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    切削加工蠕墨铸铁(CGI)的挑战

    放大字体  缩小字体 发布日期:2022-09-08 14:50:17    来源:本站    作者:标准件之家    浏览次数:738
    导读

    蠕墨铸铁(CGI)更难以加工的一个原因是它的拉伸强度是灰铸铁的2~3倍。在铣削加工中,较高的拉伸强度将转化为较高的切削力,加工蠕墨铸铁所需要的加工功率比加工灰铸铁要高约15%~25%。蠕墨铸铁(CGI)在柴油机和赛车发动机零件上的应用正日益

    蠕墨铸铁(CGI)较难加工的一个原因是其抗拉强度是灰铸铁的2 ~ 3倍。铣削时,较高的抗拉强度会转化为较高的切削力,加工蠕墨铸铁所需的加工功率比加工灰铸铁高15% ~ 25%左右。蠕墨铸铁(CGI)在柴油机和赛车发动机零件中的应用越来越多。为了有效地切割这种具有挑战性的材料,刀具的选择非常重要。用于高性能工件的新材料的不断开发正推动工具制造商开发新的工具几何形状、硬质合金等级和涂层技术。比如服务于航空工业的加工车间,必须找到一种有效的方法来加工5553钛合金和复合材料。同样,医疗零件加工车间需要加工PEEK聚合物、不锈钢等特殊材料。在汽车制造业中,典型的难加工材料是蠕墨铸铁(CGI)。这种材料主要用于制造大型柴油卡车常用的发动机缸体、气缸盖和轴承盖铸件。由于蠕墨铸铁的重量是传统灰铸铁的一半,因此它具有更高的汽车燃油效率。此外,其强度和刚度是灰铸铁的两倍,因此可以设计壁厚更薄的发动机缸体。因此,组装的蠕墨铸铁发动机的重量比灰铸铁发动机的重量轻约9%。蠕墨铸铁在欧洲使用已久,在美国被越来越多的人接受。蠕墨铸铁能承受柴油机的最高燃烧压力,而铸铁缸套的铝制发动机缸体却不能。一些高性能的V型赛车发动机也采用蠕墨铸铁,不仅可以减轻重量,还可以提高刚性(尤其是气缸间凹陷处的刚性)。蠕墨铸铁较难加工的一个原因是其抗拉强度是灰铸铁的2 ~ 3倍。铣削时,较高的抗拉强度会转化为较高的切削力,加工蠕墨铸铁所需的加工功率比加工灰铸铁高15% ~ 25%左右。所以当一些原来加工灰铸铁的车间需要转产加工蠕墨铸铁时,就可能出现机器动力不足的问题。此外,蠕墨铸铁的加工还将面临以下挑战:蠕墨铸铁的导热系数相对较低,因此加工过程中产生的切削热在工件中积累,进而影响刀具的磨损。相反,灰铸铁导热性好,加工时切削热容易被切屑带走。蠕墨铸铁零件的铸造硬皮具有铁素体组织,易于与刀具刃口粘结。而灰铸铁的铸造硬皮是珠光体组织,所以不会粘结。与灰铸铁不同,蠕墨铸铁不含硫化物。灰铸铁中的硫化物沉积在刀具的刃口上,可以起到润滑作用,有助于延长刀具的寿命。在蠕墨铸铁的铸造过程中,钛作为一种合金元素被加入,从而在整个铸件中产生高强度的铸件皮和无磨料碳化物。蠕墨铸铁中合金元素的含量对其切削性能和刀具寿命有很大影响。由于上述原因,切削蠕墨铸铁的刀具寿命通常只有切削灰铸铁的一半。

    铣削与镗削

    与灰铸铁相比,蠕墨铸铁的铣削表面光洁度(Rz)可以提高50%左右,这意味着可以减少可能的加工步骤,或者可能不需要使用精加工工具来获得所需的表面光洁度。在加工过程中,当刀具退出切削时,蠕墨铸铁工件的边缘不会受到损伤;但灰铸铁工件可能会崩掉,损坏严重时缸体可能报废。蠕墨铸铁在这方面的特点与钢相似,即会产生毛刺但不会崩边。用常规工艺加工蠕墨铸铁时,切削速度必须低一些,所以可能要比灰铸铁多花差不多三倍的时间。为了确定更有效的过程

    厚涂层厚度为7 ~ 10m,薄涂层厚度一般为2 ~ 3m。蠕墨铸铁铣削机床Heller PFV2切削深度3mm切削长度80mm切削速度130m/min转速414r/min进给速度298mm/min每齿进给速度0.36mm刀片数2个(用于测试)总铣削面积3.08m2刀具寿命130min(全切削)每个刀片寿命1.54 m2 Sandvik公司进行的蠕墨铸铁铣削试验结果如右表所示。在该实验中,设计用于加工铸铁的CoroMill 365铣刀用于加工液体控制部件。使用的厚刀片是12正角度刀片,但安装在负角度刀座上,从而形成较小的正切割角度。它还允许更高密度的刀片布置,以实现可能的最高生产率。对于蠕墨铸铁的车削和镗削,山特维克公司推荐使用高耐磨的硬质合金基体和中温化学气相沉积(CVD)制备的厚耐磨涂层。试验表明,CBN刀片镗削蠕墨铸铁的刀具寿命仅为镗削灰铸铁的1/10。此时刀具几何形状采用小的正角度(5 ~ 10)较为合适,加工蠕墨铸铁时建议不使用冷却液。山特维克和牧野合作开发了镗孔工艺,可以一次完成粗镗缸孔。为此开发的多刃刀具称为长刃刀具。刀具沿螺旋路径向下进给,切入气缸孔。据说精镗一个缸膛的时间大致相当于加工灰铸铁缸膛的时间。随后的珩磨是发动机装配前的最后一道工序。山特维克公司和牧野公司在开发这种新型精镗技术时,决定采用传统的单端铣刀进行粗加工,刀片采用Si3Ni4涂层和优化的几何形状,用于镗削蠕墨铸铁。

     
    (文/标准件之家)
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