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首頁 > 鎂合金零件的機械加工和安全
隨著“鎂合金應(yīng)用開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項目的深入實施，企業(yè)在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)了不少問題，如工藝和安全方面的問題，這是因為國內(nèi)大多數(shù)鎂合金壓鑄企業(yè)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(guī)程進(jìn)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(rèn)為是質(zhì)量最小的結(jié)構(gòu)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(jìn)行;大批量高效率加工鎂合金零件時，采用專用的大型自動化機械加工中心或計算機數(shù)控機床將更加經(jīng)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(yōu)點。對于鎂合金，可以在高切削速度和大進(jìn)給量下進(jìn)行強力切削，這樣機加工工時數(shù)就可以減少。因此，在完成同樣的工作任務(wù)時，若采用鎂合金作原材料，可以減少加工設(shè)備的臺數(shù)，節(jié)約基建投資，減少占地面積，降低勞動力成本和管理費用。
1.1鎂合金的切削功率消耗由于鎂合金導(dǎo)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(jīng)過一次精加工便可達(dá)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(tài)及進(jìn)給速度等因素相關(guān)。當(dāng)采用單刃刀具進(jìn)行鎂合金的車、膛、刨、銑時，所產(chǎn)生的切屑可以分為3大類:a.在大進(jìn)給量下形成粗大和斷屑良好的切屑:b.在中等進(jìn)給量下形成長度短和斷屑良好的切屑;c.在小進(jìn)給量下形成長而卷曲的切屑。
1.2.2對扭曲變形的影響
由于鎂的比熱高、導(dǎo)熱性良好，摩擦產(chǎn)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(jìn)行切削加工時并不會產(chǎn)生較高的溫度。但是，在高切削速度和大進(jìn)給量的情況下，零件所產(chǎn)生的熱量也是相當(dāng)高的，很可能因為溫度過高而發(fā)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(yán)格，則在設(shè)計中必須考慮到鎂的熱膨脹系數(shù)這一影響因素。如果在上述加工條件下產(chǎn)生了相當(dāng)多的熱量，則很可能會影響到零件的加工精度。鎂的熱膨脹系數(shù)略高于鋁，明顯高于鋼，在20200℃范圍內(nèi)為26.6-27.4μm/m℃。
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于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(yōu)先選用鑲嵌硬質(zhì)合金的刀具;當(dāng)加工批量大和公差要求很嚴(yán)時，可以使用成本較高的鑲金剛石刀頭來省去繁瑣的復(fù)位補償調(diào)整工作。
1.3.2刀具設(shè)計
加工鋼和鋁的刀具通常也適合于鎂合金的加工。但是，由于鎂的切削力小，熱容量也相當(dāng)?shù)?，故其加工刀具?yīng)當(dāng)具有較大的外后角、較大的走屑空隙、較少的刀刃數(shù)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(jìn)行機械加工的一條重要原則是，應(yīng)當(dāng)使刀具保持盡可能高的鋒利和光滑程度，必須沒有劃傷、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(yīng)進(jìn)行重新刃磨和晰磨。
刀具初磨可采用中等粒度的砂輪，然后使用精細(xì)粒度的砂輪進(jìn)行刃磨，并在必要時再用細(xì)油石或超細(xì)油石進(jìn)行手工珩磨。對于高速鋼刀具，采用100目的氧化鋁砂輪進(jìn)行精磨即可獲得滿意的效果;對于刃磨鑲嵌硬質(zhì)合金的刀具，一般采用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。由于鎂的散熱速度很快，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(fā)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，盡可能減少零件發(fā)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(chǎn)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(dá)到更好的冷卻效果，切削油應(yīng)當(dāng)具有較低的粘度。為了防止鎂合金零件腐蝕，切削液中的游離酸含量應(yīng)低于0.2％。
2機械加工安全操作規(guī)程
2.1機械加工過程中的不安全因素
在對鎂合金進(jìn)行機械加工的過程中，產(chǎn)生的切屑和細(xì)粉末都有燃燒或爆炸的危險。初加工階段產(chǎn)生的切屑尺寸較大，由于鎂的導(dǎo)熱率很高，產(chǎn)生的摩擦熱可迅速散失出去，故難以達(dá)到燃點溫度，此階段事故發(fā)生較少。但在精加工階段，由于所產(chǎn)生的細(xì)小切屑和細(xì)粉末具有很大的比表面積，因而很容易達(dá)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(dá)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(guān)系。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(jìn)給速率范圍。進(jìn)給速率提高，切屑厚度增大，從而更不容易達(dá)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，由于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(huán)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(tài)。與多相合金相比，單相合金更不容易失火。合金狀態(tài)越均勻，則失火的可能性越小。
d.其他因素。進(jìn)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采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(chǎn)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(guī)程
a.切削工具要保持鋒利，并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(jìn)給量進(jìn)行加工，避免使用微小的進(jìn)給量，以產(chǎn)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(chǎn)生火花。
f.保持環(huán)境整齊、干凈。
g.嚴(yán)禁在機加工工作區(qū)內(nèi)吸煙、生火、電焊。
h.工作區(qū)域內(nèi)應(yīng)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(yīng)采取一切可能的措施，確保鎂磨削粉塵的正確收集與處置。
在對鎂合金零件進(jìn)行干法磨削時，必須用設(shè)計得當(dāng)?shù)臐穹ㄎ鼔m系統(tǒng)將鎂渣立即從工作區(qū)域中清除出去。吸塵器與磨床之間的連接管應(yīng)當(dāng)短而直，吸塵器應(yīng)保持清潔，并將其排風(fēng)口設(shè)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(jìn)行處理之前，應(yīng)將其保存在水中。
隨時保持工作環(huán)境的整潔，對于保證磨削鎂合金零件的安全至關(guān)重要。每天必須對砂輪與吸塵器之間的連接管進(jìn)行至少一次檢查和清理，每個月應(yīng)對整個吸塵系統(tǒng)至少進(jìn)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(yīng)將太多的吸塵設(shè)備與一個集中排放系統(tǒng)相連接。干燥管路很長的中央吸塵系統(tǒng)和帶過濾器的普通吸塵系統(tǒng)，都不適合于收集鎂粉。
如果要在帶式打磨裝置或圓盤式磨床上對鎂合金零件進(jìn)行濕法磨削，應(yīng)當(dāng)使用足量的切削液來收集所有粉塵，并將其輸送到收集點。
因此，對鎂合金零件進(jìn)行磨削加工時必須采取下列預(yù)防措施。
a.必須有專門用于鎂合金零件加工的磨床，并貼上“鎂專用”標(biāo)簽。在對砂輪進(jìn)行修整之前，應(yīng)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(jìn)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(shè)備操作人員應(yīng)當(dāng)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(hù)服應(yīng)當(dāng)清潔無塵和易于脫下。
d.警告標(biāo)志應(yīng)當(dāng)放置在顯眼的地方。
e.工作區(qū)域內(nèi)應(yīng)存放足量的滅火器材。
2.4鎂屑與微細(xì)粉末的處理
干燥切屑應(yīng)放置在清潔和密封的鋼制容器中，并存放在不會與水接觸的地方。
濕切屑與淤渣應(yīng)存放在置于偏僻處的通風(fēng)鋼制窗口中，且必須有足夠的通風(fēng)量，以便使氫氣逸出。把濕的切屑和細(xì)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(fā)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(jìn)行溶解(一般1kg干燥鎂使用0.6kg氯化鐵)，可在數(shù)小時內(nèi)使絕大多數(shù)鎂轉(zhuǎn)化成不燃燒的氫氧化鎂和氯化鎂殘渣。由于在這種反應(yīng)中會產(chǎn)生氫氣，故應(yīng)在室外的敞開容器中進(jìn)行處理，并嚴(yán)禁在反應(yīng)器的周圍生火吸煙或焊接作業(yè)。在配制5％的氯化鐵溶液時，應(yīng)將淤渣中的水考慮進(jìn)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(jīng)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，無論在什么情況下，都不能用水或任何其他標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)，并且是加強火勢而不是抑制火勢。
