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耐磨合金铸铁和冷硬铸铁的切削加工
文: 来源:慧聪网 时间:2008-11-12 点击:1897

  1.冷硬铸铁和耐磨合金铸铁有哪些特点?

  
冷硬铸铁和耐磨合金铸铁是生产中常用的耐磨材料。冷硬铸铁也称激冷铸铁,它是在铸型中放置冷铁,以加快铸件的冷却速度而得到的。冷硬铸铁的典型化学成分为: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%。冷硬铸铁的特点是表面部分发生白口化,硬度和耐磨性大大提高,内部仍保持灰口组织,以防整体脆化。激冷表层硬度达HRC60左右,压延机轧辊就是一例。

  激冷镍铬铸铁也属此例。激冷镍铬铸铁Ni含量为4%,Cr含量为1.1%,Ni使珠光体与石墨细化,增加了铸铁的强度与耐磨性。加入Ni还能提高热强性。激冷镍铬铸铁的硬度可达HRC60,常用来制造轧辊。

  高铬铸铁是高温耐磨铸铁,其典型成分为:Cr含量22%~25%,Si含量1.2%,Mn含量0.3%~0.75%。Cr的加入可提高铸铁的耐磨性,因为 Cr能在铸件表面形成致密的保护膜Cr2O3Cr的加入也生成碳化物,提高了铸铁的硬度与强度。高铬铸铁可用来制造在800以上高温下工作的耐磨件。

  钻探中用的泥浆泵,是用耐磨合金铸铁Crl5Mo3制造的,其硬度达HRC62,是目前最难切削加工的金属材料之一。

  2.冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切削加工特点有哪些?

  (1)冷硬铸铁和耐磨合金铸铁是典型的硬脆材料,表面硬度很高。粗加工时,单位切削力达3 000 MPa,强烈的冲击极易引起振动,加剧刀具的磨损。

  (2)冷硬铸铁常被用来制作各种轧辊,结构尺寸大,加工余量也大,车削时要采用较大的切削深度和进给量,对刀具的强度和工艺系统刚性要求较高。

  (3)冷硬铸铁和耐磨合金铸铁具有高硬度和较高的热强度。特别是大件,切削时刀具连续工作时间长,刀具的温度很高,容易出现刀体变形或焊接刀片开焊的现象而使刀具损坏。

  (4)冷硬铸铁表层组织为白口,性质硬而脆,当刀具切入或切出时,容易出现崩边现象,造成废品或损坏刀具。

  (5)毛坯表面加工余量不匀和气孔、砂眼等铸造缺陷使切削时冲击较大,也容易损坏刀具。

  (6)冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切屑呈碎状,且瞬时温度很高,应防止崩入眼内或内衣中,造成对操作者的身体伤害。 

                                                            

耐磨合金铸铁

 

 

  3.切削冷硬铸铁和耐磨合金铸铁选择什么刀具材料?

  根据冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切削加工特点,要求刀具材料红硬性高、耐冲击、耐磨性好、抗弯强度高、导热系数大。可选用含TaCNbCK类新牌号硬质合金,如600610643643M726YS2YM0511 YM052YM053等,切削效率和刀具耐用度比使用YG3YG6YG6A等高得多(见表6-1),也可选用陶瓷刀具材料。

                     

 

 

  4.切削加工冷硬铸铁和耐磨合金铸铁怎样选择刀具几何参数?

  冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的硬度、强度都很高,切削时多是粗加工的断续切削,要求刃口有足够的强度,应选择负前角和较小的后角。且不同刀具材料应选择不同的合理前角、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。。

 

  切削冷硬铸铁和耐磨合金铸铁时,单位切削力大,切削温度高。为了减小单位切削刃上的负荷,改善散热条件,减少崩刃,提高刀具耐用度,宜选用较小的主偏角和负刃倾角。一般κr≤45。,硬质合金刀片λs≤-6。;陶瓷刀片λs=-10。~-5。。刀尖圆弧半径可大些,γε≥1.0 mm。机床刚性较差或精加工时,也可适当加大主偏角,减小刀尖圆弧半径。对于陶瓷刀片和PCBN刀片,刃口应有负倒棱,γ01=-30。~-20~bγ=0.20.3 mm

 

  5.切削加工冷硬铸铁和耐磨合金铸铁怎样选择切削用量?

 

  根据冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切削加工性能,在选择切削用量时,必须考虑切削用量对刀具耐用度的影响。根据不同的切削对象和刀具材料,切削速度、进给量和切削深度应进行合理组合。

 

  采用硬质合金刀具时,应选用较低的切削速度,适当加大切削深度并尽可能减少走刀次数,以提高刀具耐用度。粗车时Vc=812 m/minαp=510 mmf=0.51.0 mm/r;半精车时,Vc=1520 m/minαp =0.52 mmf=0.10.3 mm/r

 

  采用陶瓷刀片应取较小的进给量和尽可能高的切削速度,一般Vc=4060 m/minαp =0.52 mmf=0.30.6 mm/r

 

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

 

  6.用氮化硅陶瓷刀具车削冷硬铸铁有哪些优点?

 

  氮化硅陶瓷具有高硬度(HRA94)、高强度(抗弯强度为10501450 MPa)、良好的自润滑性能、低摩擦系数及抗粘接性能。使用氮化硅陶瓷刀具车削冷硬合金铸铁有以下优点:

 

  (1)切削速度高:冷硬合金铸铁的硬度为HRC5052(HS6770),用YG8硬质合金刀具车削,切削速度为5 m/min左右。而用氮化硅陶瓷刀具时切削速度则是2535 m/min,为硬质合金刀具的57倍。又如,用硬质合金刀具车削冷硬铸铁轧辊(HS7173),切削速度为6.8 m/min,而用氮化硅陶瓷刀具时切削速度为23 m/min

 

  (2)耐用度高:用YG8硬质合金车削冷硬合金铸铁(Vc=5.3 m/min),当后刀面磨损0.8 mm时,切削路程为360 m;而用氮化硅陶瓷刀具以28 m/min的切削速度,后刀面磨损0.8 mm时的切削路程为2560 m;再将切削速度提高到34 m/min时,在相同的后刀面磨损情况下,切削路程则是2340 m。可见,在相同的磨损情况下,从切削路程来看,氮化硅陶瓷刀具的耐用度为硬质合金的67倍。用氮化硅混合陶瓷F85车冷硬合金铸铁轧辊的刀具耐用度是 YG3YG6硬质合金的516倍。

 

  7.用立方氮化硼刀具切削冷硬铸铁有哪些显著效果?

                       

 冷硬铸铁等难加工材料

 

(1)切削速度高:用DLS—F立方氮化硼复合片切削球墨冷硬铸铁,可以使用较高的切削速度。刀具几何参数为γ0=-3。,α0=8。,κr=84。,λs=0。,γε=0.6 mmγ01=6。,bγ=0.3 mm。当Vc=60 m/minαp =0.3 mmf=0.22 mm/r时,切削160 min后,后刀面只磨损了0.16 mm。而使用YG6X硬质合金刀具的切削速度只有6.6 m/min,仅为立方氮化硼刀具的1/9

 

(2)耐用度高:用德国比尔斯公司生产的立方氮化硼圆刀片,以Vc=40 m/minf=0.16 mm/r的切削用量加工HRC55的冷硬铸铁,刀具耐用度为500 min,而用陶瓷刀具加工时刀具耐用度只有5 min。立方氮化硼刀具的耐用度是陶瓷刀具的100倍。

 

(3)加工精度和表面质量好:用硬质合金刀具车削HRC50的表面喷涂冷硬铸铁轧辊,当Vc=20 m/minαp =0.3 mmf=0.22 mm/r时,圆度误差高达0.5 mm,表面粗糙度Ra12.5μm;而使用立方氮化硼刀具车削,切削速度提高了,圆度误差很小,表面粗糙度Ra小于0.8μm

 

 (4)金属切除率高:用立方氮化硼刀具切削冷硬铸铁轧辊,可以获得极高的金属切除率。例如,当Vc=6l m/minαp =/mmf=0.94 mm/r时,金属切除率达400 cm3/min,刀具几乎没有磨损。

 

   (5)可以代替磨削:ASH离心式泥浆泵是用极耐磨的镍铬白口铁制造的。这种材料极难切削,以前认为只能用磨削加工,但磨削时的高温会使工件产生热裂纹。现在可以采用立方氮化硼复合片以车代磨。这种刀具抗弯强度高,经得起冲击载荷。采用PCBN圆形刀片,粗车时,Vc=55 m/minαp =3 mmf=0.25 mm/r;精车时,f=0.2 mm,表面粗糙度Ra0.8μm

 

  此外,还可以铣代磨加工镍铬白口铁,也采用圆形带倒棱的PCBN复合片做成铣刀,以Vc=175225 m/minαf =0.10.25 mm/zαp =0.52.5 mm的用量进行铣削,表面粗糙度Ra可达22.5μm

 

 

8.切削冷硬铸铁和耐磨合金铸铁实例有哪些?

 

 (1)车削轧辊:工件材质为冷硬铸铁,刀具材料YG6X硬质合金,刀具几何参数见图6-1。切削用量为Vc=57 m/minαp =36 mmf=1.52.5 mm/r

 

 

 

 (2)精车冷硬铸铁轧辊:采用聚晶立方氮化硼复合片作为刀具材料的车刀,如图6-2所示。这种刀片硬度高,耐磨性和耐热性大大高于硬质合金,适于精车高硬度冷硬铸铁轧辊。车削时切削用量为:Vc=5070 m/minαp=0.51 mm

 

f=0.20.4 mm/r。工件表面粗糙度Ra3.21.6μm。加工效率为硬质合金刀具的10倍以上。

 

 (3)铣削白口铁:刀具材料为Si3N4陶瓷圆形刀片,机械夹固在铣刀盘上。刀具的切深和进给前角为-10°。切削用量为:Vc=7090 m/minαp=12 mmVf=160230 mm/min。加工后表面粗糙度Ra6.33.2μm

 

 (4)车削高铬铸铁:被切削材料的硬度为HRC4650,采用YD15超细颗粒硬质合金刀具进行车削。在切削用量为Vc=3040 m/minαp=34 mmf=0.81.5 mm/r的条件下,刀具耐用度比采用YG6刀片高近10倍。

 

   

 (5)车削轧辊:工件材质为冷硬铸铁,硬度为HS7072。刀具材料为Si3N4陶瓷,刀具几何参数为:γ0=-14。,α0=6。,κγ=30。,λs=-5。,γε=1.21.5 mmγ01=-20。~-15。,bγ=0.20.3 mm。切削用量:粗车时Vc=55 m/minαp =3.75mmf=2.6 mm/r;精车时Vc=34 m/minαp =0.2 mmf=1.2 mm/r

 
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