切削加工蠕墨铸铁（CGI）的挑战

蠕墨铸铁（CGI）在柴油机和赛车发动机零件上的应用正日益增多。为了有效切削加工这种极具挑战性的材料，刀具的选择至关重要。     

蠕墨铸铁加工研究现状

蠕墨铸铁因为其优秀的力学性能越来越多地被应用在工业当中,特别是在汽车工业中制造高性能和轻质量的柴油发动机方面,已经成为替代灰铸铁的理想材料。然而,蠕墨铸铁优秀的力学性能,使得蠕墨铸铁加工成为一个难题,加工过程存在速度过快刀具过早失效或速度过慢表面质量不达标等问题。基于存在的问题和目前的研究进展,综述了蠕墨铸铁切削机制、内部成分、切削刀具等对加工蠕墨铸铁的影响,并进一步对刀具角度、表面涂层、切削参数、冷却方法等研究进行了介绍,指出了蠕墨铸铁的未来研究方向和发展趋势。     

蠕墨铸铁铣削加工的试验研究

本文研究蠕墨铸铁铣削加工的工艺技术,分析了切削参数对切屑形貌特征的影响规律,建立了基于切削参数的铣削力、粗糙度的线性回归经验公式,对比分析了铣削加工蠕墨铸铁(RU380)、灰口铸铁(HT300)、球墨铸铁(QT500)刀具的失效形式和失效机理,并给出了铣削加工蠕墨铸铁的推荐切削条件。结果表明:蠕墨铸铁铣削加工的切屑为较规则的螺旋管状,切屑颜色接近被加工材料初始色,且几乎不随切削参数变化而改变;高的切削速度和小的进给量能有效改善切屑背面褶皱和层积现象;切削深度对铣削力的影响最为显著,进给量的变化对粗糙度的影响相对明显,采用常规切削参数均能获得良好的粗糙度;蠕墨铸铁铣削刀具的失效机理为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损,并在其相互影响下导致刀具磨损失效,基本未出现崩缺等异常现象;水冷条件下铣削蠕墨铸铁,刀具寿命较低,且失效形式为崩缺失效,不利于安全生产及发挥刀具性能。     

铸铁加工与刀具

球墨铸铁、蠕墨铸铁（CGI）和奥氏体球铁（ADI）的应用日益增多，并对加工它们的刀具提出了更高要求。     

蠕墨铸铁批量化生产的刀具选型及其加工参数研究

蠕墨铸铁以其良好的强度、耐热性、耐磨性和抗疲劳性逐步取代了发动机缸体和缸盖传统使用的灰铸铁材料。实践表明,在蠕墨铸铁加工时,刀具磨损的速度是加工灰铸铁的10~20倍,机床功率也会增大10%~30%,较低的加工效率和高昂的加工成本严重阻碍了蠕墨铸铁的批量化生产。根据现场生产经验,结合刀具提供商的推荐,选用了4款不同涂层厚度和不同槽型的硬质合金刀具,在线速度100~200 m/min的范围内进行多组切削试验,结果表明,化学气相沉积方法(CVD)制备的厚涂层PM槽型硬质合金刀具,在线速度190 m/min时,表现出最好的刀具寿命。小批量生产验证,与试验结果基本一致。本文研究成果对蠕墨铸铁的批量化生产起到了重要指导作用,大幅降低流水线上的换刀、调刀频率,在保证加工质量的同时,有效提高了企业的生产效率。     

不同冷却喷雾场下硬质涂层刀具切削蠕墨铸铁性能研究

研究在复合喷雾油膜附水滴冷却时,3种不同结构喷嘴的喷雾场及在硬质涂层刀具切削蠕墨铸铁过程中的切屑流向,并分析刀具和喷射位置对切削力的影响。研究表明:与普通圆柱型和扁平型喷嘴相比,尖嘴型喷嘴的雾化效果更佳,无大液滴现象,喷雾集中,连续雾化稳定。在硬质涂层刀具切削加工蠕墨铸铁过程中,当喷雾场只作用于刀具前刀面时,普通圆柱型喷嘴和尖嘴型喷嘴有良好的断屑作用;而尖嘴型喷嘴和扁平型喷嘴对切屑流具有更好的导向性。相对干切削和冷风辅助切削,尖嘴型喷嘴与外冷复合喷雾条件下切削蠕墨铸铁时,切削力可减小30～60 N,其中喷雾场喷射在刀具前刀面时的切削力最低。不同硬质涂层刀具需要与外冷复合喷雾的喷射位置相互匹配以达到最小的切削力。      

奎克推出关于蠕墨铸铁的研究成果

奎克化学在伊利诺伊州皮奥利亚市举行的STLE(摩擦与润滑工程师协会)中伊利诺伊分会上发表了关于蠕墨铸铁的加工与润滑的研究成果。蠕墨铸铁(CGI)比普通的灰铸铁的硬度更高可以制造出更薄壁更轻的发动机     

不同孕育剂对蠕墨铸铁显微组织和切削加工性能的影响

试验浇铸了不加孕育剂、加入0.30%硅铁、加入0.30%硅钡孕育剂的3种蠕墨铸铁。对比研究了它们的切削加工性能、力学性能与微观组织之间的关系。研究表明:相同的切削条件下,3种铸铁切削力基本相同;二次孕育处理提高了蠕铁的屈服强度和抗拉强度,并且使珠光体内部的组织更加均匀。     

h-BN对蠕墨铸铁表面激光改性区切削性能的影响北大核心

为了研究添加h-BN粉末对改性层切削性能的影响,以改善切削刀具的磨破损问题。通过激光改性在蠕墨铸铁基体上制备了含h-BN改性层,研究了改性区显微组织的变化,在不同切削速度下对改性层进行铣削实验,研究h-BN对切削力、已加工表面粗糙度以及刀具磨损的影响。实验结果表明,改性层的显微组织主要由柱状结构和树状结构组成。在相同切削速度下,切削含h-BN样品的主切削力及已加工表面粗糙度均低于无h-BN样品。刀具失效机理分析表明,崩刃、剥落和氧化磨损是刀具前刀面的主要磨损机制,h-BN的添加并未改变切削刀具的磨损机制,但可有效降低刀具磨破损程度。     

Sn对蠕墨铸铁显微组织和切削加工性能的影响

试验浇注了蠕化率均为95%的加入0.08wt.%Sn和不加Sn两种蠕墨铸铁。对比研究了它们的微观组织、力学性能和切削加工性能。合金元素Sn的加入,使蠕虫状石墨得到了细化,并且分布更加均匀,同时,促进了珠光体的形成,珠光体的含量明显增加。在使蠕墨铸铁的强度和硬度提高的同时,也使切削抗力明显增大。