CN111958186A - 低温装置降低镁锂合金加工温度的方法及应用 - Google Patents

低温装置降低镁锂合金加工温度的方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了低温装置降低镁锂合金加工温度的方法及应用，属于镁锂合金加工技术领域，包括以下步骤，S1、安装低温装置，提供低于0℃的温度冷源；S2、固定零件，将镁锂合金零件固定在低温装置上，固定力大于机械加工过程中反向切削力；S3、启动低温装置，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度在‑5℃～‑20℃范围内，然后进行加工，加工过程为干切削过程；S4、加工过程中的温度控制，机械加工过程中，切削部位温度低于镁锂合金材料燃点，400℃±30℃，切削碎屑温度与切削部位温度低于镁锂合金材料燃点温度。本发明可消除机械加工过程镁锂合金碎屑燃烧或爆炸的危险因素，达到高效、安全生产目的。

Description

低温装置降低镁锂合金加工温度的方法及应用
技术领域
本发明属于镁锂合金加工技术领域，涉及低温装置降低镁锂合金加工温度的方法及应用。
背景技术
随着空间技术的不断发展及航天器探测载荷的不断增加，大型航天器发射重量随之增加，而运载火箭的承载能力有限，在不增加运载能力前提下减少载荷重量，增加载荷能力，对设计提出更高要求。因此，新一代轻质/超轻镁锂合金是最轻的可用金属结构材料,具有低密度、高比强度、导热性好、减震能力强、易切削、可回收以及尺寸稳定等优点，在航天器结构与技术应用领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。然而，在采用机械加工工艺方法时，因镁元素和锂元素活性特别高，容易与冷却液反应使材料产生腐蚀，因此，采用干式机械加工方式加工，在加工过程中切削速度必须慢，切削量必须小，切削碎屑极易燃烧，甚至发生爆炸等安全事故，导致零件报废，威胁人生安全。因而创新一种可降低镁锂合金材料机械加工过程材料温度的方法，对镁锂合金材料在航天器领域应用和提高镁锂合金材料加工效率和安全性具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的问题是在于提供低温装置降低镁锂合金加工温度的方法及应用，通过使用低温装置，并调节低温范围，经过镁锂合金热传导，实现镁锂合金材料在高速大切削量机械加工部位温度处于低温范围内，切削碎屑温度低于镁锂合金燃烧温度，可消除机械加工过程镁锂合金碎屑燃烧或爆炸的危险因素，达到高效、安全生产目的。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：低温装置降低镁锂合金加工温度的方法，包括以下步骤，
S1、安装低温装置，在机械加工设备上安装低温装置，固定在工作台上，提供低于0℃的温度冷源；
S2、固定零件，将镁锂合金零件固定在低温装置上，固定力大于机械加工过程中反向切削力；
S3、启动低温装置，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度在-5℃～-20℃范围内，然后进行加工，加工过程为干切削过程；
S4、加工过程中的温度控制，机械加工过程中，切削部位温度低于镁锂合金材料燃点，400℃±30℃，切削碎屑温度与切削部位温度低于镁锂合金材料燃点温度。
进一步的，低温装置提供的低温环境为-5℃～-20℃。
进一步的，镁锂合金零件通过压板压装、虎钳夹装或胶粘方式固定在低温装置上。
进一步的，在步骤S3中，低温装置启动后，等待1-5分钟，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度与低温装置达到平衡状态，保持在-5℃～-20℃范围内。
进一步的，所述低温装置为半导体冷冻吸盘。
进一步的，在步骤S4中，机械加工采用直径5-7mm立铣刀，顺铣方式，转速3500r/min-5000r/min，进给量为0.45-0.55mm/min。
进一步的，立铣刀的直径为6mm，顺铣方式，转速3500r/min-5000r/min，进给量为0.5mm/min。
低温装置在降低镁锂合金加工温度中的应用，将低温装置应用在镁铝合金的加工过程中，用低温装置实现镁锂合金零件的固定，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度在-5℃～-20℃范围内完成整个的干切削加工过程。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。
1、本发明采用低温装置可持续提供温度冷源，温度范围可依据镁锂合金零件尺寸调整，温度相对稳定在-5℃～-20℃范围内；镁锂合金自身导热性好，装卡在低温装置上，通过热传导，在短时间内可实现温度均衡，镁锂合金在低温状态下有利于机械加工时切削热量扩散，抑制切削碎屑温度升高，防止碎屑燃烧，采用低温装置降低镁锂合金机械加工过程温度方法，相比采用氮气冷却方法更加简单、易操作、成本低，效率高、安全性高，便于实现；
2、本发明通过将镁锂合金材料零件固定在低温装置上，利用材料自身热传导原理，使其温度与低温装置一致，达到机械加工部位温度和切削碎屑温度低于材料燃点，满足高效、安全的加工过程需求；
3、本发明通过使用低温装置，并调节低温范围，经过镁锂合金热传导，实现镁锂合金材料在高速大切削量机械加工部位温度处于低温范围内，切削碎屑温度低于镁锂合金燃烧温度，可消除机械加工过程镁锂合金碎屑燃烧或爆炸的危险因素，达到高效、安全生产目的。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为相对的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明的具体实施例做详细说明。
低温装置降低镁锂合金加工温度的方法，包括以下步骤，
S1、安装低温装置，在机械加工设备上安装低温装置，固定在工作台上，提供低于0℃的温度冷源；
S2、固定零件，将镁锂合金零件固定在低温装置上，固定力大于机械加工过程中反向切削力；
S3、启动低温装置，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度在-5℃～-20℃范围内，然后进行加工，加工过程为干切削过程；
S4、加工过程中的温度控制，机械加工过程中，切削部位温度低于镁锂合金材料燃点，400℃±30℃，切削碎屑温度与切削部位温度低于镁锂合金材料燃点温度。
优选地，低温装置提供的低温环境为-5℃～-20℃，根据镁锂合金零件的燃点确定，此稳定可保证镁锂合金零件持续加工过程中的低温，保证了干切削的进行。
优选地，镁锂合金零件通过压板压装、虎钳夹装或胶粘方式固定在低温装置上，只要实现镁锂合金零件与低温装置的固定和装夹即可，不做具体的限定。
优选地，在步骤S3中，低温装置启动后，等待1-5分钟，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度与低温装置达到平衡状态，保持在-5℃～-20℃范围内，保证整个加工过程中的持续稳定，避免温度升高，零件变形。
优选地，所述低温装置为半导体冷冻吸盘，此半导体冷冻吸盘有相关的专利，专利信息为“CN201821743134.2半导体冷冻吸盘”，此专利的装置研发的目的是实现无应力夹持，减少脆性材料塌边的现象，提高了元件加工质量，本申请是利用原本的结构，实现了一个新的功能，即实现零件固定的同时，提供一个低温的环境，一种全新的应用，引入低温装置实现镁锂合金零件的加工也是一个全新的加工模式，是一种创新，镁金属和锂金属都是一种比较化学反应活跃的金属，而且燃点比较低，常温的加工方法，温度过高在加工过程中，对产品的质量产生影响，而且采用大量的切削液进行降温，切削液与镁锂合金零件也会产生一定的化学反应，对产品产生一定的腐蚀，影响产品的质量，而干切削，切削过程中产生的温度对硬件的应力变形产生影响，一定程度上也会影响零件的质量，本申请中首次引入低温装置的概念，在保证镁锂合金零件固定的同时，利用热传导远离，实现镁锂合金零件在切削过程中的低温状态，实现了干切削的可行，避免了切削液的腐蚀，大大提升了零件的加工质量和合格率，针对航天航空的应用另加，产品的合格率必须要求100％，与理论值必须要高度一致才能算是合格，不允许一丝偏差存在，因为引入低温装置实现镁锂合金零件的低温加工，是全新的创举，一种新的加工方法和应用的突破，解决了镁锂合金零件及相关燃点较低零件的加工难题。
本申请中除了采用已公开的此专利，也可以采用其他提供低温装置的结构均可实现本申请中的方法，比如提供冷却循环水路的吸盘组件，或者其他具有冷冻空间的固定盘等，只要可提供相对低温的环境即可，保证此低温环境允许零件持续干切削即可。
优选地，在步骤S4中，机械加工采用直径5-7mm立铣刀，顺铣方式，转速3500r/min-5000r/min，进给量为0.45-0.55mm/min；更优选地，立铣刀的直径为6mm，顺铣方式，转速3500r/min-5000r/min，进给量为0.5mm/min，切削过程中切削部位温度会升高，切削碎屑温度与切削部位温度相近，低于燃点温度，有效避免镁锂合金切削碎屑燃烧或爆炸危险，切削进给量大，加工效率高，实现高效、安全的加工过程需求，在实际过程中，镁锂合金零件的尺寸小于低温装置的固定尺寸，比如镁锂合金零件的尺寸为200*200mm,低温装置的固定尺寸可采用300*300mm，以上设置的切削加工参数，是针对我公司实际加工过程而设定的，加工效率高，工件的质量高，如果采用其他相同性质，低燃点，化学性质活泼的金属合金，采用的切削参数会有所变化，采用的原则是，以步骤S4中的原则为准，切削部位温度低于合金材料燃点，切削碎屑温度与切削部位温度低于合金材料燃点温度。
低温装置在降低镁锂合金加工温度中的应用，将低温装置应用在镁铝合金的加工过程中，用低温装置实现镁锂合金零件的固定，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度在-5℃～-20℃范围内完成整个的干切削加工过程，引入了一种全新的零件固定方式，并实现了零件加工过程中的低温状态，是一种全新的应用，是突破式的创新，解决了镁锂合金零件长期以来加工变形或者加工过程中被腐蚀的问题，大大提升了零件的加工质量和产品的合格率。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.低温装置降低镁锂合金加工温度的方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、安装低温装置，在机械加工设备上安装低温装置，固定在工作台上，提供低于0℃的温度冷源；
S2、固定零件，将镁锂合金零件固定在低温装置上，固定力大于机械加工过程中反向切削力；
S3、启动低温装置，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度在-5℃～-20℃范围内，然后进行加工，加工过程为干切削过程；
S4、加工过程中的温度控制，机械加工过程中，切削部位温度低于镁锂合金材料燃点，400℃±30℃，切削碎屑温度与切削部位温度低于镁锂合金材料燃点温度。
2.根据权利要求1所述的低温装置降低镁锂合金加工温度的方法，其特征在于：低温装置提供的低温环境为-5℃～-20℃。
3.根据权利要求1所述的低温装置降低镁锂合金加工温度的方法，其特征在于：镁锂合金零件通过压板压装、虎钳夹装或胶粘方式固定在低温装置上。
4.根据权利要求1所述的低温装置降低镁锂合金加工温度的方法，其特征在于：在步骤S3中，低温装置启动后，等待1-5分钟，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度与低温装置达到平衡状态，保持在-5℃～-20℃范围内。
5.根据权利要求1所述的低温装置降低镁锂合金加工温度的方法，其特征在于：所述低温装置为半导体冷冻吸盘。
6.根据权利要求1所述的低温装置降低镁锂合金加工温度的方法，其特征在于：在步骤S4中，机械加工采用直径5-7mm立铣刀，顺铣方式，转速3500r/min-5000r/min，进给量为0.45-0.55mm/min。
7.根据权利要求6所述的低温装置降低镁锂合金加工温度的方法，其特征在于：立铣刀的直径为6mm，顺铣方式，转速3500r/min-5000r/min，进给量为0.5mm/min。
8.权利要求1-7任一项所述的低温装置在降低镁锂合金加工温度中的应用，其特征在于：将低温装置应用在镁铝合金的加工过程中，用低温装置实现镁锂合金零件的固定，经过镁锂合金零件热传导，使零件温度在-5℃～-20℃范围内完成整个的干切削加工过程。
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