镁合金冷加工切削工艺火灾

镁合金冷加工切削工艺火灾

镁的化学性质极为活泼,切削过程中又往往产生高温,因此合金进行切削加工过程中容易镁切屑火灾,若救过程中因方式不当,还会造成镁屑爆燃。因此必须了解镁合金切削工艺的火灾危险性，并能作出一定的预防措施，掌握火灾若发生后的扑救方法

1 镁合金切削工艺的火灾危险性

1.1 镁屑性质活泼,高温下极易燃烧。镁合金切削过程中,镁屑切口处大部分是未氧化的镁和镁合金。由于金属镁属一级遇湿易燃品,着火点及最小引燃能量低,加之切屑薄而小,比表面积大,因此高温环境下在空气中极易燃烧。

1.2 高速切削时会产生高温,引燃镁屑。机械加工时,为充分发挥刀具的切削性能,提高生产效率和工件质量,一般要求较高的切削速度。而高速度的切削往往会使金属切屑的温度高达700°C~ 1 000°C,当缺乏冷却液的有效供应时,高温将足以引燃镁屑起火。

1.3 镁屑燃烧温度高,火灾蔓延速度快,扑救难度大。镁一旦发生火灾,其燃烧温度可达3 000°C,燃烧热值高达25 121 kJ/kg。当镁屑呈粉状时与空气混合遇火能发生爆炸。此外,由于镁高温时遇水可发生化学反应放出氢气,故金属镁火灾中,水、泡沫、四氯化碳等灭火剂都受到限制,干粉、卤代烷灭火剂的灭火效果亦不明显,扑救难度大。

2 金属切削加工过程中影响切削温度的因素

金属切削过程中,99 %的切削变形与摩擦所消耗的功转化为热能,可用(1)式表示:

Q总=Q1+Q2+Q3(1)

式中:Q总——切削过程产生的总热量,又称切削热; Q1——变形消耗的功转变的热量;

Q2——前刀面与切屑表面摩擦所消耗的热量; Q3——后刀面与切屑表面摩擦所消耗的热量。

切削热主要通过切屑、刀具、工件、切削液(如冷却液、润滑液)和周围空气传导出去,当不加切削液时,则大部分热由切屑传出。

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镁合金零件的机械加工与安全

2001年8月，我国将“镁合金应用与开发”列为国

家计委和科技部联合下发的“十五”国家科技发展规划中材料领域的第一批项目正式启动。项目正式启动后一年多时间内，共投入国拨经费4100万元，吸引各

方面资金近6亿元；全国共有21个省市自治区的4个研究院所、7所高校、20家企业直接参与了项目实施。

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，有工艺上的，也有安全方面的，但大多数是国内镁合金压铸企业多为第一次接触镁合金，是由于对镁的不了解而造成的。

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概括性的介绍，以供参考。

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镁合金的机械加工

密度为1.8g/cm3的镁合金，比铝合金轻36%、锌合金轻73%、钢轻77%，被公认为重量最轻的结构金属材料，也有较早机械加工历史。一般情况下选用镁合金是因为其重要很轻，但是，如果零件的机械加工量很大时，它良好的机械加工性能将成为一项极有价值的优势。

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，并节约基建投资，减少占地面积，降低劳动力成本和管理费用。

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镁合金切削功率消耗

对镁合金进行加工时，单位体积切削量的功率消耗比其它觉金属都要低。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一所示： 表一：镁合金与其它金属切削功率消耗比较 （假定镁的功率消耗为1）

金属 相对功

粗车时的

采用

率消耗 切削速度 5-10mm钻

（m/min） 头时的钻削

速度（m/min）

镁合金

1.0

可达1200

150-500

铝合金 铸铁 低碳钢 镍合金

1.8 75-750 60-400

3.5 6.3

30-90 40-200

10-40 15-30

10.0 20-90 5-20

由于镁合金导热性好、切削力小，故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。因为镁易切削，其断悄性能十分良好，一般情况下只需经过一次精加工便可达到所要求的最终表面光洁度。

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镁材料因素对加工性能的影响

镁的一些物理特性对机械加工性能有较大的影响，如材料成份、零件形状、合金状态、比热、导热性、热膨胀等对切屑的形成、扭曲、变形的影响。下面分别说明：

4.

镁物理特性对切屑形成的影响。在机械加工过程中所形成切屑的类型，与材料成份、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、镗、刨、铣时，所产生的切屑可以分为三大类：在大进给量下形成粗大和断屑良好的切屑；在中等进给量下形成长度短和断悄良好的切屑；在小进给量下形成长而卷曲的切屑。

5.

镁物理特性对扭曲变形的影响。由于镁的比热高和导热性良好，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交不会产生较高的温度。但是，在高切削速度和进给量大的情况下，零件所产生的热量也时相当可观的，很可能因为温度过高而发生扭曲变形。 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具有相当大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20-200℃范围内为26.6-27.4um/m·℃（与合金成份有关）。

冷变形的影响。在机械加工过程中，镁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、刀具在加工过程中有停顿

6.

7.

以及其它引起零件过度发热的不当操作，都可能造成扭曲变形或翘曲。

1.3、刀具对机械加工的影响

①刀具材料的影响。镁加工刀具材料的选择取决于所需完成的机加工量。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。

②刀具设计的影响。加工钢和铝的刀具通常也适合于镁合金的加工。但是，由于镁的切削力低，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。

③刀具刃磨的影响。对镁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、毛剌和卷刃。如果刀具切削过其它金属，即使切削角没有改变，也应进行重新刃磨和珩磨。

刀具初磨可采用中等粒度的砂轮，然后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200-300目的金刚石砂轮。

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，因此在加工镁合金时往往并不需要切削液。通常小批量生产或简单加工都将选用干式加工，这样成本会更低而且比较干净。

只有在镗深孔时可能需要用切削液进行润滑，在进给速度和切削速度很高时或大批量生产时也最好用切削液来进行冷却。

加工镁合金时，无论用高速或低速，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，尽可能减少发生扭曲变形以及减少切屑着火的可能性。因此在镁的机械加工中，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。

机械加工安全操作规程

在现在镁合金压铸加工企业，普遍存在一些安全方面的误区，认为镁合金的危险只存在于压铸环节，搞好此处的安全工作就放心了，其实加工镁合金时，燃烧或爆炸的危险性更甚于压铸环节，也应当形成一项长抓不懈的制度，也要企业的有关管理人员和操作员对安全操作规程有充分的了解。

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，可以迅速将产生的摩擦热散失出去，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。

在对镁合金加工过程中使切屑升温到达闪点或燃烧的影响因素有：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，切屑百度增大，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。

环境大气的相对温度：相对湿度越高，则失火的可能性越大。

合金的成份与状态：与金相合金相比，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。

其它因素：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，都是造成事故的因素。

机械加工的安全操作规程

完善的机械加工规程应包括下列内容：

1.

切削工具要保持锋利，并磨出较大的后角与离隙角；不通话使用钝的、粘有切屑或破裂的刀具。

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，以产生较大的切屑。

不要让刀具停顿在工件上。

使用微小切削量时，要使用矿物油冷却液来减少降温。

如果镁合金零件中有钢芯衬，要小心与刀具相碰产生火花。

保持环境整齐、干净。

严禁在机加工工作区吸烟、生火、烧焊。 工作区域内应存放跑题的灭火器材。

2.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pf1d.html