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缸 盖是内燃机的重要部件，它的加工精度直接影响到发 动机的工作性能。发动机工作时，由于可燃气体是在缸盖燃烧室压缩后进行点燃，致使气门阀座承受很高的热负荷和机械负荷。这既要求阀座有很高的耐磨性，还要 有很好的密封性。如果阀杆工作时中心发生偏移除了会导致有害的热传导和阀杆及导管孔的很快磨损外，还会造成耗油量的增加。因此，对气门阀座和导管孔的加工 精度提出了很高的要求，特别是对气门阀座工作锥面与导管孔的相互间的同轴度规定了很严的公差。

对 于汽油发动机，同轴度允差规定为0.015- 0.025mm，而对于柴油机则仅为0.01-0.015mm（在燃烧室中，柴油可燃气体的压缩比要比汽油大2-2.5倍）。在大批量生产中，要稳定的保 持这样的公差，除需要优化加工工艺外，定位基准的选择，专用刀具和精镗头的合理结构及其精度均具有重要的意义。

气 门阀座和导管孔的加工是缸盖加工的关键技术。长期以来，国内外许多组合机床和刀具制造厂，如大连组合机床研究所、Ex-Cell-O、Alfing、 Grob、Hüler Hille、Ernst Krause & Co等机床厂和Komet、Plansee、Beck、Mapal等刀具厂都十分重视这类技术设备及专用刀具的开发。近几年来，特别是在专用刀具开发方面 取得了长足进步，这对提高加工精度、刀具耐用度和加工效率起着积极作用。

气门阀座和导管孔的底孔加工

图1：装有硬质合金樘杆的专用刀具

图2：精樘气门阀座和导管孔（左），精加工气门阀座工作锥面和导管孔（右）

气门阀座和导管孔的底孔精度是直接影响气门阀座和导管孔终加工精度的重要因素。因为底孔的同轴度误差（一般应低于0.02-0.05mm）会造成气门阀座和导管孔精加工余量的分配不均，从而影响到终加工精度。

为 保证阀座和导管孔底孔的同轴度公差，许多厂家采用 专用复合刀具，并分钻扩、半精镗、和精镗三道工序进行加工。在精镗时，为增强细长镗杆的刚性，大多数采用硬质合金镗杆（图1），但也有采用背导向支承的方 式（图2）。由于硬质合金的弹性模数（E＝500000N/mm?-630000N/mm?）比钢（E＝200000N/mm?）约大3倍，因此，选用硬 质合金制作的镗杆可获得较好的刚性（R＝3EI/L?）。采用背导向支承方式，同样也可增强镗杆的刚性，但为确保支承效果，背导向的支承导套与镗杆中心应 保持足够高的同轴度，在结构上也比较复杂。

缸盖的定位

精 加工气门阀座工作锥面和导管孔时，多数是以与缸体 的接合面和该平面上的两个定位销孔进行定位。这种曾被普遍应用的一面二销的定位方式，由于夹具定位销与阀座、导管孔之间的位置误差以及相邻阀座（和相邻导 管孔）之间的位置误差均会造成加工余量的偏移，在最终精加工时，导致刚性差的铰刀也随之产生加工偏移，所以采用这种定位方式并非总能达到规定的精度。

因此，为确保加工精度，必须要减少定位误差以提高加工余量的均匀性，否则阀座和导管孔应分两次加工才是比较合理的。

缸 盖采用平面和导管孔外圆进行定位，可以显著减少上 述的定位误差（图2右）。采用这种定位方式，夹具的定位导套与机床主轴应保持很严的同轴度，以确保加工余量的均布。这样，阀座和导管孔只需进行一次性加工 就能达到规定的公差。但是，缺点是在一个工位上只能加工一个阀座及导管孔。与采用一面两销定位方式相比，生产率要低一些，也就是，在保持同样生产率的情况 下，需要增加一定数量的加工工位，从而增加了生产线的长度。

加工气门阀座和导管孔的专用刀具

图3：气门阀工作锥面的加工

图4：加工气门阀座和导管孔专用的刀具

采 用一把专用刀具同时加工气门阀座和导管孔有利于提 高同轴度。加工阀座的工作锥面，一般是采用锪削和车削两种成型工艺。锪削的刀刃倾斜角要与气门阀座工作锥面的半锥角相等。加工时，由于阀座是淬硬材料 （HRC50-58），刀刃的磨损较快，而这种刀刃磨损的轮廓会复制在密封锥面上，从而影响到阀座工作时的密封性。但其优点是刀具的结构和刀具切削运动的 控制较为简单，加工效率也较高。

采 用车削工艺加工阀座工作锥面可避免锪削时出现的缺 陷。加工阀座时，一般需要加工阀座的端面，75°锥面和45°的工作锥面。前两个面的加工是为了获得一个宽度恒定的工作锥面。图4是加工阀座和导管孔的专 用刀具，在专用刀具上倾斜布置的滑板刀架用于车削阀座的工作锥面，附加固定安装的三把刀具则用来加工阀座的端面、45°和75°锥面。由装在专用刀具端面 处的导向套对加工导管孔的铰刀进行导向。为保证导向套与机床主轴的同轴度，在导向套装入刀体后可以再对导向套进行磨削，以消除构件的制造误差和装配误差。 专用刀具刀体的导轨是精确按阀座工作锥面的角度制造的，所以可保证工作锥面的加工精度和重复精度。

加 工开始前，分别推动滑板和铰刀运动的两个推杆位于 起始位置，以便使车刀和铰刀都处在加工的初始位置（铰刀仅伸出导向套几毫米）。加工开始时，固定安装的刀具首先锪阀座和端面（刀刃Ⅱ）和倒棱（刀刃Ⅲ和 Ⅳ）（图3）。接着这些刀具后退约0.2mm，使刀刃Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ脱离加工面，并使装在倾斜滑板上的车刀处于待加工位置，此时通过推动外层推杆使滑板实现进 给，对阀座工作锥面进行精车。加工完后在滑板移到终点位置时，按铰削速度调整专用刀具的转速，内推杆推动铰刀实现导管孔的铰削加工。当铰削结束后，内推杆 退回并使刀具退到起始位置。

如果采用CBN刀具车削阀座工作锥面时，由于要采用很高的转速（2000r/min-3600r/min），加工时产生的离心力会影响到加工精度，因此，对于这种专用刀具应采用平衡滑板。

随 着高速加工中心进入汽车生产领域，越来越多的缸盖 已转向采用加工中心来进行加工。由于加工中心难于在主轴后端设置推动铰刀实现进给的油缸，故只能寻求别的办法。Mapal和Beck公司已开发出利用离心 力控制的适合于加工中心使用的专用刀具（图5）。这种刀具在加工阀座和导管孔时，刀具先是以1000r/min的转速锪削阀座锥面，加工完毕后，刀具后退 约0.2mm，接着刀具转速提高到5000r/min，此时活塞依*所产生的离心力而径向外移，挤压油腔中的油，并借助于阀门的控制以恒定的进给速度推动 铰刀对导管孔进行加工。当导管孔加工完毕后，专用刀具的转速再降至1000r/min，铰刀自动退回到起始位置。

铰刀

图5：利用离心力推动铰削进给的专用刀具

图6：气门阀座和导管孔的综合精度测量

用于终加工导管孔的刀具既有采用单刃铰刀，也有采用多刃铰刀的。由于单刃铰刀在铰削过程中是依*布置在刀体上的两根导向条来导向和支承切削力，因此，它对加工余量的不均匀敏感程度较低，这有利于提高气门阀座工作锥面与导管孔加工的同轴度。

而采用多刃铰刀，由于可采用较高的进给速度，导管孔的加工时间一般可比单刃约缩短75％，但这种铰刀对不均匀的加工余量比较敏感，会影响到阀座工作锥面与导管孔加工的同轴度。目前，从组合机床自动线上的加工技术水平出发，采用单刃铰刀有利于确保加工精度。

主轴部件

根据经验，气门阀座和导管孔的加工精度在较大程度上与主轴部件的刚性和精度有关。所以，主轴部件的径向跳动应低于2mm，端面跳动不大于1.5mm。这些偏差的大小直接决定阀座工作锥面的加工圆度，也就影响到阀座工作时的密封性。

主轴部件多数采用三联（或双联）角接触球轴承为前轴承，采用双联角接触球轴承为后轴承，轴承的精度等级一般采用P4。

气门阀座和导管孔加工精度的自动检测

在 自动线上为对缸盖的加工质量进行监控，通常在精加 工工位后面设置测量工位。图6所示是缸盖气门阀座和导管孔综合精度的自动测量装置。该装置采用四个气动测量头同时对四个阀座和导管孔进行测量。在测量阀座 工作锥面的测量头上设有隙缝宽度约为50mm的环形喷嘴，测量导管孔的心棒同样设有测量喷嘴。当该心棒低速引入导管孔时，对阀座工作锥面自动定心和找正， 这是通过专门设计的滚动轴承来实现的。并借助于弹簧给测量阀座工作锥面圆度的测量头施加一定的贴合力，使测量头*在工作锥面上。当接通压缩空气进行测量 时，就可以通过从环形喷嘴中排出的气体量来测定：

• 
  
• 阀座工作锥面的圆度
  
• 导管孔的圆度
  
• 阀座工作锥面对导管孔的跳动误差

结束语

从对气门阀座和导管孔多种加工技术的分析中，可以提出提高其加工精度的下列途径：

1. 
   
2. 为提高阀座工作锥面与导管孔的加工同轴度，应确保导管孔加工余量的均布，这可以通过采用缸盖接合面和导管外圆进行定位的方法来达到。
   
3. 阀座工作锥面采用车削工艺可避免锪削工艺出现的一些缺陷。
   
4. 终加工导管孔采用单刃铰刀有利于克服加工余量偏移引起的加工误差。
   
5. 采用高速车削阀座工作锥面时，应用装有平衡滑板的专用刀具。
   
6. 主轴部件的轴向和径向跳动应分别低于0.0015mm和0.002mm。

随着刀具材料和专用刀具的不断发展和推广应用，特别是适合于加工中心用的专用刀具的不断开发和完善，将进一步提高气门阀座和导管孔的加工精度、加工效率和加工柔性。

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绪言

在许多猜想、预测、希望中，时代终于跨入了21世纪。21世纪的社会、产业结构将向着循环经济型、节省能源型、高度信息型迅速变化发展。这就将会对机械加工提出更高的要求。也就意味着加工机器、加工工具也将迅速走向高精度化、高效率化，实现高度信息化、智能化，从而适应社会的保护环境、节省能源的要求。

作为加工主体的加工机器，随着机械要素及NC技术的发展高速、高精度化得到迅速地普及。这是因为高速加工不但可以提高加工效率、降低成本，而且可以提高加工精度，适应以前作为难题的淬火钢等难削材料的加工。在刃具方面，硬质合金刃具越来越普及，并且适合高速加工的CBN、金刚石刃具，DLC涂 层等也不断被开发使用。而刀具装在加工机器与刃具之间，起着保持刃具的作用。所以高速加工不但要求刃具自身具有良好的刚性、柔性、动平衡性及操作性，同时 对在与机器主轴连接时的刚性和连接精度、在保持刃具时的把持力和把持精度及其它各方面都提出了严格的要求。以下本文就高速、高精度加工时刀具应该具备的条 件作一些具体的分析。

两面定位系统

首先是刀具与主轴间的连接问题，也就是主轴系统。现在市场上最多的仍是7/24的主轴系统。包括ISO、DIN、BT等都属于此类。但如前所述，随着机械加工的高速化的发展，这种系统出现了许多的问题:

刚性不足-刀柄的法兰面与主轴端面间有间隙

ATC的重复精度不稳定-每次自动换刀后，刀具的径向尺寸都可能发生变化。

轴向尺寸不稳定-主轴转动时因受离心力的作用而内孔增大，刀具的轴向尺寸发生变化

刀柄锥部较长-不利于快速换刀及机器的小型化针对这些问题，一些刀具厂家及研究机构开发了两面定位的主轴系统。也就是使刀柄与主轴内孔锥面、端面同时贴紧的一种新的连接方式。其中有代表性的是日本大昭和精机(BIG)的BIG-PLUS系统(图1)和德国标准的HSK系统(图2)。

BIG-PLUS系统的锥度仍是7/24，其设计原理是

将刀柄装入主轴时(锁紧前)端面间的间隙减小(#40:　0.2mm±0.005)。

锁紧后利用主轴内孔的弹性膨胀补偿此间隙,使刀柄与主轴端面贴紧。

这样产生的效果是:

与主轴的接触面积增大-刚性增强、振动衰减效果提高。

ATC的重复精度提高-端面的矫正作用。

轴向尺寸稳定-显示端面的定位作用。

因为BIG-PLUS系统的锥度仍是7/24，锁紧机构也一样，所以它和一般的系统(非两面定位)之间有互换性。这也是BIG-PLUS系统能得到迅速普及的一个原因。

HSK系统的锥度是1/10，刀柄中空、短柄。它的原理也是利用锁紧力及用主轴内孔的弹性膨胀补偿初期端面的间隙。只是因为它是中空刀柄，自身有较大的弹性变形，可能因为主轴内孔的膨胀而刀柄本身也膨胀，所以它对制造时的公差精度的要求相对较松。另外由于它的质量小、柄部短，所以有利于高速ATC及机器的小型化。但也正因为它是中空短柄，所以刚性、强度要受到一定程度的影响。

无论如何，两面定位系统弥补了普通系统的许多不足，必将成为刀具系统的主流

刀具自身的刚性与动平衡性

刀具的刚性一直是机械加工中被重视的主要问题之一。刚性不足会引起刀具的振动或发生刀具倾斜，影响加工精度、加工效率。并且因为刀具的振动会加快刃具的磨损，甚至影响刀具及机器的寿命。如果将刀柄杆部近似成一实心圆柱刚体，那它的刚性与截面直径的4次方成正比，与柱长的3次方成反比。也就是说，一把刀柄在它的质量限定后，当然越粗越短刚性便越强。

除此以外，还可以通过改变其自身结构来增强刚性。比如一般的铣刀夹头虽然其锁紧螺母很粗，但螺母底部与刀柄本体之间总有间隙，使刚性损失很多。高速加工对刀具的动平衡性也提出很高的要求。这是因为动平衡性不好的刀具在高速转动时受很大的离心力的作用(与不平衡力矩及转速的平方成正比)，刀杆发生弯曲并容易引起振动。弹簧夹头、铣刀刀柄可以通过平衡修正来解决这个问题。但是如一般带微调机构的精镗头，在调节加工直径时镗头的重心也在改变，所以就无法通过平衡修正来取得动平衡。

最近，日本大昭和精机推出了一种可以进行自动平衡补偿的镗头。其原理如图3所示，在镗头内部安装了一个小齿轮和一个平衡块，在调节直径、使套管轴向外移动时，平衡块将通过小齿轮的作用向相反方向移动，从而保持重心位置不变。

把持力和把持精度

特别是在立铣刀的加工时把持力尤为重要。因为立铣刀的刀刃都带有螺旋角，所以加工时切削力在轴向的分力就很大。把持力不足就可能会使刃具(立铣刀)被拉出，影响加工精度，甚至损坏刃具及工件。增强刀柄把持力的方法主要是通过严格控制内孔的公差、保证足够的把持长度并合理地选材、设计尽量有效地将锁紧力转换成径向的把持力。

高速加工的深入将意味着硬质合金的刃具将取代高速钢刃具。这样刀具的把持精度便成为一个重要的课题。想象一下用三爪钻夹头夹持硬质合金的钻头进行20,000r/min加工的情景:　钻头折断、工件报废、生产中断刀具的把持精度的重要性还体现在铰刀的加工中。象一些小、深孔的精加工时，铰刀用得较多，但如果刀具的把持精度不好，铰刀前端的跳动很大的话，加工的孔径肯定会超出公差范围，得不到理想的效果。

要提高刀具的把持精度，就意味着必须“完全均匀”地把持刃具。如果是弹簧夹头，由于它的固定原理是旋紧螺母→压入套筒→套筒内径缩小→夹紧刃具，那影响它的把持精度的要素除本体的内孔精度、螺纹精度、套筒的外锥面的精度，把持孔的精度、以及螺母的螺纹精度以外，螺母与套筒的接触面的精度、套筒的压入方式都很重要。

信息化、智能化

由于产品结构的变化周期日益缩短，机械加工同样面临着“多品种、少批量”的问题。这使得刀具的数量增加，工件、刀具的准备时间也增加，影响加工效率。解决这个问题的方法就是利用IC系统，自动识别刀具，掌握刃具信息、加工状况，并通过计算机对这些信息进行一元化管理。图4是日本大昭和精机设计生产的IC系统的示意简图。

除此以外，还有象刃具破损自动报警、自动测量孔径并自动补偿刀尖直径等技术都体现了机械加工的信息化、智能化的发展。

今后，为了提高高速、高效率加工时的信赖性，越来越多的智能型的刀具、刃具会被开发使用。

结束语

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1.镁合金的发展

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90％以上是压铸件。

　 　限制镁合金广泛应用的主要问题是：由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，因此，镁合金的生产难度很大；镁合金的生产技术还不成 熟和完善，特别是镁合金成形技术有待进一步发展；镁合金的耐蚀性较差；现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合金在高温（150～350℃） 场合的应用；镁合金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一步提高；镁合金的合金系列相对很少，变形镁合金的研究开发严重滞后，不能适应不同应用场合 的要求。　　

镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ｚＥ）等合金。

　 　我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位。在镁和镁合金的研究和应用领域，我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大'一方面，我国的原 镁质量差，镁合金锭的质量也不尽如人意，出口缺乏竞争力，作为结构材料应用的镁在国内的消耗量又很少，只能作为初级原料低价出口，属典型的资源出口型工 业，目前，国内的镁冶金企业大都处于亏损或面临倒闭；另一方面，我国对镁合金的研究和应用更显薄弱。因此，如何利用我国的镁资源优势，将镁的资源优势转变 为技术、经济优势，促进国民经济发展、增强我国镁衍业的国际竞争力，是摆在我们面前的迫切任务。

2.镁合金的新进展

　　（1）耐热镁合金。
　　耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件（如发动机零件）材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。
己开发的耐热镁合金中所采用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用来提高镁合金耐热性能的重要元素。含稀土的镁合金QE22和WE54 具有与铝合金相当的高温强度，但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大阻碍。
　 　Mg-Al-Si（AS）系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。175℃时，AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。但是， AS系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si相，损害了铸造性能和机械性能。研究发现，微量Ca的添加能够改善汉字状Mg2si相的形态， 细化Mg2si颗粒，握高AS系列镁合金的组织和性能。
　　从20世纪80年代以来，国外致力于利用Ｃ·来提高镁合金的高温抗拉强度和蠕变性能。最近美国开发的ZAC8506（Mg-8Zn-5Al- 0.6Ca），以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等镁合金，其抗拉强度和蠕变性能都较好。
2001年，日本东北大学井上明久等采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高强镁合金Mg-2at% Y-1at% Zn，其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。

　　（2）耐蚀镁合金。
　 　镁合金的耐蚀性问题可通过两个方面来解决：①严格限制镁合金中的Fe、Cu、Ｎi等杂质元素的含量。例如，高纯AZ91HP镁合金在盐雾试验中的耐蚀性 大约是AZ91C的100倍，超过了压铸铝合金A380，比低碳钢还好得多。②对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求，可选择化学表面处理、阳极氧 化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。例如，经化学镀的镁合金，其耐蚀性超过了不锈钢。

　　（3）阻燃镁合金。
　　镁合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烷。实践证明，熔剂保护法和SF6、SO2、CO2、Ar等气体保护法是行之有效的阻燃方法，但它们在应用中会产生严重的环境污染，并使得合金性能降低，设备投资增大。
纯镁中加钙能够大大提高镁液的抗氧化燃烧能力，但是由于添加大量钙会严重恶化镁合金的机械性能，使这一方法无法应用于生产实践。铰可以阻止镁合金进一步氧化，但是铰含量过高时，会引起晶粒粗化和增大热裂倾向。
最近，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心通过同时加人几种元素，开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁合金，成功地进行了轿车变速箱壳盖的工业试验，并生产出了手机壳体、ＭＰ3壳体等电子产品外壳。

　　（4）高强高韧镁合金。
　 　现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在Ｍg-Ｚn和Ｍg-Ｙ合金中加人Ca、Zr可显著细化晶粒，提高其抗拉强度和屈服强度；加人Ag和 Th能够提高Mg-RE-Zr合金的力学性能，如含Ag的QE22A合金具有高室温拉伸性能和抗蠕变性能，已广泛用作飞机、导弹的优质铸件；通过快速凝固 粉末冶金、高挤压比及等通道角挤（ECAE）等方法，可使镁合金的晶粒处理得很细，从而获得高强度、高塑性甚至超塑性。

　　（5）变形镁合金。
　　虽然目前铸造镁合金产品用量大于变形镁合金，但经变形的镁合金材料可获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足不同场合结构件的使用要求。因此，开发变形合金，是其未来更长远的发展趋势。
　 　新型变形镁合金及其成型工艺的开发，已受到国内外材料工作者的高度重视。美国成功研制了各种系列的变形镁合金产品，如通过挤压＋热处理后的ZK60高强 变形镁合金，其强度及断裂韧性可相当于时效状态的Al7075或Al7475合金，而采用快速凝固（RS）＋粉末冶金（PM）＋热挤压工艺开发的Mg- Al-Zn系EA55RS变形镁合金，成为迄今报道的性能最佳的镁合金，其性能不但大大超过常规镁合金，比强度甚至超过7075铝合金，且具有超塑性 （300℃，436％），腐蚀速率与2024-T6铝合金相当，还可同时加人SiCp等增强相，成为先进镁合金材料的典范。日本1999年开发出超高强度 的IM Mg-Y系变形镁合金材料，以及可以冷压加工的镁合金板材。英国开发出Mg-Al-B挤压镁合金，用于Magnox核反应堆燃料罐。以色列最近也研制出用 于航天飞行器上的兼具优良力学性能和耐蚀性能的变形镁合金，法国和俄罗斯开发了鱼雷动力源变形镁合金阳极薄板材料。

　　（6）镁合金成形技术。
　　镁合金成形分为变形和铸造两种方法，当前主要使用铸造成形工艺。压铸是应用最广的镁合金成形方法。近年来发展起来的镁合金压铸新技术有真空压铸和充氧压铸，前者已成功生产出AM60B镁合金汽车轮毅和方向盘，后者也己开始用于生产汽车上的镁合金零件。
　 　镁合金半固态触变铸造（Thixo-Molding）成形新技术，近年来受到美国、日本和加拿大等国家的重视。与传统的压铸相比，触变铸造法无需熔炼、 浇注及气体保护，生产过程更加清洁、安全和节能。目前已研制出镁合金半固态触变铸造用压铸机，到1998年底，全世界已有超过100台机器投人运行，约有 40种标准镁合金半固态产品用于汽车、电子和其他消费品。但相对来说，半固态铸造镁合金材料的选择性小，目前应用的只有AZ91D合金，需要进一步发展适 用于半固态铸造的镁合金系。
　　其他正在发展的镁合金铸造成形新技术有镁合金消失模铸造、挤压铸造－低压铸造结合法、挤压铸造-流变铸造结合法和真空倾转法差压铸造等。

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本 文研究了在曲柄压力机上用镁合金板材冲压手机外壳的模具设计和工艺制度，研究了坯料温度、模具温度、润滑条件等工艺因素对镁合金手机外壳冲压质量 的影响。实验表明，在应用正确的模具结构和适当的工艺条件下，当坯料温度在350℃左右，拉深凹模温度在350℃左右和良好润滑情况下，能够成功地在曲柄 压力机上冲压生产出镁合金手机外壳。

摘要：本文研究了在曲柄压力机上用镁合金板材冲压手机外壳的模具设计和工艺制度，研究了坯料温度、模具 温度、润滑条件等工艺因素对镁合金手机外壳冲压质量的影响。实验表明，在应用正确的模具结构和适当的工艺条件下，当坯料温度在350℃左右，拉深凹模温度 在350℃左右和良好润滑情况下，能够成功地在曲柄压力机上冲压生产出镁合金手机外壳。
关键词：镁合金；手机外壳；冲压；工艺

1 引言

1.1 镁合金的独特性能

镁 合金密度低，是实际应用中最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、易于机加工成形和易于回收再利用等优点，在航空、 航天、汽车、3C产品以及军工等领域具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力，从而引起了许多国家的政府、企业和研究机构对镁合金及其成形技术的高度重视,投 入了大量人力、财力进行开发研究,并取得了一定的效果 [1]。如德国大众(奥迪)汽车公司开发的镁合金汽车覆盖件的热冲压成形技术,成功地加工出汽车内门板,内镁外铝的混合车门,可比用钢板减重50%,比用 铝板减重20%[2]。

1.2 镁合金的塑性变形特点

镁属于密排六方晶体结构，在室温下只有1个滑移面（0001），滑移面上有3个密排方向， 所以室温下只有3个滑移系（如图1所示），其塑性比面心和体心立方金属都低。室温下，镁合金的塑性较差，变形困难，且易出现变形缺陷，这是由镁合金自身本 质性质决定的，也是制约变形镁合金加工成形的本质原因。据有关文献报道，温度对镁合金的塑性影响很大，温度愈高，塑性愈好，变形抗力愈低，易于成型加工 [3]。

2 镁合金的冲压成形

镁合金常用的成形方法有压铸、半固态铸造、挤压铸造、挤压和轧制等,其中镁合金产品的80 %是通过铸造方法获得 [1]。镁合金的冲压成形是一种技术难度较高的生产工艺，但以其生产效率高、可直接使用性能优良的轧制板材而具有很大的市场优势和广阔的发展前景。

在 冲压成形工艺中，拉深成形最为复杂，难度也较大。由于镁合金晶体结构是密排六方（Hcp），滑移系少，常温下塑性较差，一般须在150℃以上进行拉深成 形。根据小坂田等人的研究结果,镁合金板材在250℃左右拉深时其拉深比超过铝合金和低碳钢板的常温拉深成形极限，在175℃时镁合金板杯形件拉深的拉深 比可达2.0,而在225℃时可达3.0,超过了钢板和铝板在室温下的拉深比(分别为2.2和2.6)。在该温度下镁合金拉深成形性能与钢板和铝板在室温 下的拉深性能相近[4]。

本文以某手机外壳的冲压生产为实例，对镁合金板材的冲压成形工艺进行了较为系统的研究。

3 冲压模具设计

3.1 手机外壳零件图

冲压生产的手机外壳零件图如图2所示：

3.2 冲压工序安排

从图2可以看出，此制件用冲压方法进行生产需要四道工序，即：落料 拉深 修边 冲孔。考虑到实验的特殊情况，只需设计制造三套冲压模具，即：落料模具、拉深模具和冲孔模具，修边工序采用手工方式进行。

3.3 冲压模具设计

手机外壳是和其它多种小零部件相互配合、有严格装配关系的零件，考虑到实际使用时的互换性，在进行模具设计时仍然要对模具的型腔尺寸精度严格要求。

3.3.1模具结构的选取

此次制做的冲压模具是用来做实验的，为简化冲压模具的结构复杂程度、缩短模具的制做周期，设计时采用了带导向系统的单工序模具结构以便于调整。使用的标准模架参数如下：

1）落料模具模架尺寸 180mm×150mm（材料：HT200）
2）拉深模具模架尺寸 150mm×125mm（材料：HT200）
3）冲孔模具模架尺寸 150mm×125mm（材料：HT200）

3.3.2落料件尺寸的确定

该零件可按低盒形件处理。切边余量取0.4mm，弯曲的直边部分展开长度按下式计算：

Lz＝H＋0.57Rd[5]

式中：Lz――弯曲的直边部分展开长度
H－－拉深总高度
Rd－－底部园角半径

按低盒形件近似做图法得到如图3所示的毛坯尺寸：

3.3.3落料模具、冲孔模具的设计

落料模具和冲孔模具的结构相对比较简单。考虑到镁合金的冲压特性，设计时取单边最小冲裁间隙Cmin=0.015mm,卸料板和凸模之间的单边卸料间隙取0.08mm。

3.3.4 拉深模具的设计

由 于手机外壳的拉深高度较小，拉深系数M>M 1,因此设计时采用了一次拉深成形工艺。在模具结构中，采用了带限位装置（限位高度为S=0.6mm）的橡胶式弹性压边装置，给凸缘变形区施加轴向力 σ2，以防止拉深过程中制件起皱；采用了橡胶式弹顶机构以保证拉深时底面的平整和拉深制件不滞留在凹模型腔内；用220V电热管环绕在拉深凸、凹模的周 围，给拉深模具提供合适的温度梯度。

因装配关系，手机外壳是要求外形尺寸的零件，设计时以凹模为基准件，主要参数为：凸模园角半径Rt＝1mm；凹模园角半径Ra＝2mm；直边部分拉深间隙值C=0.6mm；转角部分拉深间隙值C=0.66mm。凸、凹模工作部分的横向尺寸按下式计算

4 冲压生产工艺及制件

4.1 材料的选取

本次实验使用的镁板材料为AZ31B，厚度为0.6mm,其化学成分如表1所示。

4.2使用曲柄压力机的主要参数

（1）公称压力： 1000KN
（2）滑块行程： 20—100mm
（3）滑块每分钟行程数： 65次/分钟
（4）连杆调节长度： 85mm
（5）封闭高度（最大值）： 320mm
（6）滑块中心至机身距离： 325mm
（7）工作台尺寸（前后×左右）：600×800mm
（8）工作台孔尺寸（前后×左右）： 320×400mm
（9）工作台板厚度： 100mm
（10）工作台板孔直径：φ160mm
（11）滑块底面尺寸（前后×左右）： 260×340mm
（12）模柄固定尺寸： φ60×80mm
（13）电机功率： 7.5KW
（14）转速： 720转/分钟

4.3 冲裁生产实验

AZ31B镁板在室温下的冲裁性能比较好，实验时用落料模具和冲孔模具进行落料、冲孔实验时制件的环状毛刺很小，稍加修整去刺即可。

落料和冲孔的制件

4.4 拉深生产实验

AZ31B镁合金板材的拉深生产是冲压生产镁合金手机外壳的关键工序，技术难度很高，主要工艺参数有拉深力、拉深速度、坯料温度、模具预热温度、润滑方式、模具圆角、模具间隙、压边力等,这些因素对坯料的拉深成形均有不同程度的影响。

4.4.1拉深速度

镁 合金AZ31B板材在热态下具有较好的塑性,甚至在一些不利于其它材料成形的应力、应变状态下也可以变形,但变形速度不易过大。这是因为随着变形速度的增 加,镁合金的流动应力会随之增大,而材料的断裂抗力受变形速度的影响很小,这使得板料较早到达断裂阶段，从而产生拉裂缺陷[4]。因此在拉深时应采用慢速 拉深工艺，同时还可以采取修整拉深间隙和凹模圆角的大小等措施来改善材料的受力状态,使之能在较高的变形速度下拉深出合格的产品[6]。对于0.6mm 厚的ZA31B薄板料，滑块每分钟行程数为65次时是比较合适的。

4.4.2坯料温度

虽然温度对变形镁合金的塑性 影响很大，温度愈高，塑性愈好，变形抗力愈低，愈易于拉深成形，但不宜过高。当镁合金温度高于400℃时,由于晶粒长大反而使其塑性降低,不利于板材的拉 深成形，同时还容易产生氧化腐蚀,因而坯料的温度范围应选定在室温至400℃这个区间。拉深生产实验时经反复比较得知，坯料温度在360℃~390℃时为 最佳。

4.4.3模具温度

由于镁合金具有良好的导热性,与冷模具接触时,坯料温度会迅速降低,加上镁合金的变形温 度范围比较狭窄,因而极易产生拉深缺陷,不利于拉深成形的进行,所以必须对模具进行预热。我们在设计拉深模具时采用电热管环绕模具进行加热，并配以温度控 制系统以保证拉深模具的温度恒定。拉深生产实验时，当凸模温度在120℃～150℃、凹模温度在350℃～380℃时，拉深成形的效果很好，拉深制件

4.4.4 润滑剂

镁合金的划伤程度随温度的增加而增加, 在镁合金的热成形中润滑剂的选用比在冷成形中更为重要。拉深生产实验时采用二硫化钼试剂做润滑剂，有效地减小了坯料与压边圈及拉深凹模之间的摩擦,增强了金属的流动性,防止粘模,并保证良好的零件外观质量。

5 分析与讨论

在 镁合金手机外壳的冲压成形过程中，主要的失效形式是拉深成形时危险端面处的破裂。虽然有拉深力、压边力、模具园角、拉深间隙、拉深速度、模具温度、坯料温 度等许多影响因素，且各个因素之间还相互作用，但从实际的拉深成形实验过程看，温度是最关键的影响因素。在慢拉深时，只有保证坯料和拉深模具合适的温度， 才能用0.6 mm厚的ZA31B板料拉深成形出完好的手机外壳。目前，我们通过反复实验已初步掌握了拉深速度、坯料温度、模具温度等主要因素对镁合金拉深成形的影响规 律。

当模具温度低于200℃时或坯料温度低于150℃时，基本上无法进行拉深生产，拉深件全部在危险端面处发生断裂现象；当坯料温度 大于250℃，凹模温度在250℃～300℃时，情况有所好转，但仍有拉裂现象（如图7所示）；当坯料温度在360℃～390℃，凸模温度在 120℃～150℃、凹模温度在350℃～380℃时，拉深效果达到最佳，拉深制件如图6所示。

6 结论

（1）镁合金有其独特的性能，在进行冲压模具设计时要注意其塑性差的特点，选取合适的模具参数。
（2）在镁合金拉深成形时，通过对坯料温度、模具温度等主要影响因素的控制，可有效地解决镁合金拉深生产过程中的拉裂缺陷。
(3) 在曲柄压力机上能成功地用0.6mm厚的ZA31B板料冲压生产出手机外壳。

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

Bewise Inc. www.tool-tool.com

ようこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給

（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給

（４）オートメーション整備調達

（５）スポット対応～流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.

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Des bikes partchies

Eune bike (aen baïce, eune machinne, eune deux-reues) est un mouoyen d'transport à deux reues tch'est boulé en pédalant (ouaithe qu'nou piêsse trouver des bikes êlectriques au jour d'aniet tchi n'sont pon considéthées des motor-bikes car nou r'chèrge les batt'ties en pédalant).

Auprès la marchéthie, la bike est l'transport l'pus fait sèrvi dans l'monde, mais coumme des pays lus îndustrialîsent la bike est à pèrdre sa position fache à la vaituthe.

La bike fut dêv'loppée en Ûrope duthant l'dgiêx-neuvième siècl'ye. Un Allemand, Karl Drais, înventit eune manniéthe dé deux-reues sans pédales tch'avait nom vélocipède d'vièrs 1817.

Un Êcôssais, Kirkpatrick Macmillan, înventit eune chaînolle en 1840 pouor pouver touônner la reue d'driéthe.

La pédal'lie offrait pus d'libèrté ès femmes

Mais la bike fut avanchie préchainement en France auve des pédales sus la reue dé d'vant.

En 1888 John Boyd Dunlop învent l'tyeur pneumatique. Auve lé dêv'loppement d'chabots praticabl'yes, la bike dévînt un transport populaithe, et les pays Ûropéens exportîtent l'ûsage d'la bike dans lus colonnies.

Auve l'învention d'la vaituthe à moteur, dans tchiques pays la bike pèrdit sa pliaiche, mais d'aut's pays en gardant du run sus les c'mîns pouor les bikes encouothageaient la continnuâtion d'la pédal'lie.

D'pis l's années 1960, la faîchon des bikes à montangne a rapporté la pédal'lie à des pliaiches où'est qu'nou-s'en avait pèrdu la couôteunme. Et l'întéthêt envithonnementa dans l'transport a pèrsuadé d's autorités d'encouothagi la pédal'lie dans les ville atout des pars à bike, des c'mîns à bike et d'aut's mouoyens.

La courséthie à bike est hardi populaithe dans tchiques pays - la Touônnée d'France est la course la mus connue du monde. Chutte course-là a 'té couothue d'pis 1903.

Un mousse peut pédaler driéthe eune grand' pèrsonne

Y'a des bikes tchi sont faites ou amendées pouor tchithier des marchandises (des bikes à cartchaîson) ou des pèrsonnes (des taxibikes), épis nou peut chèrgi des tchithettes pouor des cartchaîsons ou des mousses qué nou hale en driéthe.

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