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耐磨合金鑄鐵和冷硬鑄鐵的切削加工
文: 來源:慧聰網 時間:2008-11-12 點擊:2296

  1.冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵有哪些特點?

  
冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵是生產中常用的耐磨材料。冷硬鑄鐵也稱激冷鑄鐵,它是在鑄型中放置冷鐵,以加快鑄件的冷卻速度而得到的。冷硬鑄鐵的典型化學成分為:C含量 3%~3.5%,Si含量0.5%~0.7%,Mn含量0.5 %~0.7%,P含量<0.4%,S含量<0.07%。冷硬鑄鐵的特點是表面部分發生白口化,硬度和耐磨性大大提高,內部仍保持灰口組織,以防整體脆化。激冷表層硬度達HRC60左右,壓延機軋輥就是一例。

  激冷鎳鉻鑄鐵也屬此例。激冷鎳鉻鑄鐵Ni含量為4%,Cr含量為1.1%,Ni使珠光體與石墨細化,增加了鑄鐵的強度與耐磨性。加入Ni還能提高熱強性。激冷鎳鉻鑄鐵的硬度可達HRC60,常用來制造軋輥。

  高鉻鑄鐵是高溫耐磨鑄鐵,其典型成分為:Cr含量22%~25%,Si含量1.2%,Mn含量0.3%~0.75%。Cr的加入可提高鑄鐵的耐磨性,因為 Cr能在鑄件表面形成致密的保護膜Cr2O3Cr的加入也生成碳化物,提高了鑄鐵的硬度與強度。高鉻鑄鐵可用來制造在800以上高溫下工作的耐磨件。

  鉆探中用的泥漿泵,是用耐磨合金鑄鐵Crl5Mo3制造的,其硬度達HRC62,是目前最難切削加工的金屬材料之一。

  2.冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵的切削加工特點有哪些?

  (1)冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵是典型的硬脆材料,表面硬度很高。粗加工時,單位切削力達3 000 MPa,強烈的沖擊極易引起振動,加劇刀具的磨損。

  (2)冷硬鑄鐵常被用來制作各種軋輥,結構尺寸大,加工余量也大,車削時要采用較大的切削深度和進給量,對刀具的強度和工藝系統剛性要求較高。

  (3)冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵具有高硬度和較高的熱強度。特別是大件,切削時刀具連續工作時間長,刀具的溫度很高,容易出現刀體變形或焊接刀片開焊的現象而使刀具損壞。

  (4)冷硬鑄鐵表層組織為白口,性質硬而脆,當刀具切入或切出時,容易出現崩邊現象,造成廢品或損壞刀具。

  (5)毛坯表面加工余量不勻和氣孔、砂眼等鑄造缺陷使切削時沖擊較大,也容易損壞刀具。

  (6)冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵的切屑呈碎狀,且瞬時溫度很高,應防止崩入眼內或內衣中,造成對操作者的身體傷害。 

                                                            

耐磨合金鑄鐵

 

 

  3.切削冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵選擇什么刀具材料?

  根據冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵的切削加工特點,要求刀具材料紅硬性高、耐沖擊、耐磨性好、抗彎強度高、導熱系數大。可選用含TaCNbCK類新牌號硬質合金,如600610643643M726YS2YM0511 YM052YM053等,切削效率和刀具耐用度比使用YG3YG6YG6A等高得多(見表6-1),也可選用陶瓷刀具材料。

                     

 

 

  4.切削加工冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵怎樣選擇刀具幾何參數?

  冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵的硬度、強度都很高,切削時多是粗加工的斷續切削,要求刃口有足夠的強度,應選擇負前角和較小的后角。且不同刀具材料應選擇不同的合理前角、后角值。例如,YW1γ0=-5。~0。,α0=5。~10。;643γ0=-5。,α0=10。~15。;PCBNγ0=-10。~0。,α0=6。~8。;陶瓷刀片取γ0=-15。~-5。,α0=6。~10。。

 

  切削冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵時,單位切削力大,切削溫度高。為了減小單位切削刃上的負荷,改善散熱條件,減少崩刃,提高刀具耐用度,宜選用較小的主偏角和負刃傾角。一般κr≤45。,硬質合金刀片λs≤-6。;陶瓷刀片λs=-10。~-5。。刀尖圓弧半徑可大些,γε≥1.0 mm。機床剛性較差或精加工時,也可適當加大主偏角,減小刀尖圓弧半徑。對于陶瓷刀片和PCBN刀片,刃口應有負倒棱,γ01=-30。~-20~bγ=0.20.3 mm

 

  5.切削加工冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵怎樣選擇切削用量?

 

  根據冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵的切削加工性能,在選擇切削用量時,必須考慮切削用量對刀具耐用度的影響。根據不同的切削對象和刀具材料,切削速度、進給量和切削深度應進行合理組合。

 

  采用硬質合金刀具時,應選用較低的切削速度,適當加大切削深度并盡可能減少走刀次數,以提高刀具耐用度。粗車時Vc=812 m/minαp=510 mmf=0.51.0 mm/r;半精車時,Vc=1520 m/minαp =0.52 mmf=0.10.3 mm/r

 

  采用陶瓷刀片應取較小的進給量和盡可能高的切削速度,一般Vc=4060 m/minαp =0.52 mmf=0.30.6 mm/r

 

  采用PCBN刀片時,切削速度可以提高到7080 m/minαp =0.52 mmf=0.10.3 mm/r

 

  6.用氮化硅陶瓷刀具車削冷硬鑄鐵有哪些優點?

 

  氮化硅陶瓷具有高硬度(HRA94)、高強度(抗彎強度為10501450 MPa)、良好的自潤滑性能、低摩擦系數及抗粘接性能。使用氮化硅陶瓷刀具車削冷硬合金鑄鐵有以下優點:

 

  (1)切削速度高:冷硬合金鑄鐵的硬度為HRC5052(HS6770),用YG8硬質合金刀具車削,切削速度為5 m/min左右。而用氮化硅陶瓷刀具時切削速度則是2535 m/min,為硬質合金刀具的57倍。又如,用硬質合金刀具車削冷硬鑄鐵軋輥(HS7173),切削速度為6.8 m/min,而用氮化硅陶瓷刀具時切削速度為23 m/min

 

  (2)耐用度高:用YG8硬質合金車削冷硬合金鑄鐵(Vc=5.3 m/min),當后刀面磨損0.8 mm時,切削路程為360 m;而用氮化硅陶瓷刀具以28 m/min的切削速度,后刀面磨損0.8 mm時的切削路程為2560 m;再將切削速度提高到34 m/min時,在相同的后刀面磨損情況下,切削路程則是2340 m。可見,在相同的磨損情況下,從切削路程來看,氮化硅陶瓷刀具的耐用度為硬質合金的67倍。用氮化硅混合陶瓷F85車冷硬合金鑄鐵軋輥的刀具耐用度是 YG3YG6硬質合金的516倍。

 

  7.用立方氮化硼刀具切削冷硬鑄鐵有哪些顯著效果?

                       

 冷硬鑄鐵等難加工材料

 

(1)切削速度高:用DLS—F立方氮化硼復合片切削球墨冷硬鑄鐵,可以使用較高的切削速度。刀具幾何參數為γ0=-3。,α0=8。,κr=84。,λs=0。,γε=0.6 mmγ01=6。,bγ=0.3 mm。當Vc=60 m/minαp =0.3 mmf=0.22 mm/r時,切削160 min后,后刀面只磨損了0.16 mm。而使用YG6X硬質合金刀具的切削速度只有6.6 m/min,僅為立方氮化硼刀具的1/9

 

(2)耐用度高:用德國比爾斯公司生產的立方氮化硼圓刀片,以Vc=40 m/minf=0.16 mm/r的切削用量加工HRC55的冷硬鑄鐵,刀具耐用度為500 min,而用陶瓷刀具加工時刀具耐用度只有5 min。立方氮化硼刀具的耐用度是陶瓷刀具的100倍。

 

(3)加工精度和表面質量好:用硬質合金刀具車削HRC50的表面噴涂冷硬鑄鐵軋輥,當Vc=20 m/minαp =0.3 mmf=0.22 mm/r時,圓度誤差高達0.5 mm,表面粗糙度Ra12.5μm;而使用立方氮化硼刀具車削,切削速度提高了,圓度誤差很小,表面粗糙度Ra小于0.8μm

 

 (4)金屬切除率高:用立方氮化硼刀具切削冷硬鑄鐵軋輥,可以獲得極高的金屬切除率。例如,當Vc=6l m/minαp =/mmf=0.94 mm/r時,金屬切除率達400 cm3/min,刀具幾乎沒有磨損。

 

   (5)可以代替磨削:ASH離心式泥漿泵是用極耐磨的鎳鉻白口鐵制造的。這種材料極難切削,以前認為只能用磨削加工,但磨削時的高溫會使工件產生熱裂紋。現在可以采用立方氮化硼復合片以車代磨。這種刀具抗彎強度高,經得起沖擊載荷。采用PCBN圓形刀片,粗車時,Vc=55 m/minαp =3 mmf=0.25 mm/r;精車時,f=0.2 mm,表面粗糙度Ra0.8μm

 

  此外,還可以銑代磨加工鎳鉻白口鐵,也采用圓形帶倒棱的PCBN復合片做成銑刀,以Vc=175225 m/minαf =0.10.25 mm/zαp =0.52.5 mm的用量進行銑削,表面粗糙度Ra可達22.5μm

 

 

8.切削冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵實例有哪些?

 

 (1)車削軋輥:工件材質為冷硬鑄鐵,刀具材料YG6X硬質合金,刀具幾何參數見圖6-1。切削用量為Vc=57 m/minαp =36 mmf=1.52.5 mm/r

 

 

 

 (2)精車冷硬鑄鐵軋輥:采用聚晶立方氮化硼復合片作為刀具材料的車刀,如圖6-2所示。這種刀片硬度高,耐磨性和耐熱性大大高于硬質合金,適于精車高硬度冷硬鑄鐵軋輥。車削時切削用量為:Vc=5070 m/minαp=0.51 mm

 

f=0.20.4 mm/r。工件表面粗糙度Ra3.21.6μm。加工效率為硬質合金刀具的10倍以上。

 

 (3)銑削白口鐵:刀具材料為Si3N4陶瓷圓形刀片,機械夾固在銑刀盤上。刀具的切深和進給前角為-10°。切削用量為:Vc=7090 m/minαp=12 mmVf=160230 mm/min。加工后表面粗糙度Ra6.33.2μm

 

 (4)車削高鉻鑄鐵:被切削材料的硬度為HRC4650,采用YD15超細顆粒硬質合金刀具進行車削。在切削用量為Vc=3040 m/minαp=34 mmf=0.81.5 mm/r的條件下,刀具耐用度比采用YG6刀片高近10倍。

 

   

 (5)車削軋輥:工件材質為冷硬鑄鐵,硬度為HS7072。刀具材料為Si3N4陶瓷,刀具幾何參數為:γ0=-14。,α0=6。,κγ=30。,λs=-5。,γε=1.21.5 mmγ01=-20。~-15。,bγ=0.20.3 mm。切削用量:粗車時Vc=55 m/minαp =3.75mmf=2.6 mm/r;精車時Vc=34 m/minαp =0.2 mmf=1.2 mm/r

 
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