提高铸铁车削加工效率与稳定性

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( x# o; d( \6 L 4 t3 l/ m7 _2 A1 b - E& m# W$ A i h/ N- m6 H$ x$ l. k, ~# t8 [; F: u& @& D. j9 n/ H+ h5 M' t, ], }0 H4 o9 j$ K, K/ _7 R: ]( C" ?9 P# F+ a8 B6 \) h/ F2 w7 C$ u1 j2 W$ a: K! |) ~8 M) I4 p( \5 ?% m- \+ l# N+ ]" Z5 X! [/ Z. l8 t! U% Z; g' q- ? a)普通铸铁的组织   b)球墨铸铁的组织 图1 普通铸铁与球墨铸铁的组织 铸铁：龟裂崩碎型切屑 图2 崩碎型切屑 图3 球墨铸铁的切屑 图4 全黑UC5105与UC5115刀片与涂层结构 a)全黑超平滑涂层 b)一般CVD涂层 图5 全黑超平滑涂层与一般CVD涂层表面粗糙度比较 图6 切削铸铁刀具材料与断屑槽选择 " V7 Z; c8 I. n3 v 铸铁一般分普通铸铁与球墨铸铁。普通铸铁亦称灰口铸铁，其组织中含片状石磨(图1a)石墨是固体润滑剂，有自润滑作用，故自身耐磨性很好，机床的床身，发动机的缸体等重要零件常用之，但片状石哪是易剥落的脆性结晶，不耐冲击，其切屑不能连续伸长，形成崩碎型切屑(图2)造成切削力不断波动，在切削过程中产生高频振动．铸件表面的粗糙与不平，切削时使刀具产生机械磨损。切屑粘接(Adhesion) ，熔接(Welding)在刀具表面．切削中也会由此造成磨损及缺损(Chipping)破损(Broken)。 5 C9 A w3 u7 P/ U1 L5 W& F+ C0 m 球墨铸铁指组织中的石墨经特殊处理形成球墨状的铸铁(图1b)从而使性能大为增强，其抗拉伸强度甚至可达900MPa。它有一定的延伸率，故切屑可能呈连续带状(图3)。刀具前刀面磨损会增大，由于含有石墨组织，切削力乃有波动。当其基体组织为珠光体时，因硬度高刀具破损较大，当其组织为铁素体时．则切屑易粘结．熔结在刀具上。 0 d) K' }# X3 Q9 U3 B3 ^' J2 Q 各刀具大制造商为高效加工铸铁零件都在不断努力环发新的刀具材料、涂层与更好的几何形状结构的刀具。三菱公司新开发了针对各类铸铁零件加工的全黑，超平滑优质涂层UC5105与UC5115令人瞩目(图4)。这二类刀片在汽车制造业，压缩机制造业等许多行业中取得很大成就。 图4为UC5105与UC5115的涂层组织。这种组织特点是： 9 n- r$ L% z, D9 U5 {# n& v$ q ' Z. I0 \2 a" V+ V" m6 ? 耐磨性高，其原因在于采用厚膜微拉Al2O3与纤维状做粒TiCN涂层，这比原有的CVD涂层耐磨性提高很多。 耐缺损、耐破损性高，缺损或称缺口，微崩。破损，俗称崩刃，它是硬质合金等烧结硬脆刀具材料的一种特有损伤形式。它是在承受力的冲击或热应力急剧变化所形成热冲击时，引起的脆性损伤，也可能是因切屑粘接熔接在刀具上而造成，一般的粘结、熔结磨损是金属零件磨损原因之一。对于硬脆的烧结刀具材料来说，更主要的是如果在刀具表面上有牢固粘接(Adhesion) ．熔接(Wolding )的切屑或积屑瘤，它们在被后续加工冲击后，强行使它与刀具表面分离，在分离的同时使刀具表面或刃口上部分材料也一齐带走，这称粘接熔接缺损与破损。UC5105与UC5115除涂敷坚硬耐磨的抗粘接熔接的优质Al2O3层外，还采取特殊的平滑涂层(Even Coating)方法使表面平滑度大幅度提高，从面使抗粘接熔接性能进步提高，粘结与熔结物的减少，这方面造成的换伤也大大减少了。图5为超级平淆涂层与一般涂层的表面粗糙度比较，这种涂层材料所加工零件表面质量也可改善。 $ q) M4 l! M, `0 V8 K4 b 改善硬质合基底材料性能，UC5105采用高硬度基体材料．适应高速连续切削铸铁。UC5115采用特别强韧的基体材料适应断续切削，在不明切削条件的情况下UC5115是首选材料。图6中，红圆代表连续切削，带四缺口红圆表断续切削、带一个缺口红圆表一般切削。 ' Y- f. D2 n5 c* Y 图6中纵座标表示切深。S表轻切削(ap=0.5～1.5mm)，M表中切削(ap=1.5～4.4mm) ，G表准重切削(ap=4～7mm)，横座标表进给量。图中齐椭圆上方是推荐的断屑槽．如MA，全周，平顶(即无断屑槽)等，下方表推荐的刀具材料。UC5105、UC5115与ISO硬质合金标准对照与推荐切削条件如图7。UC5105是要求车削加工时，耐磨性高时选用的刀片材料．UC5115是车削加工时，同时要求耐磨性与韧性均好，二种性能能做到平衡时，应选用的刀片。表中可知UC5115也能切削碳钢，合金钢。图8是此二种材料，应用实例。当精加工用比轻切削更低的切削用量时．可用金属陶瓷NX2525 ，带锋利磨制出断屑槽R/L-F的刀片去加工。 : v2 b# I. l, ?- w( { 20世纪50年代开始许多研究所，公司那怀着一种理想．想创制一种新型的铸铁，它的强度、硬度比普通铸铁高，它的可铸性，热传导性，可加工性比球多铸铁更一些，这类铸铁的石墨结构呈蠕虫状，称蠕墨铸铁又简称CGI。 ! W6 ?1 d2 P$ s. _. V& h3 W 蠕墨铸铁显微结构中的石墨形成了三维的蠕虫状粒子．这种结构在扫描电子显微镜(SEM)下看起来象珊瑚。其石墨形态再加上圆形边缘不规则表面，使石墨与基体间具有很大的结合力限止了裂纹生成与发展，故其抗拉强度可比普通铸铁高75%，硬度高45% ，在高温条件下其耐疲劳强度比铝高5倍。由于蠕墨铸铁的优异的综合性能，为需承受高机械与热负荷的复余零件提供了应用场所，目前它已在柴油发动机和气缸盖等多方面用得越来越广，因为它可以承受更高的燃烧压力。当气缸中压力增大，燃烧过程就变得更洁净，二氧化碳、微粒，氧化氮等废气、污染物质的排放就大大降低，其环保愈义很大。 , M8 f1 W- y+ ?* M& }/ X1 V' }0 W* y 图7 二种刀片材料适用范围与推荐的切削条件 " }9 w1 N7 ]. x) l  蠕墨铸铁至今尚未与普通铸铁、球墨铸铁一样被标准化，因此切削加工时，由于蠕墨化状况，部分石墨球化率、珠光体量的不同，被切削性能可能差异很大，加工它时．一般最重要延选择切削速度，通常大致选普通铸铁与球墨铸铁之间而更接近于球墨铸铁适用推荐伏，大致可选比普通铸铁低10%，比球墨铸铁高5%，约20m/min较适当(原文如此。切削技术网站编辑认为是120m/min较适当)。加工时进给量与切深(背吃力量)对刀具寿命不是那么大，但蠕墨铸铁多作薄壁零件，切削时往往仅切削铸件表层．表层多为硬的变质相，粗加工宜尽量切得探些。此时切削速度则宜适当降低。在实际加工时，尚需注意某些情况蠕墨铸铁的拉伸强度、硬度、02%屈服强度可能比球墨铸铁还高，被切削性比球墨铸铁还差的情况也有。   ) U: S0 |" D6 y7 }% I4 V# B& x6 x$ }$ n# p; C0 ^3 x; B! O 图8 应用实例 0 t5 p9 g. Z. b' ^ ; m4 ?& f1 n' O0 h- g2 v, W 图9 蠕墨铸铁组织