鎂合金零件的機械加工與安全

tags:    時間:2014-03-07 14:21:45
鎂合金零件的機械加工與安全簡介
   隨著“鎂合金應用開發與產業化”項目的深入實施,企業在實際生產中出現了不少問題,如工藝和安全方面的問題,這是因為國內大多數鎂合金壓鑄企業第一……
鎂合金零件的機械加工與安全正文

   隨著“鎂合金應用開發與產業化”項目的深入實施,企業在實際生產中出現了不少問題,如工藝和安全方面的問題,這是因為國內大多數鎂合金壓鑄企業第一次接觸鎂合金。因此,本文將對鎂合金壓鑄零件的機械加工工藝及安全操作規程進行了概括性的介紹,以供參考。
1 鎂合金的機械加工
    密度為的鎂合金比鋁合金輕36%、比鋅合金輕73%、比鋼輕77%,被公認為是質量最小的結構金屬材料。小批量鎂合金零件的機械加工可在手動操作的小型機床上進行;大批量高效率加工鎂合金零件時,採用專用的大型自動化機械加工中心或計算機數控機床將更加經濟。與那些機械加工性能較差的金屬材料相比,切削性能良好的鎂合金具有十分突出的優點。對於鎂合金,可以在高切削速度和大進給量下進行強力切削,這樣機加工工時數就可以減少。因此,在完成同樣的工作任務時,若採用鎂合金作原材料,可以減少加工設備的台數,節約基建投資,減少佔地面積,降低勞動力成本和管理費用。
1.1 鎂合金的切削功率消耗
    對鎂合金零件進行加工時,單位體積切削量的功率消耗比其他常見金屬都要低。在幾種典型的切削加工速度下,各種金屬相對於鎂的功率消耗如表1所示。

    由於鎂合金導熱性好、切削力小,故在加工過程中的散熱速度很快,因而刀具壽命長,粘刀量少,從而可以降低刀具費用,縮短更換刀具所需的停機時間。因為鎂合金易切削,其斷屑性能十分良好,一般清況下只需經過一次精加工便可達到所要求的最終表面粗糙度。
1.2 鎂合金材料對加工性能的影響
1.2.1 對切屑形成的影響
    在機械加工過程中所形成的切屑類型,與材料成分、零件形狀、合金狀態及進給速度等因素相關。當採用單刃刀具進行鎂合金的車、膛、刨、銑時,所產生的切屑可以分為3大類:a.在大進給量下形成粗大和斷屑良好的切屑:b.在中等進給量下形成長度短和斷屑良好的切屑;c.在小進給量下形成長而捲曲的切屑。
1.2.2 對扭曲變形的影響
    由於鎂的比熱高、導熱性良好,摩擦產生的熱量會迅速地擴散到零件的各個部分,因此對鎂合金進行切削加工時並不會產生較高的溫度。但是,在高切削速度和大進給量的情況下,零件所產生的熱量也是相當高的,很可能因為溫度過高而發生扭曲變形。
1.2.3 對熱膨脹的影響
     如果對成品零件的尺寸公差要求比較嚴格,則在設計中必須考慮到鎂的熱膨脹係數這一影響因素。如果在上述加工條件下產生了相當多的熱量,則很可能會影響到零件的加工精度。鎂的熱膨脹係數略高於鋁,明顯高於鋼,在20200℃範圍內為26.6-27.4μ m/m℃。
1.2.4 對冷變形的影響
    在機械加工過程中,鎂合金零件很少發生因為冷變形引起的扭曲變形或翹曲。但刀具太鈍、進給速度太慢以及刀具在加工過程中有停頓等不利因素時,也可能造成扭曲變形或翹曲。
1.3 刀具對鎂合金零件機械加工的影響
1.3.1 刀具材料的影響
    加工鎂合金的刀具材料的選擇取決於所需完成的機加工作量。小批

 

量加工時,一般使用壽命特別長的普通碳鋼刀具;大批量加工時,通常優先選用鑲嵌硬質合金的刀具;當加工批量大和公差要求很嚴時,可以使用成本較高的鑲金剛石刀頭來省去繁瑣的複位補償調整工作。
1.3.2 刀具設計
    加工鋼和鋁的刀具通常也適合於鎂合金的加工。但是,由於鎂的切削力小,熱容量也相當低,故其加工刀具應當具有較大的外后角、較大的走屑空隙、較少的刀刃數和較小的前角。另外,保證刀具的各個表面很平滑也是十分重要的。
1.3.3 刀具刃磨
    對鎂合金進行機械加工的一條重要原則是,應當使刀具保持儘可能高的鋒利和光滑程度,必須沒有划傷、毛刺和卷刃。如果刀具切削過其他金屬,即使切削角沒有改變,也應進行重新刃磨和晰磨。
    刀具初磨可採用中等粒度的砂輪,然後使用精細粒度的砂輪進行刃磨,並在必要時再用細油石或超細油石進行手工珩磨。對於高速鋼刀具,採用100目的氧化鋁砂輪進行精磨即可獲得滿意的效果;對於刃磨鑲嵌硬質合金的刀具,一般採用320目的碳化硅砂輪或200300目的金剛石砂輪。
1.4 切削液對機械加工的影響
    切削液有兩大功能即冷卻和潤滑。由於鎂的散熱速度很快,可使被加工表面保持在較低的溫度水平上,此外鎂的易切削性使其不易與鋼發生膠合,切削加工時一般不需要潤滑。
    加工鎂合金零件時,無論用高速或低速的切削速度,用或不用切削液,都可以獲得平滑的加工表面,而使用切削液主要是為了冷卻工件,儘可能減少零件發生扭曲變形及切屑著火的可能性。因此,在鎂合金零件的機械加工中,切削液一般被稱作冷卻液。在生產批量很大時,冷卻液是延長刀具壽命的因素之一。
    冷卻液一般使用的是礦物油。礦物密封油和煤油已被成功地用作鎂合金加工的冷卻液。為了達到更好的冷卻效果,切削油應當具有較低的粘度。為了防止鎂合金零件腐蝕,切削液中的遊離酸含量應低於0.2%。
2 機械加工安全操作規程
2.1 機械加工過程中的不安全因素
    在對鎂合金進行機械加工的過程中,產生的切屑和細粉末都有燃燒或爆炸的危險。初加工階段產生的切屑尺寸較大,由於鎂的導熱率很高,產生的摩擦熱可迅速散失出去,故難以達到燃點溫度,此階段事故發生較少。但在精加工階段,由於所產生的細小切屑和細粉末具有很大的比表面積,因而很容易達到引燃溫度而造成燃燒或爆炸事故。
    在鎂合金的加工過程中,使切屑升溫到達閃點或燃燒的影響因素如下。
    a.加工速度與切削速率之間的關係。在任何一組給定條件下,都存在一個可能引起燃燒的加工速度和進給速率範圍。進給速率提高,切屑厚度增大,從而更不容易達到燃點溫度。加工速度只要足夠低,任何尺寸大小的切屑都不可能被引燃。如果加工速度足夠高,由於切屑與刀具的接觸時間很短,故不可能將任何尺寸大小的切屑加熱到引燃溫度。
    b.環境的相對溫度。相對溫度越高,則失火的可能性越大。
    c.合金的成分與狀態。與多相合

 

金相比,單相合金更不容易失火。合金狀態越均勻,則失火的可能性越小。
    d.其他因素。進給速率或吃刀量太小;加工過程中的停頓時間過長;刀具的后角和容屑空間過小;在沒有使用切削液的情況下採用了很高的切削速度;刀具與嵌套在鑄件中的異種金屬芯襯相撞時可能產生火花;鎂切屑在機床周圍或下方積聚等。
2.2 機械加工的安全操作規程
a.切削工具要保持鋒利,並磨出較大的后角與離隙角;不允許使用鈍的、粘有切屑的或破裂的刀具。
b一般情況下,盡量使用大進給量進行加工,避免使用微小的進給量,以產生較大厚度的切屑。
c.不要讓刀具中途停頓在工件上。
d.使用微小切削量時,要使用礦物油冷卻液來減少降溫。
e.如果鎂合金零件中有鋼鐵芯襯時,要避免與刀具相碰產生火花。
f.保持環境整齊、乾淨。
g.嚴禁在機加工工作區內吸煙、生火、電焊。
h.工作區域內應存放足量的滅火器材。
2.3 磨削加工中的安全問題
    鎂粉很容易燃燒,懸浮在空氣中時會引起爆炸。應採取一切可能的措施,確保鎂磨削粉塵的正確收集與處置。
    在對鎂合金零件進行干法磨削時,必須用設計得當的濕法吸塵系統將鎂渣立即從工作區域中清除出去。吸塵器與磨床之間的連接管應當短而直,吸塵器應保持清潔,並將其排風口設在室外。需及時將吸塵器中的鎂渣清理出去,以防止其過多積聚。在對淤渣進行處理之前,應將其保存在水中。
    隨時保持工作環境的整潔,對於保證磨削鎂合金零件的安全至關重要。每天必須對砂輪與吸塵器之間的連接管進行至少一次檢查和清理,每個月應對整個吸塵系統至少進行一次徹底的清理。不得讓鎂粉聚集在座椅、窗戶、管路和其他水平面上。
    不應將太多的吸塵設備與一個集中排放系統相連接。乾燥管路很長的中央吸塵系統和帶過濾器的普通吸塵系統,都不適合於收集鎂粉。
    如果要在帶式打磨裝置或圓盤式磨床上對鎂合金零件進行濕法磨削,應當使用足量的切削液來收集所有粉塵,並將其輸送到收集點。
    因此,對鎂合金零件進行磨削加工時必須採取下列預防措施。
    a.必須有專門用於鎂合金零件加工的磨床,並貼上“鎂專用”標籤。在對砂輪進行修整之前,應對吸塵器做徹底清理。
    b.對用鉻酸鹽蝕洗過的鎂合金零件表面進行返工磨削時,有可能引起火花,因此要特別小心,絕不允許有粉塵聚集在附近。
    c.磨削設備操作人員應當使用平滑的帽子、平滑的手套與無口袋和袖口的平滑阻燃服,所用的圍裙或防護服應當清潔無塵和易於脫下。
    d.警告標誌應當放置在顯眼的地方。
    e.工作區域內應存放足量的滅火器材。
2.4 鎂屑與微細粉末的處理
    乾燥切屑應放置在清潔和密封的鋼製容器中,並存放在不會與水接觸的地方。
    濕切屑與淤渣應存放在置於偏僻處的通風鋼製窗口中,且必須有足夠的通風量,以便使氫氣逸出。把濕的切屑和細粉末

 

裝在蓋緊的容器中特別危險,因為高濃度的氫氣集聚易發生爆炸。
    目前,鎂屑、鎂粉末與淤渣的常用處理方法是,用5%的氯化鐵溶液進行溶解(一般1kg乾燥鎂使用0.6kg氯化鐵),可在數小時內使絕大多數鎂轉化成不燃燒的氫氧化鎂和氯化鎂殘渣。由於在這種反應中會產生氫氣,故應在室外的敞開容器中進行處理,並嚴禁在反應器的周圍生火吸煙或焊接作業。在配製5%的氯化鐵溶液時,應將淤渣中的水考慮進去。
2.5 鎂屑燃燒的滅火
    a. D級滅火器。其材料通常使用氯化鈉基粉末或一種經過鈍化處理的石墨基粉末,其原理是通過排除氧氣來悶熄滅火。
    b.覆蓋劑或干砂。小面積著火可用其覆蓋,其原理也是通過排除氧氣來悶熄滅火。
    c.鑄鐵碎屑。在沒有其他好的滅火材料的情況下也可用之,主要作用是將溫度降到鎂的燃點以下,而不是將火悶熄。
    總之,無論在什麼情況下,都不能用水或任何其他標準滅火器去撲滅由鎂引起的失火。水、其他液體、二氧化碳、泡沫等都會與燃燒著的鎂起反應,並且是加強火勢而不是抑制火勢。

 

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