镁合金零件CNC加工的安全规范详解

发表时间:2022/8/31 19:16:55  来源:网络  浏览次数:3433  
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随着“镁合金应用开发和产业化”项目的推进,企业在实际生产中遇到了很多问题,如工艺和安全问题。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,本文概述了镁合金压铸零件的加工工艺及安全操作程序,供参考。1镁合金加工

密度高的镁合金比铝合金轻36%,比锌合金轻73%,比钢轻77%,被公认为质量最小的结构金属材料。少量镁合金零件的加工可以在手动操作的小型机床上进行。大量高效地加工镁合金零件时,使用专用的大型自动化机械加工中心或计算机数控机器更经济。与加工性能低的金属材料相比,切削性能好的镁合金具有突出的优点。镁合金可以在较高的切削速度和进给率下进行强有力的切削,从而减少加工作业时间。因此,在执行相同任务时,以镁合金为原料,可以减少加工设备的数量,节省基础设施投资,减少占地面积,减少人力成本和管理费。

1.1镁合金的切削功耗

加工镁合金零件时,单位体积切削量的耗电量低于其他普通金属。在几种典型切削速度下,不同金属对镁的功耗见;

镁合金因为导热性好、切削力小,加工过程中冷却速度快,刀具寿命长、粘刀量少,可以降低刀具成本,减少更换刀具所需的停机时间。镁合金易切削,碎屑性能非常好,一般只需一次精加工即可达到所需的最终表面粗糙度。

1.2镁合金材料对加工性能的影响

1.2.1对芯片形成的影响

加工过程中形成的碎屑类型与材料成分、零件形状、合金状态和进给率等因素有关。使用单刃刀具进行镁合金的车、长传、刨、铣削时产生的碎屑可分为三类。在大输送下,粗碎屑形成好碎屑的:a中间输送下,形成长度短、碎屑好的碎屑。c .在小输送下形成长而卷曲的碎屑。

1.2.2对畸变变形的影响

镁的比热高,热导率高,摩擦产生的热量会迅速扩散到零件的各个部分,因此切削镁合金时不会产生高温。但是,如果切削速度和进给速度较高,则零件产生的热量也相当高,温度太高,扭曲的可能性很大。

1.2.3对热膨胀的影响

如果对已完成零件的尺寸公差要求比较严格,则设计中必须考虑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相当大的热量,则会影响零件的加工精度。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/m。

2.4对冷变形的影响

切削过程中,镁合金零件很少发生冷变形引起的扭曲或翘曲。但是,如果刀具太钝、进给速度太慢、加工过程中刀具停止等不利因素,则会发生扭曲变形或变形。

1.3刀具对镁合金零件加工的影响

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切削液对加工的影响

切削液有两个主要功能:冷却和润滑。镁的冷却速度快,可以使加工的表面保持在较低的温度水平。此外,镁的可加工性使其与钢不容易粘合,加工时不需要润滑。

加工镁合金零件时,高速或低速切削速度、切削液的使用或不使用都可以获得光滑的加工表面,而切削液的使用主要是为了冷却工件。最大限度地减少零件扭曲和碎屑着火的可能性。因此,在镁合金零件的加工中,切削液一般称为冷却水。生产批量大时,冷却液是延长刀具寿命的因素之一。

冷却剂一般用矿物油。矿物密封油和煤油已成功地用作镁合金加工的冷却剂。为了获得更好的冷却效果,切削液的粘度必须低。为了防止镁合金零件的腐蚀,切削液中的游离酸含量必须低于0.2%。

2加工安全操作规程

2.1加工过程中的不安全因素

加工镁合金过程中产生的碎屑和细粉都有燃烧或爆炸的危险。超加工阶段产生的碎屑大小很大。由于镁的热导率高,摩擦热能迅速逸出,很难达到燃点温度,现阶段事故较少。但是,在精加工阶段,细碎屑和细粉末比表面积大,因此很容易达到引燃温度,引起燃烧或爆炸事故。

镁合金加工过程中,碎屑达到闪点或燃烧的影响因素如下:

A.加工速度与切削速度的关系在给定的一组条件中,有可能引起燃烧的加工速度和进给速度范围。输送速度提高,碎屑厚度增加,达到燃点温度更不容易。如果加工速度足够低,任何大小的碎屑都不能被点燃。如果加工速度足够高,与刀具的接触时间就很短,因此任何大小的芯片都不能加热到引燃温度。

B.环境的相对温度。相对温度越高,起火的可能性越大。

C.合金的成分和状态。单相合金比多相合金不容易着火。合金状态越均匀,起火的可能性越小。

D.其他因素。进给率或刀具量太小。处理过程中暂停时间过长。刀具的后角和头屑空间太小。不使用切削液,而是使用高切削速度。刀具与铸件上嵌套的异种金属芯衬碰撞时,可能会产生火花。镁屑堆积在机床周围或下面。

2.2加工安全操作规程

A.切削工具要保持锋利,磨出更大的嗅觉和浮雕角度。不能使用钝、附着碎屑或破损的刀具。

b通常使用尽可能大的进给量进行加工,避免使用较小的进给量,从而生成较大厚度的碎屑。

C.请不要让刀具中途停留在工件上。

D.使用小切削量时,应使用矿油冷却剂降低温度。

E.镁合金零件有钢芯衬里时,请避免与刀具碰撞的火花。

F.请保持环境整洁干净。

G.加工工作区严禁吸烟、火灾、焊接。

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镁屑和微粉处理

干燥碎屑应放置在清洁密封的钢制容器中,并存放在与水不接触的地方。

湿碎屑和残渣应存放在偏僻的通风钢窗中,并有足够的通风量,以便氢气逸出。把湿碎屑和细粉装在密封的容器里特别危险。因为高浓度的氢气聚集容易爆炸。

目前,处理镁渣、镁粉、渣的常用方法是用5%的氯化铁溶液溶解(一般1公斤干燥镁使用0.6公斤氯化铁),在几个小时内将大部分镁转化为不燃烧的氢氧化镁和氯化镁渣。这种反应会产生氢气,所以要在室外的开放容器中处理,严禁在反应器周围点火或进行焊接工作。配制5%的氯化铁溶液时,要考虑残渣中的水。

2.5镁芯片燃烧消化

A.d级灭火器。其材料通常使用氯化钠粉末或钝化的黑烟粉末,其原理是排除氧气灭火。

B.皮制或干沙。小面积着火可以覆盖,其原理是排除氧气灭火。

C.铸铁碎片。在没有其他好的灭火材料的情况下也可以使用,主要作用不是灭火,而是将温度降低到镁的燃点以下。

总之,在任何情况下都不能使用水或其他标准灭火器扑灭镁引起的火灾。水、其他液体、二氧化碳、泡沫等对燃烧的镁做出反应,加强火焰而不是抑制火焰。

2.4对冷变形的影响

切削过程中,镁合金零件很少发生冷变形引起的扭曲或翘曲。但是,如果刀具太钝、进给速度太慢、加工过程中刀具停止等不利因素,则会发生扭曲变形或变形。

1.3刀具对镁合金零件加工的影响

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的机器和工作量。小批量加工时,一般寿命特别长的普通碳钢刀具大批量加工时,一般优先使用硬质合金镶嵌的刀具。如果加工布置和公差要求非常严格,则可以使用成本高昂的钻石头,省去繁琐的重置补偿调整工作。

1.3.2刀具设计

加工钢和铝的刀具一般也适用于镁合金加工。但是,由于镁的切削力小,热容量也相当低,加工工具应具有较大的外部后角、较大的碎屑间距、较少的刀片数和较小的前角。另外,检查刀具的每个表面是否平滑也很重要。

1.3.3刀具锐化

加工镁合金的重要原则是,刀具要尽可能保持锋利和光滑,不能有划痕、毛刺和刀刃。如果刀具切削了其他金属,即使切削角度没有变化,也必须执行重新锐化和锐化研磨。

刀具的初始研磨可以使用中等大小的砂轮,然后使用细致的砂轮进行削尖,必要时可以用细油石或超细油石进行手工研磨。对于高速钢刀具,采用100目的氧化铝砂轮。

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

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。

飞航可以自主完成镁合金加工、镁合金导电氧化及喷漆/喷粉全工序制作,最终成品可以满足GJB150A相关环境试验要求,具体工序包括:镁合金CNC加工(AZ31B/AZ80)、镁合金开模及镁合金压铸(AZ91D)、镁合金导电氧化(本色/彩虹色)和镁合金喷漆/喷粉;镁合金导电氧化盐雾试验96小时以上。

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