镁合金零件的机械加工与安全

镁合金零件的机械加工与安全镁合金零件的机械加工与安全 随着 镁合金应用开发与产业化 项目的深入实施 企业在 实际生产中出现了不少问题 如工艺和安全方面的问题 这是 因为国内大多数镁合金压铸企业第一次接触镁合金 因此 本 文将对镁合金压铸零件的机械加工工艺及安全操作规程进行了 概括性的介绍 以供参考 1 镁合金的机械加工镁合金的机械加工 密度为 1 8g cm3 的镁合金比铝合金轻 36 比锌合金轻 73 比钢轻 77 被公认为是质量最小的结构金属材料 小批量镁 合金零件的机械加工可在手动操作的小型机床上进行 大批量 高效率加工镁合金零件时 采用专用的大型自动化机械加工中 心或计算机数控机床将更加经济 与那些机械加工性能较差的 金属材料相比 切削性能良好的镁合金具有十分突出的优点 对于镁合金 可以在高切削速度和大进给量下进行强力切削 这样机加工工时数就可以减少 因此 在完成同样的工作任务 时 若采用镁合金作原材料 可以减少加工设备的台数 节约 基建投资 减少占地面积 降低劳动力成本和管理费用 1 1 镁合金的切削功率消耗 对镁合金零件进行加工时 单位体积切削量的功率消耗比 其他常见金属都要低 在几种典型的切削加工速度下 各种金 属相对于镁的功率消耗如表 1 所示 表 1 镁合金与其他金属切削功率消耗比较 材 料 相对功 率消耗 粗车时的切削速度 m min 1 采用 5 10mm 钻头时的钻削速度 m min 1 镁 合金 1 0 可达 1200 150 500 铝 合金 1 8 75 750 60 400 铸 铁 3 5 30 90 10 40 低 碳钢 6 3 40 200 15 30 镍 合金 10 0 20 90 5 20 由于镁合金导热性好 切削力小 故在加工过程中的散热 速度很快 因而刀具寿命长 粘刀量少 从而可以降低刀具费 用 缩短更换刀具所需的停机时间 因为镁合金易切削 其断 屑性能十分良好 一般清况下只需经过一次精加工便可达到所 要求的最终表面粗糙度 1 2 镁合金材料对加工性能的影响 1 2 1 对切屑形成的影响 在机械加工过程中所形成的切屑类型 与材料成分 零件 形状 合金状态及进给速度等因素相关 当采用单刃刀具进行 镁合金的车 膛 刨 铣时 所产生的切屑可以分为 3 大类 a 在大进给量下形成粗大和断屑良好的切屑 b 在中等进给量下形 成长度短和断屑良好的切屑 c 在小进给量下形成长而卷曲的切 屑 1 2 2 对扭曲变形的影响 由于镁的比热高 导热性良好 摩擦产生的热量会迅速地 扩散到零件的各个部分 因此对镁合金进行切削加工时并不会 产生较高的温度 但是 在高切削速度和大进给量的情况下 零件所产生的热量也是相当高的 很可能因为温度过高而发生 扭曲变形 1 2 3 对热膨胀的影响 如果对成品零件的尺寸公差要求比较严格 则在设计中必 须考虑到镁的热膨胀系数这一影响因素 如果在上述加工条件 下产生了相当多的热量 则很可能会影响到零件的加工精度 镁的热膨胀系数略高于铝 明显高于钢 在 20200 范围内为 26 6 27 4 m m 1 2 4 对冷变形的影响 在机械加工过程中 镁合金零件很少发生因为冷变形引起 的扭曲变形或翘曲 但刀具太钝 进给速度太慢以及刀具在加 工过程中有停顿等不利因素时 也可能造成扭曲变形或翘曲 1 3 刀具对镁合金零件机械加工的影响 1 3 1 刀具材料的影响 加工镁合金的刀具材料的选择取决于所需完成的机加工作 量 小批量加工时 一般使用寿命特别长的普通碳钢刀具 大 批量加工时 通常优先选用镶嵌硬质合金的刀具 当加工批量 大和公差要求很严时 可以使用成本较高的镶金刚石刀头来省 去繁琐的复位补偿调整工作 1 3 2 刀具设计 加工钢和铝的刀具通常也适合于镁合金的加工 但是 由 于镁的切削力小 热容量也相当低 故其加工刀具应当具有较 大的外后角 较大的走屑空隙 较少的刀刃数和较小的前角 另外 保证刀具的各个表面很平滑也是十分重要的 1 3 3 刀具刃磨 对镁合金进行机械加工的一条重要原则是 应当使刀具保 持尽可能高的锋利和光滑程度 必须没有划伤 毛刺和卷刃 如果刀具切削过其他金属 即使切削角没有改变 也应进行重 新刃磨和晰磨 刀具初磨可采用中等粒度的砂轮 然后使用精细粒度的砂 轮进行刃磨 并在必要时再用细油石或超细油石进行手工珩磨 对于高速钢刀具 采用 100 目的氧化铝砂轮进行精磨即可获得 满意的效果 对于刃磨镶嵌硬质合金的刀具 一般采用 320 目 的碳化硅砂轮或 200300 目的金刚石砂轮 1 4 切削液对机械加工的影响 切削液有两大功能即冷却和润滑 由于镁的散热速度很快 可使被加工表面保持在较低的温度水平上 此外镁的易切削性 使其不易与钢发生胶合 切削加工时一般不需要润滑 加工镁合金零件时 无论用高速或低速的切削速度 用或 不用切削液 都可以获得平滑的加工表面 而使用切削液主要 是为了冷却工件 尽可能减少零件发生扭曲变形及切屑着火的 可能性 因此 在镁合金零件的机械加工中 切削液一般被称 作冷却液 在生产批量很大时 冷却液是延长刀具寿命的因素 之一 冷却液一般使用的是矿物油 矿物密封油和煤油已被成功 地用作镁合金加工的冷却液 为了达到更好的冷却效果 切削 油应当具有较低的粘度 为了防止镁合金零件腐蚀 切削液中 的游离酸含量应低于 0 2 2 机械加工安全操作规程机械加工安全操作规程 2 1 机械加工过程中的不安全因素 在对镁合金进行机械加工的过程中 产生的切屑和细粉末 都有燃烧或爆炸的危险 初加工阶段产生的切屑尺寸较大 由 于镁的导热率很高 产生的摩擦热可迅速散失出去 故难以达 到燃点温度 此阶段事故发生较少 但在精加工阶段 由于所 产生的细小切屑和细粉末具有很大的比表面积 因而很容易达 到引燃温度而造成燃烧或爆炸事故 在镁合金的加工过程中 使切屑升温到达闪点或燃烧的影 响因素如下 a 加工速度与切削速率之间的关系 在任何一组给定条件 下 都存在一个可能引起燃烧的加工速度和进给速率范围 进 给速率提高 切屑厚度增大 从而更不容易达到燃点温度 加 工速度只要足够低 任何尺寸大小的切屑都不可能被引燃 如 果加工速度足够高 由于切屑与刀具的接触时间很短 故不可 能将任何尺寸大小的切屑加热到引燃温度 b 环境的相对温度 相对温度越高 则失火的可能性越大 c 合金的成分与状态 与多相合金相比 单相合金更不容易 失火 合金状态越均匀 则失火的可能性越小 d 其他因素 进给速率或吃刀量太小 加工过程中的停顿 时间过长 刀具的后角和容屑空间过小 在没有使用切削液的 情况下采用了很高的切削速度 刀具与嵌套在铸件中的异种金 属芯衬相撞时可能产生火花 镁切屑在机床周围或下方积聚等 2 2 机械加工的安全操作规程 a 切削工具要保持锋利 并磨出较大的后角与离隙角 不 允许使用钝的 粘有切屑的或破裂的刀具 b 一般情况下 尽量使用大进给量进行加工 避免使用微 小的进给量 以产生较大厚度的切屑 c 不要让刀具中途停顿在工件上 d 使用微小切削量时 要使用矿物油冷却液来减少降温 e 如果镁合金零件中有钢铁芯衬时 要避免与刀具相碰产 生火花 f 保持环境整齐 干净 g 严禁在机加工工作区内吸烟 生火 电焊 h 工作区域内应存放足量的灭火器材 2 3 磨削加工中的安全问题 镁粉很容易燃烧 悬浮在空气中时会引起爆炸 应采取一 切可能的措施 确保镁磨削粉尘的正确收集与处置 在对镁合金零件进行干法磨削时 必须用设计得当的湿法 吸尘系统将镁渣立即从工作区域中清除出去 吸尘器与磨床之 间的连接管应当短而直 吸尘器应保持清洁 并将其排风口设 在室外 需及时将吸尘器中的镁渣清理出去 以防止其过多积 聚 在对淤渣进行处理之前 应将其保存在水中 随时保持工作环境的整洁 对于保证磨削镁合金零件的安 全至关重要 每天必须对砂轮与吸尘器之间的连接管进行至少 一次检查和清理 每个月应对整个吸尘系统至少进行一次彻底 的清理 不得让镁粉聚集在座椅 窗户 管路和其他水平面上 不应将太多的吸尘设备与一个集中排放系统相连接 干燥 管路很长的中央吸尘系统和带过滤器的普通吸尘系统 都不适 合于收集镁粉 如果要在带式打磨装置或圆盘式磨床上对镁合金零件进行 湿法磨削 应当使用足量的切削液来收集所有粉尘 并将其输 送到收集点 因此 对镁合金零件进行磨削加工时必须采取下列预防措 施 a 必须有专门用于镁合金零件加工的磨床 并贴上 镁专用 标签 在对砂轮进行修整之前 应对吸尘器做彻底清理 b 对用铬酸盐蚀洗过的镁合金零件表面进行返工磨削时 有可能引起火花 因此要特别小心 绝不允许有粉尘聚集在附 近 c 磨削设备操作人员应当使用平滑的帽子 平滑的手套与无 口袋和袖口的平滑阻燃服 所用的围裙或防护服应当清洁无尘 和易于脱下 d 警告标志应当放置在显眼的地方 e 工作区域内应存放足量的灭火器材 2 4 镁屑与微细粉末的处理 干燥切屑应放置在清洁和密封的钢制容器中 并存放在不 会与水接触的地方 湿切屑与淤渣应存放在置于偏僻处的通风钢制窗口中 且 必须有足够的通风量 以便使氢气逸出 把湿的切屑和细粉末 装在盖紧的容器中特别危险 因为高浓度的氢气集聚易发生爆 炸 目前 镁屑 镁粉末与淤渣的常用处理方法是 用 5 的氯 化铁溶液进行溶解 一般 1kg 干燥镁使用 0 6kg 氯化铁 可在数 小时内使绝大多数镁转化成不燃烧的氢氧化镁和氯化镁残渣 由于在这种反应中会产生氢气 故应在室外的敞开容器中进行 处理 并严禁在反应器的周围生火吸烟或焊接作业 在配制 5 的氯化铁溶液时 应将淤渣中的水考虑进去 2 5 镁屑燃烧的灭火 a d 级灭火器 其材料通常使