聯(lián)系人 ：劉經(jīng)理鎂合金壓鑄件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工藝流程
1、 前言
早在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，美軍就把鎂合金壓鑄的電腦就帶上了戰(zhàn)場(chǎng)，由于其良好的防水、輕便、防電磁波干擾的功能被美軍贊不絕口。純美的密度為 1.738g/cm3，為純鋁的2/3。因此相同體積大小的鎂會(huì)比鋁更輕，鎂的散熱功能優(yōu)良，熱傳系數(shù)可以達(dá)到51W/Mk。所以由于這些優(yōu)良特性就決定了鎂在3C行業(yè)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。
鎂的活性非常強(qiáng)，而且不怕水，整塊的鎂非常穩(wěn)定，但是鎂碎片卻非常容易著火。鎂和其他稀缺元素不一樣，鎂元素到處都有，從海水就可以提煉，但需要大量的電力能源來(lái)進(jìn)行電解提取。
鎂合金擁有良好的加工性能，單位重量的鎂合金比鋁合金的強(qiáng)度更高。當(dāng)我們需要更高的強(qiáng)度和更輕的重量時(shí)，鎂合金就是其中的選擇之一。
2、鎂合金的主要優(yōu)缺點(diǎn)
2.1主要優(yōu)點(diǎn)介紹
鎂合金壓鑄的主要優(yōu)點(diǎn)有：
1）質(zhì)輕，鎂合金密度為1.78-1.83g/cm3,鎂合金無(wú)火花，非磁性；
2）高比強(qiáng)度、高比彈性模量、高阻尼減震性、高導(dǎo)熱性、常用合金中比熱最高、高散熱效率（散熱絕對(duì)優(yōu)勢(shì):相同體積,相同溫度，鎂合金的散熱時(shí)間還不到鋁合金的一半），具有一定的急冷性；
3）鎂合金對(duì)鑄型腐蝕性小,不腐蝕黑色金屬,模具具有長(zhǎng)的使用壽命；
4）合金流動(dòng)性好,鑄件尺寸穩(wěn)定性好，不易粘模,模具不易龜裂,出模斜度小；
5）可以在酸性或者堿性環(huán)境下進(jìn)行陽(yáng)極氧化及表面涂層等表面處理,成膜物質(zhì)可以增強(qiáng)表面耐蝕能力;
6）外觀及觸摸質(zhì)感佳，鎂合金可全部回收利用，是有利于環(huán)保的一種綠色金屬;
7）鎂合金可壓鑄薄壁件，目前，最薄的零件至 0.6mm。
2.2主要缺點(diǎn)介紹
鎂合金壓鑄的主要缺點(diǎn)有：
1）鎂合金（AZ91D）的導(dǎo)熱系數(shù)僅為51W/(M·k)，不及鋁合金；
2）與氧親合力強(qiáng),易引起火焰、閃光、燃燒、爆炸等危險(xiǎn),需要用SF6(濃度為0.2-0.3％)、N2 混合氣作保護(hù)氣；
3）鎂凝固時(shí)放出熱量小,需要高速生產(chǎn)。鑄型溫度通常保持在250-300℃之間，鎂合金結(jié)晶溫度區(qū)間短,凝固時(shí)間短,需要較高的充填比壓和較快的充填速度,對(duì)壓鑄機(jī)要求高；
4）連續(xù)生產(chǎn)時(shí)鎂的燒損率為 5-8％，若批量小斷續(xù)生產(chǎn)燒損率為20-25%；
5）壓鑄機(jī)設(shè)備的要求:
①最大空壓壓射頭速度 6-10m/s；②壓射速度從0.5m/s上升到5m/s的過(guò)度時(shí)間要低于20ms；③最短建壓時(shí)間小于0.05s；④良好的安全保護(hù)性能;
6）鑄件易氧化,需要對(duì)鎂合金鑄件表面進(jìn)行鈍化處理.但通過(guò)與某些化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)生成致密的保護(hù)膜;
7）模具要求恒溫，否則薄壁件易產(chǎn)生裂紋，因此，廢品率與模具溫度有很大關(guān)系。
3.鎂合金壓鑄
3.1鎂合金熔煉工藝
3.1.1 鎂合金牌號(hào)的選擇
鎂合金錠選用AZ91D,該牌號(hào)的合金具有較高的延伸率和強(qiáng)度，且流動(dòng)性較好。
3.1.2 鎂合金熔化爐
由于鎂合金的易燃特性，鎂合金熔化爐需同時(shí)具備熔化和保溫功能，并通以惰性氣體以隔絕空氣。澆注采用定量澆注，通過(guò)熟料管將鎂液泵入熔杯，熟料管進(jìn)行加熱保溫。鎂合金的熔煉一般采用雙室爐。
3.1.3 鎂合金保溫爐
熔煉和保溫鎂合金的保溫爐需要采用保溫雙室爐，即熔煉爐和保溫爐分開(kāi)（如下圖 2 所示）：
1）熔煉和澆注時(shí)需要添加保護(hù)氣體：氮?dú)夂头颍?br /> 2）熔煉時(shí)采用二號(hào)溶劑：氯化鎂，粒度（80-150）；
3）不使用回料爐；
4）保溫爐采用定量爐；
3.2壓鑄車(chē)間防火防爆
鎂合金易燃易爆的特點(diǎn)，壓鑄車(chē)間需要做防火防爆處理，有以下幾點(diǎn)措施：
1）壓鑄成型后的零件冷卻方式可使用水冷或風(fēng)冷；
2）配備鎂合金專(zhuān)用滅火器：干沙、覆蓋劑、D 級(jí)滅火器；
3）鎂合金在升溫到350度，向密封熔煉爐內(nèi)通入氮?dú)夂头蚧旌蠚怏w，鎂合金的熔煉一般不超過(guò)700度；
4）禁止帶水進(jìn)入車(chē)間；
5）和鎂合金接觸的工具等需要預(yù)熱到150度以上；
6）帶有鐵銹的工具要將鐵屑打磨預(yù)熱后才能和鎂合金液體接觸。
3.2.1 壓鑄清理現(xiàn)場(chǎng)要求
與其他合金材料（如鋁合金）相比，壓鑄出來(lái)的鎂合金經(jīng)過(guò)清理打磨后外觀更加光亮，但鎂合金壓鑄后產(chǎn)品變形較大，在0.7mm，由于比較硬，校正比較困難，
鎂合金在清理過(guò)程中有許多的安全因素，主要因素包括：電線路火花、清理時(shí)摩擦火花、粉塵遇明火。需要采取以下安全措施：
1）打磨的粉塵必須及時(shí)通過(guò)抽風(fēng)系統(tǒng)，將鎂屑抽入冷卻液中；
2）打磨車(chē)間必須是一個(gè)敞開(kāi)式的作業(yè)環(huán)境；
3）采用 D 級(jí)滅火器，滅火器材料通常使用氯化鈉基粉末或一種經(jīng)過(guò)鈍化處理的石墨基粉末，其原理是通過(guò)排除氧氣來(lái)悶熄火焰；
4）采用覆蓋劑或干砂，當(dāng)小面積著火時(shí)可用其覆蓋火焰，其原理也是通過(guò)排除氧氣來(lái)悶熄失火。
5）清理線體防火改造；
6）及時(shí)清掃鎂屑（每 2 小時(shí)），固定區(qū)域存放，一段時(shí)間后由廠家回收；
4、 鎂合金機(jī)加
4.1 鎂合金機(jī)加的特點(diǎn)
用壓鑄合金產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)加，其特點(diǎn)是：鎂合金在機(jī)加過(guò)程中，M3 和 M4 絲錐很容易斷刀，此與鎂合金材質(zhì)和硬度有關(guān)，但是采用針對(duì)鎂合金材質(zhì)的刀具，斷刀問(wèn)題可以得到有效解決，零件如下圖 6 所示：
4.2 影響機(jī)加過(guò)程中的安全因素及處置方式
鎂合金機(jī)加與鋁合金的機(jī)加有很大區(qū)別，影響鎂合金機(jī)加的主要安全因素有：刀具類(lèi)別和尺寸、切削液種類(lèi)、切削參數(shù)、環(huán)境濕度等。
1）而最大的隱患是切屑，由于鎂合金在機(jī)加過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生鎂屑，切屑越小，與空氣中的水分接觸的面積就越大，越容易與水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生燃燒，甚至爆炸，因此在機(jī)加過(guò)程中需要特別注意對(duì)鎂屑的處理。
2）刀具需要用鎂合金專(zhuān)用刀具，即增大刀具后角和離隙角，并保持刀具鋒利，不可使用磨損的刀具加工。
3）切削液在鎂合金加工中起到冷卻液的作用，在小批量加工時(shí)，不需要使用切削液同樣可以獲得較高精度的加工面，大批量生產(chǎn)和快速切削時(shí)需要用到切削液，鎂合金切削液一般采用礦物油作為切削液。
4）切削參數(shù)也會(huì)影響鎂合金的切屑大小，吃刀量越大，鎂屑尺寸越大，切削速度越快，溫度越低，就越不容易引起燃燒。
5）環(huán)境的濕度也是引起燃燒事故的原因之一，濕度越高，越容易引起燃燒。
4.3 機(jī)加切屑的處理
鎂屑需要進(jìn)行特殊的存放和處理，不可隨意堆放，以免引起鎂屑燃燒或爆。
1）干燥的鎂屑需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，每個(gè)兩天由專(zhuān)門(mén)的鎂合金廠家回收。
2）濕屑或殘?jiān)鼞?yīng)存放在偏僻的開(kāi)有窗口的鋼制瓶中，且通風(fēng)量足夠，以便氫氣逸出。
3）可將氯化鐵溶液溶解在濕屑或殘?jiān)校a(chǎn)生不燃燒的化學(xué)物質(zhì)，但這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫氣，因此應(yīng)在室外敞開(kāi)的容器中進(jìn)行處理，并嚴(yán)禁在周?chē)阑?、吸煙或焊接作業(yè)。
4.4安全事故處理方法
鎂合金在機(jī)加過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的鎂屑，難免會(huì)產(chǎn)生燃燒安全事故，而一旦發(fā)生安全事故，主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行處理：
1）采用 D 級(jí)滅火器，滅火器材料通常使用氯化鈉基粉末或一種經(jīng)過(guò)鈍化處理的石墨基粉末，其原理是通過(guò)排除氧氣來(lái)悶熄火焰。
2）覆蓋劑或干砂，當(dāng)小面積著火時(shí)可用其覆蓋火焰，其原理也是通過(guò)排除氧氣來(lái)悶熄失火。
無(wú)論在什么情況下，都不能用水或任何其它標(biāo)準(zhǔn)滅火器去撲滅由鎂合金引起的失火。水、其它液體等都會(huì)與燃燒著的鎂起反應(yīng)，并且是加強(qiáng)火勢(shì)而不是抑制火勢(shì)，造成更嚴(yán)重事故災(zāi)害。
5、鎂合金表面處理
5.1 微弧氧化處理
微弧氧化是目前鎂合金表面處理比較常見(jiàn)的方式
5.2 表面鈍化處理
鉻化處理是表面鈍化的方式之一，是使用鉻酸或鉻酸鹽為主體液，使零件表面產(chǎn)生氧化鎂和鉻化鎂等保護(hù)層，鉻化處理工藝較為成熟，經(jīng)過(guò)鈍化處理的金屬表面可以提高附著力，鈍化處理可以作為噴粉前的前處。
表面鈍化處理的設(shè)備可以使用微弧氧化相同的設(shè)備。
6、總結(jié)
本次對(duì)鎂合金壓鑄工藝流程的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，涉及從壓鑄到清理、機(jī)加、表處等全流程，經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和請(qǐng)教一些資深的專(zhuān)家，把鎂合金壓鑄全流程中需要注意的事項(xiàng)及應(yīng)對(duì)措施分享給大家，以便后續(xù)查閱和參考。目前，鎂合金在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用面沒(méi)有鋁合金廣，主要是一些安全方面技術(shù)措施和成本還沒(méi)有完全突破，本文主要講述的是一些常見(jiàn)的鎂合金壓鑄參數(shù)和防火防爆的措施、方法，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)的研究做參考。
東莞市樂(lè)發(fā)精密五金制品有限公司
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