰。鎂的粉塵（chén）、碎屑、輕薄料的確存在一（yī）定的燃燒、爆炸危害性。一般（bān）認為（wéi）：當空氣中鎂粉濃度達到20mg/L以上時（shí），就可能引起爆炸；直接對（duì）鎂粉加熱（rè）到340～560℃也可能引起鎂粉塵（chén）燃燒。因此保證鎂合（hé）金的（de）生產安全（quán），其關鍵在於（yú）對鎂的粉塵、碎屑進行有效管理和控製。

　　因此，對（duì）於鎂合金的生產管理，既不能“談鎂（měi）色變”，以至於（yú）不敢開展鎂合金生產活動，也不能（néng）麻痹大意，隨（suí）意進行鎂合金生產。

　　隻要（yào）在鎂（měi）合金（jīn）生產（chǎn）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：

　　筆者（zhě）所在的成都（dōu）四威高科技產業園公司，長期以來主要承擔以鋁合金、銅合金為主的電（diàn）子裝備零件（jiàn）的機（jī）械加工任務（wù），以高質量、高信譽享譽西南地區乃至全國。在鎂合金材料應用之初（chū），企業就敏銳地預見到（dào）該（gāi）材料在（zài）電子裝備領域的巨大前景，果斷投入大量人力和物力進行研究，是少數率先掌握鎂合（hé）金數控加工及表麵處理技術，並形成規模生產能力的企業之一。

　　鎂合金筆記本電腦外殼數控加工工藝分析：

　　（1）工藝分（fèn）析圖1所示為本公司為其他企業代工生產的一款筆（bǐ）記本電腦（nǎo）外殼，材料為鎂合金ME20。該零件結構複雜，尺寸精度要求高，因此采用鎂合金板材整（zhěng）體數銑加工的方（fāng）式成形。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（hé）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1 某型鎂合金筆記本電腦外殼

　　（ 2）刀具（jù）選擇鎂合金導熱性好（hǎo），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（dāo）具壽命可（kě）以很長。但是，用（yòng）於鎂合金加工的刀具要求保持刃口鋒利，因為刃口磨（mó）損較大的刀具會增加（jiā）切削過程中的摩擦力，從而導致切（qiē）削溫度大幅升高，引起鎂屑的閃燃甚至燃燒，造（zào）成切削過程中的不安全因素增加。因此，鎂（měi）合金加工一般要求選用新的（de）硬質合（hé）金刀具，不能混用加工過其他材料的舊刀具。

　　一般加工鋼和鋁的刀具設計原理也適用於加工鎂合金的刀具。由於鎂合金的（de）切削抗力（lì）低，而且熱容量也相當低（dī），用於（yú）鎂合金加工的銑刀的（de）刀齒數目（mù）相對於其（qí）他金屬要多。減少刀齒數目可以增加容屑空間和進刀量，從而可以減少摩擦發熱和（hé）增大（dà）容屑間隙，降低（dī）碎屑的扭曲變形，減小功率消耗和（hé）發熱。筆者所在的（de）公司在加工鎂（měi）合金時（shí），一（yī）般優先使用三刃硬質合金立銑刀。

　　在特殊情況下，如三刃刀具刃長（zhǎng）不足，直徑（jìng）規格不適合等，也可使用（yòng）四刃硬質合金立銑（xǐ）刀。

　　（3）切削液選擇鎂合金材質（zhì）軟，易切削，無論使用高速低（dī）速，用或（huò）不用切削液，都可以達到（dào）非常光平滑的加工表麵。不使用切削液的幹式加工，可以降低（dī）加工成本，廢屑易收集和儲運。因此在許多參考文獻中，都推薦（jiàn）采用幹式加工。

　　但是，幹式（shì）加工在使用高速和形成（chéng）細屑時，存在著火（huǒ）的風險。這就要求數控操作者必須隨時觀察加工情況，萬一失火時，可以立即撲滅，但該種方式（shì）依然存在不可估量的風險。這就限製了操作（zuò）者無法做到一人多機的工作模式，從整體加（jiā）工成本和效率上看（kàn），並不劃算。

　　此外，鎂合金遇熱易膨（péng）脹。根（gēn）據資料顯示，鎂合金（jīn）在20～200℃溫度範圍內的線膨脹係數（shù）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（chéng）中，溫度升高（gāo）10℃，產生的加工誤差就（jiù）在0 . 0 5 3 2 ～0.054 8mm。可見（jiàn），如果采用幹式切削，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，從（cóng）而影響加工精度。該筆記本外殼對尺寸（cùn）精度（dù）要求較高，這樣的溫度影響（xiǎng），無法忽視。

　　基於以上兩點考慮，該鎂合金數控加工中，采用使用切削液的“濕（shī）式”加工。為此我們專門引進了嘉實（shí）多MG型鎂合金切削液（yè）（見圖２）。

圖2 采用專用（yòng）鎂合金切削（xuē）液加工的零件狀態

　　（ 4）切削參（cān）數選擇　數控銑的（de）切削參數包括主（zhǔ）軸轉（zhuǎn）速（sù）、進給速度、刀具切深和刀具切寬。

　　我們選擇的是一台國（guó）產機床進行鎂合金加工，該機床理論高轉速能達8 000r/min，最大進給15m/min，加工精度0.01mm。使用該機床長時間（jiān）保（bǎo）持最高轉速，對機床不利。過快的進給速度，對於單件小批量生產，並不能節約太多的時間，反而極大地增加了質量風險和（hé）設（shè）備故障概（gài）率。因此我們（men）采用大切深、小進給的方式確定我們的切削參數（shù）。

　　根據本公司多年數控加工經驗，硬質合金（jīn）立銑刀（dāo）在加（jiā）工不同材料時，切削參數中的（de）轉速和進給發生變（biàn）化，但切深（shēn）和切寬一（yī）般變化不大：粗加工時，推薦切寬為50%～100%D（D為刀具直（zhí）徑），推薦切深為0.3～0.5D。精加工（gōng）時，推薦切寬為0.1～0.5mm，切（qiē）深0.5～1D。

　　在加工策略編製上（shàng），鎂合（hé）金材（cái）料加工與常（cháng）見的鋁合金材料並無太大不同，隻是在精加（jiā）工（gōng）餘量時，選擇不小於0.2mm的餘（yú）量，以免生成過於（yú）細小的切（qiē）屑，從而避免加工閃（shǎn）燃。

　　鎂（měi）合（hé）金材質軟，易切削，隻是過高的轉速和進（jìn）給容易造成較（jiào）大（dà）的切（qiē）削熱，從而引起閃燃。因此，本公（gōng）司在綜合考慮效率（lǜ）和安（ān）全性的因素上，比（bǐ）較保守地采用鋁合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，部分加工（gōng）參數如附表（biǎo）所示。

　　（5）鎂合（hé）金數控加工中防腐蝕措施通常大家（jiā）認為鎂合金化學性質活潑，易腐蝕，特別是采用“濕式”加工後（hòu），沾染切（qiē）削液的鎂合金零件更易腐蝕。事實上，根據本單位的加工經驗，鎂合金在較短的（de）加工周期內（nèi），如果采用有效的防腐蝕（shí）措施，不會產生影響結構強度或表麵粗糙度的嚴重腐蝕。

　　我們通過以下措施來緩解鎂合金腐（fǔ）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（jiān）放置（zhì）在工作台上，更不能過夜。②完（wán）成加工的鎂合金零件在清水中滌（dí）蕩幾下，充分稀釋切屑液殘留。③洗淨後（hòu）的鎂合金零件應用高壓氣槍迅速吹幹，然後用幹淨棉紗布擦幹（gàn）（見圖３）。④完成加工的零件可短時間放置於泡沫箱內（nèi），禁止接觸其他金屬。⑤零（líng）件長時（shí）間放置或交付周轉時，放到幹燥的塑料袋內，袋口折疊，保證袋內空氣相對不流（liú）通。

圖3 衝洗（xǐ）並（bìng）吹幹後的鎂合（hé）金零件（jiàn）

　　事實上，以上方式雖然簡（jiǎn）單易行，但（dàn）並不能完（wán）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（yǐ）通過噴幹沙的方（fāng）式去除。界（jiè）定鎂合金表麵（miàn）的腐蝕程度是否可以接（jiē）受，需要與鎂合金表麵處理環節的技術人員充分溝通，製定相應的（de）標注和規範。

　　 結語：

　　鎂合金數（shù）控加工技術，在3C電子產品領域，具有廣闊（kuò）的前景（jǐng）和優勢。對於（yú）鎂合金（jīn）零件生產，既不能“談（tán）鎂色變”，也（yě）不能馬虎大意，須（xū）切實做好加工安全措施，注意加工中各種參數的選擇，這（zhè）樣，鎂合（hé）金數控加（jiā）工（gōng）就會（huì）變得簡單易行。

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