鎂合金零件的機(jī)械加工與安全

1、-作者xxxx-日期xxxx鎂合金零件的機(jī)械加工與安全【精品文檔】鎂合金零件的機(jī)械加工與安全劉祖明 黎前虎摘要：概述性介紹了多年來從事鎂合金壓鑄件后處理技術(shù)研究中所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和壓鑄鎂合金零件機(jī)械加工工藝及其材料、設(shè)備的影響等，以及其過程中所出現(xiàn)的安全問題的解決。關(guān)鍵詞：鎂合金零件 機(jī)械加工 安全前言2001年8月，我國(guó)將"鎂合金應(yīng)用與開發(fā)"列為國(guó)家計(jì)委和科技部聯(lián)合下發(fā)的"十五"國(guó)家科技發(fā)展規(guī)劃中材料領(lǐng)域的重點(diǎn)任務(wù)，同時(shí)"鎂合金應(yīng)用開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化"作為十五計(jì)劃的第一批項(xiàng)目正式啟動(dòng)。項(xiàng)目正式啟動(dòng)后一年多時(shí)間內(nèi)，共投入國(guó)撥經(jīng)費(fèi)4100萬元，吸

2、引各方面資金近億元；全國(guó)共有21個(gè)省市自治區(qū)的個(gè)研究院所、所高校、20家企業(yè)直接參與了項(xiàng)目實(shí)施。隨著“鎂合金應(yīng)用開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目的深入實(shí)施，企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)了不少問題，有工藝上的，也有安全方面的，但大多數(shù)是國(guó)內(nèi)鎂合金壓鑄企業(yè)多為第一次接觸鎂合金，是由于對(duì)鎂的不了解而造成的。本文將對(duì)鎂合金壓鑄零件的機(jī)械加工工藝及安全操作規(guī)程進(jìn)行概括性的介紹，以供參考。1、鎂合金的機(jī)械加工密度為1.8g/cm3的鎂合金，比鋁合金輕36%、鋅合金輕73%、鋼輕77%，被公認(rèn)為重量最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，也有較早機(jī)械加工歷史。一般情況下選用鎂合金是因?yàn)槠渲亓亢茌p，但是，如果零件的機(jī)械加工量很大時(shí)，它良好的機(jī)械加工性

3、能將成為一項(xiàng)極有價(jià)值的優(yōu)勢(shì)。小批量鎂合金零件的機(jī)械加工可在手動(dòng)操作的小型機(jī)床上進(jìn)行，大批量高效率加工鎂合金零件時(shí)，采用專用的大型自動(dòng)化機(jī)械加工中心或計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床將更加經(jīng)濟(jì)。與那些機(jī)械加工性能較差的金屬材料相比，切削性能良好的鎂具有十分突出的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于鎂合金，可以在高切削速度和大進(jìn)給量下進(jìn)行強(qiáng)力切削，這樣，機(jī)加工工時(shí)數(shù)就可以減少。因此，在完成同樣的工作任務(wù)時(shí)，若采用鎂合金作原材料，可以減少加工設(shè)備的臺(tái)數(shù)，并節(jié)約基建投資，減少占地面積，降低勞動(dòng)力成本和管理費(fèi)用。1.1、鎂合金切削功率消耗對(duì)鎂合金進(jìn)行加工時(shí)，單位體積切削量的功率消耗比其它常見金屬都要低。在幾種典型的切削加工速度下，各種金屬相對(duì)于鎂

4、的功率消耗如表一所示：表一：鎂合金與其它金屬切削功率消耗比較（假定鎂的功率消耗為1）金屬相對(duì)功率消耗粗車時(shí)的切削速度（m/min）采用5-10mm鉆頭時(shí)的鉆削速度（m/min）鎂合金1.0可達(dá)1200150-500鋁合金75-75060-400鑄鐵30-9010-40低碳鋼40-20015-30鎳合金20-905-20由于鎂合金導(dǎo)熱性好、切削力小，故加工過程中的散熱速度很快，因而刀具壽命長(zhǎng)，粘刀量少，從而可以降低刀具費(fèi)用，縮短更換刀具所需的停機(jī)時(shí)間。因?yàn)殒V易切削，其斷屑性能十分良好，一般情況下只需經(jīng)過一次精加工便可達(dá)到所要求的最終表面光潔度。1.2、鎂材料因素對(duì)加工性能的影響鎂的一些物理特牲對(duì)

5、機(jī)械加工性能有較大的影響，如材料成份、零件形狀、合金狀態(tài)、比熱、導(dǎo)熱性、熱膨脹等對(duì)切屑的形成、扭曲、變形的影響。下面分別說明：1.2.1、鎂物理特性對(duì)切屑形成的影響。在機(jī)械加工過程中所形成切屑的類型，與材料成份、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、鏜、刨、銑時(shí)，所產(chǎn)生的切屑可以分為三大類：在大進(jìn)給量下形成粗大和斷屑良好的切屑；在中等進(jìn)給量下形成長(zhǎng)度短和斷屑良好的切屑；在小進(jìn)給量下形成長(zhǎng)而卷曲的切屑。1.2.2、鎂物理特性對(duì)扭曲變形的影響。由于鎂的比熱高和導(dǎo)熱性良好，磨擦產(chǎn)生的熱量會(huì)迅速地?cái)U(kuò)散到零件的各個(gè)部分，因此，對(duì)鎂合金進(jìn)行切削加工時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生較高的溫度。但

6、是，在高切削速度和進(jìn)給量大的情況下，零件所產(chǎn)生的熱量也時(shí)相當(dāng)可觀的，很可能因?yàn)闇囟冗^高而發(fā)生扭曲變形。1.2.3、熱膨脹的影響。如果對(duì)成品零件的尺寸公差要求比較嚴(yán)格，則在設(shè)計(jì)中必須考慮到鎂具有相當(dāng)大的熱膨脹系數(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(huì)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20-200范圍內(nèi)為26m/m·（與合金成份有關(guān)）。1.2.4、冷變形的影響。在機(jī)械加工過程中，鎂零件很少發(fā)生因?yàn)槔渥冃我鸬呐で冃位蚵N曲。但刀具太鈍、進(jìn)給速度太慢、刀具在加工過程中有停頓以及其它引起零件過度發(fā)熱的不當(dāng)操作，都可能造成扭曲變形或翹曲。1.

7、3、刀具對(duì)機(jī)械加工的影響1.3.1、刀具材料的影響。鎂加工刀具材料的選擇取決于所需完成的機(jī)加工量。小批量加工時(shí)，一般使用壽命特別長(zhǎng)的普通碳鋼刀具；大批量加工時(shí)，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(shí)，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(bǔ)嘗調(diào)整工作。1.3.2、刀具設(shè)計(jì)的影響。加工鋼和鋁的刀具通常也適合于鎂合金的加工。但是，由于鎂的切削力低，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(gè)表面很平滑也是十分重要的。1.3.3、刀具刃磨的影響。對(duì)鎂進(jìn)行機(jī)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

8、鋒利和光滑程度，必須沒有劃傷、毛剌和卷刃。如果刀具切削過其它金屬，即使切削角沒有改變，也應(yīng)進(jìn)行重新刃磨和珩磨。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(shí)再用細(xì)油石或超細(xì)油石進(jìn)行手工珩磨。對(duì)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(duì)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200-300目的金剛石砂輪。1.4、切削液對(duì)機(jī)械加工的影響切削液有兩大功能即冷卻和潤(rùn)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(shí)一般不需要潤(rùn)滑，因此在加工鎂合金時(shí)往往并不需要切削液。通常

9、小批量生產(chǎn)或簡(jiǎn)單加工都將選用干式加工，這樣成本會(huì)更低而且比較干凈。只有在鏜深孔時(shí)可能需要用切削液進(jìn)行潤(rùn)滑，在進(jìn)給速度和切削速度很高時(shí)或大批量生產(chǎn)時(shí)也最好用切削液來進(jìn)行冷卻。加工鎂合金時(shí)，無論用高速或低速，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)生扭曲變形以及減少切屑著火的可能性。因此在鎂的機(jī)械加工中，切削液一般被稱作冷卻液。在生產(chǎn)批量很大時(shí)，冷卻液是延長(zhǎng)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。為了防止對(duì)鎂合金零件造成腐蝕，切削液中的游離酸含

10、量應(yīng)低于0.2%。2、機(jī)械加工安全操作規(guī)程在現(xiàn)有鎂合金壓鑄加工企業(yè)，普遍存在一些安全方面的誤區(qū)，認(rèn)為鎂合金的危險(xiǎn)只存在于壓鑄環(huán)節(jié)，搞好此處的安全工作就放心了，其實(shí)加工鎂合金時(shí)，燃燒或爆炸的危險(xiǎn)性更甚于壓鑄工序，因此對(duì)鎂合金機(jī)械加工工序的安全管理絕不能弱于壓鑄環(huán)節(jié)，也應(yīng)當(dāng)形成一項(xiàng)長(zhǎng)抓不懈的制度，也要企業(yè)的有關(guān)管理人員和操作員對(duì)安全操作規(guī)程有充分的了解。2.1、機(jī)械加工過程中的不安全因素在對(duì)鎂合金進(jìn)行機(jī)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(xiǎn)。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，可以迅速將產(chǎn)生的磨擦熱散失出去，難以達(dá)到燃點(diǎn)溫度，此階段事故發(fā)生較少。但在精加工階段，由于所產(chǎn)

11、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。在對(duì)鎂合金加工過程中使切屑升溫到達(dá)閃點(diǎn)或燃燒的影響因素有：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(gè)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(diǎn)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(shí)間很短，故不可能將任何尺寸大小的切屑加熱到引燃溫度。環(huán)境大氣的相對(duì)溫度：相對(duì)濕度越高，則失火的可能性越大。合金的成份與狀態(tài)：與金相合金相比，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。其它因素：

12、進(jìn)給速率或吃刀量太?。患庸み^程中的停頓時(shí)間過長(zhǎng)；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(shí)可能產(chǎn)生火花；鎂切屑在機(jī)床周圍或下方積聚等等，都是造成事故的因素。2.2、機(jī)械加工的安全操作規(guī)程完善的機(jī)械加工規(guī)程應(yīng)包括下列內(nèi)容：一、 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。二、 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。三、 不要讓刀具中途停頓在工件上。四、 使用微小切削量時(shí)，要使用礦物油冷卻液來減少降溫。五、 如果鎂合金零件中有鋼鐵芯襯，要小心與刀具

13、相碰產(chǎn)生火花。六、 保持環(huán)境整齊、干凈。七、 嚴(yán)禁在機(jī)加工工作區(qū)內(nèi)吸煙、生火、燒焊。八、 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塵很容易燃燒，懸浮在空氣中時(shí)會(huì)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(duì)鎂進(jìn)行干法磨削時(shí)，必須用設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)臐穹ㄎ鼔m系統(tǒng)立即從工作區(qū)域中清除出去。吸塵器與磨床之間的連結(jié)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，并要頻繁的將吸塵器中的鎂渣清理出去，以防止其過多積聚，在對(duì)淤渣進(jìn)行處理之前，應(yīng)將其保存在水下。隨時(shí)保持工作環(huán)境的整潔，對(duì)于保證磨削鎂時(shí)的安全至關(guān)重要。每天都必須對(duì)砂輪與吸塵器之間的連接管進(jìn)行至少一次檢查

14、和清理，每個(gè)月應(yīng)對(duì)整個(gè)吸塵系統(tǒng)至少進(jìn)行一次徹底地清理。不得讓鎂粉塵聚集在座椅、窗戶、管路和其它水平面上。不應(yīng)將太多的產(chǎn)塵設(shè)備與一個(gè)集中排放系統(tǒng)相連接。干燥管路很長(zhǎng)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塵。如果要在帶式打磨裝置或圓盤式磨床上對(duì)鎂進(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(diǎn)?？傊?，對(duì)鎂進(jìn)行磨削加工時(shí)，必須采取下列預(yù)防措施：一、 必須留出專門用于鎂的磨床，并貼上“鎂專用”標(biāo)簽，在對(duì)砂輪進(jìn)行修整之前，應(yīng)對(duì)吸塵器作徹底清理。二、 對(duì)用鉻酸鹽蝕洗過的鎂表面進(jìn)行返工磨削時(shí)，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。三、 磨削設(shè)備操

15、作手應(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。四、 警告標(biāo)志應(yīng)當(dāng)放置在顯眼的地方。五、 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(huì)與水接觸的地方，等待轉(zhuǎn)售。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(xiǎn)，這將有高濃度的氫氣集聚而發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。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，可在數(shù)小時(shí)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?jiān)?。由于在這種反應(yīng)中會(huì)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)。氯化鐵用量為一般為1公斤干燥鎂使用0.6公斤氯化鐵，在配制5%的溶液時(shí)，應(yīng)將淤渣中的水考慮進(jìn)去。2.5、鎂屑燃燒的滅火滅火通常采用以下幾種材料或方式：一、 D級(jí)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失火。二、 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失火。三、 鑄鐵碎屑：沒有其它好的滅火材料的情