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山高刀具助力蠕墨铸铁材料加工(附图

  中国机械工业联合会机经网发布时间:2014-08-21 09:15:55 来源:中国金工刀具网

  蠕墨铸铁(CompactedGraphite Iron,CGI)是上世纪70年代发展起来的一种新型高强度铸铁。蠕墨铸铁的组织是介于灰口铸铁与球墨铸铁之间的中间状态,所以其强度和韧性也介于两者之间。它同时具备球墨铸铁的耐用性与灰口铸铁的耐热性。蠕墨铸铁材料密度与传统的灰铸铁相同,但其高温强度、热疲劳性能和刚度却比灰铸铁高接近一倍。因此,采用蠕墨铸铁可制造出重量更轻,壁厚更薄,燃料能效比更高的发动机。一台装配好的蠕墨铸铁发动机的重量一般要比灰铸铁发动机轻9%左右。

  在欧洲,由于受到不断上涨的汽油价格和越来越苛刻的尾气排放标准的压力,有越来越多的汽车制造商开始倾向于采用蠕墨铸铁代替普通灰铸铁制造汽车发动机的缸体和缸盖。采用CGI蠕墨铸铁材料制造的薄壁结构的发动机壳体和汽缸体,其缸壁可承受活塞工作时产生的巨大压力而不会膨胀变形,这种结构的汽车发动机具有重量轻、马力大、燃料效率高、尾气排放少等优点。同时,CGI缸壁优异的抗膨胀变形能力,可大大减少发动机工作时的“窜漏”现象,有效防止未完全燃烧的废气通过活塞环泄漏。

  蠕墨铸铁材料给发动机零件带来一系列优异性能的同时,也给刀具制造商带来了极大挑战。

  (1) CGI热传导率较低,加工时产生的切削热积聚在工件中,加剧刀具磨损;

  (2) CGI零件的铸造硬皮具有铁素体结构,容易与刀具切削刃发生粘结作用;

  (3) 与灰铸铁不同,CGI中不含硫化物,无法像灰铸铁中的硫化物一样,可以沉积到刀具切削刃上对刀具起到润滑作用;

  (4) 在蠕墨铸铁的铸造工艺中,加入了钛作为合金元素,会产生了强度较高的铸造外皮,同时也在整个铸件中形成了具有磨蚀性的游离碳化物也对其可加工性以及刀具寿命产生不利影响;

  由于上述原因,用于切削蠕墨铸铁的刀具寿命通常只有切削灰铸铁刀具寿命的一半,甚至更低。

  山高刀具为蠕墨铸铁的加工提供最具市场竞争力的解决方案。华东某大型柴油发动机制造商正准备采用蠕墨铸铁(GJV450材料)制造高性能的发动机缸盖。但是,该制造商发现,相比于原来的灰口铸铁零件,同样的刀具在加工这类材料时寿命最多只能达到60%。山高刀具的销售与技术人员为此拜访了该客户。该用户不仅对加工节拍有非常高的要求,同时对刀具使用成本也有严格的控制。蠕墨铸铁缸盖的顶面和底面的粗加工是刀具消耗量最大的工序。用户技术负责人介绍说到,上顶面为严重断续加工平面,而底面接近实体平面,连续性较好。针对上下端面的不同特征,山高制定了针对的加工方案。

  为了满足客户对性价比的严苛要求,我们选用了在市场上独具竞争优势的山高Double Octomill 双面王R220.48铣刀。该产品每个刀片具有16个有效切削刃,具有极高的性价比优势。鉴于缸盖上顶面有严重断续特征,毛坯余量达4.5mm,推荐强壮的M14槽型,来增加切削刃强度,防止断续切削引起的崩刃现象发生。考虑到蠕墨铸铁较高的强度,采用了CVD涂层的韧性材质等级 MP1500。

  工件底面的连续性较好,毛坯余量也达到4.5 mm,而客户的机床主轴功率只有 37 KW。为了避免由于切削抗力太大造成主轴负载过高,采用锋利的M12槽型和韧性好的MP1500材质等级组合进行底面的粗加工。测试时发现,新刀片初始加工时主轴最大负载仅有28%左右。

  初期的测试结果表明,在汇集了几乎所有主流刀具品牌的激烈比拼中,山高的解决方案独具竞争优势。相比于另一家德国知名刀具商的解决方案,双面王产品在同等生产效率和相同刀具寿命的条件下,凭借单个刀片更多的有效刃口数量和较少的刀盘齿数将刀具成本降到最低。与此同时,山高双面王铣削产品凭借单个刀片16个有效切削刃口带来的极佳经济性和极高的单个刃口切削寿命也将其他竞争对手远远甩在了后面。

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