如何加工冷硬铸铁

选用什么刀具材质加工冷硬铸铁材质工件~

加工冷硬铸铁材质工件选用：硬质合金刀具，陶瓷刀具，立方氮化硼刀具BN-K1
冷硬铸铁表层硬度达HRC60左右，硬度高、脆性大，且工件表面硬质点和夹砂较多，所以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。因此选择刀具①硬质合金刀具：由于材质的特性硬质合金刀体自身的硬度在HSD100左右，由于被加工件要与刀块之间存在一定的落差方可进行加工，因此适合加工范围即为硬度较低的球墨铸铁（HSD70以下），如果加工硬度达到HSD85左右的冷硬铸铁，就几乎无法加工。②陶瓷刀具：由于陶瓷刀具脆性大，横向断裂强度低，承受冲击载荷能力弱，所以在切削硬度低于HRC55以下和采用小进给量时，可以选择陶瓷刀具加工，但铸件毛坯一般伴随着沙眼，包砂等铸造缺陷，使用陶瓷刀具时容易崩刀。③超硬刀具（立方氮化硼刀具）BN-K1：BN-K1超硬刀具具有较好的切削性能，较好的硬度，抗断裂性和耐磨性，刀具能够大幅度的提高冷硬铸铁表面的切削效率，其切削效果明显高于其他刀具材料。BN-K1立方氮化硼刀具相比于硬质合金刀具硬度高，耐磨性好，立方氮化硼刀具的缺点和陶瓷刀具一样脆性大，但BN-K1采用了非金属粘合剂和立方氮化硼精粉制作，增加了刀具的韧性，与陶瓷刀具相比抗冲击性能强，耐崩损性优异。BN-K1的优势及适合加工材质如下表。
BN-K1刀具除了适合冷硬铸铁轧辊加工外，也适合其冷硬铸铁零件如气门挺杆、气门挺柱等；也用于其他高合金铸铁零件有飞轮，工业泵，缸套等；也合适高锰钢等耐热耐磨钢零件的加工。在此类高硬度铸造件切削加工时，BN-K1均能表现出比硬质合金材料刀具和陶瓷刀具优异的耐崩损性及高温抗断裂性。

冷硬铸铁是一种抗磨铸铁，为在浇铸铸铁时通过加快铸铁件表层冷去稍等，让其表层获得百科铸铁组织，形成了硬度高，耐磨性高的特征。冷硬铸铁可分为普通冷硬铸铁、镍铬冷硬铸铁，高铬白口铁与铬钒白口铁等。冷硬铸铁的加工特点冷硬铸铁硬度很高，脆性很大，单位切削力也很大，而且其切屑呈崩碎形状，刀尖因为与切削接触超短短，造成切削力与切削热集中在切削刃附近，容易让刀具产生磨损与破坏。冷硬铸铁的加工件大多为毛坯，加工余量较大而且不均匀，这多增加的铸铁加工的难度。当然目前对铸铁加工刀具，铸铁铣刀等都有很好的解决方案。

在金属切削加工中，经常需确定一些参数(如：刀具几何参数，切削用量等)，一般地，这些参数可根据经验或查手册获得，但遇到一些疑难工件的加工时，就需要通过实验来确定，为减少实验次数，常用一定的优化方法，我校工厂就接到一批冷硬铸铁工件的加工任务，时间紧任务重，我们采用0.618优选法对其加工过程进行优化，取得了满意的效果
1 0.618优选法简介

0.618法是一种单因素实验优化法。可用一种带有刻度的纸条来表示所需优化的参数范围，设优化的是车刀主偏角，范围为10°～80°，如图1(a)。

首先在纸条总长度的0.618处划上一条线，这条线所指的刻度(53.26°)，就是第一次所选出的刀具角度(如图1(a))。然后把纸条对折，在与53.26°对称的地方再划一条线(此处为36.74°)，这就是第二次所选的角度，如图1(b)。按两个角度分别进行实验，如果53.26°处比较好，则把36.74左边的纸条剪掉，如图(c)；反之，则把53.26°处右边的纸条剪掉。再把纸条对折，在53.26°对称的地方，又可划出一条线，此处是63.48°，这就是第三次所选出的角度，如图1(d)。在63.48°处实验后，和53.26°处比较，如果仍然是53.26°处比较好，则把63.48°右边的纸条剪掉如图1(e)；反之，则把53.26°处左边的纸条剪掉。

图1 0.618法优化过程

留下的部分按同样方法继续做下去，取已试点的对称点进行实验，比较和取舍，留下好点，去掉“坏点”以外的部分。注意每次留下纸条的长度等于上次长度的0.618倍。就这样，实验比较，再实验再比较，一次比一次更接近合适的角度。应用此法，每次可排除试验范围的38.2%，可大大减少试验次数，迅速找到最佳点。

各次试验点也可按下式计算：

第一试验点：A1=(大1-小1)*0.618+小1
第二试验点：A2=大2+小2-上次好点值
……
第i试验点：Ai=大i+小i-上次好点值

用以上公式计算的结果都是小数。为了方便，对角度可采取四舍五入的方法(在实际生产中，刀具的角度大都取整数)。

2冷硬铸铁辊加工的优化

使用设备C1660车床
加工零件φ730×4180mm冷硬铸铁辊(毛重14t，净重9t)，如图2。

图2 冷硬铸铁辊零件简图

刀片材料YG8硬质合金
刀杆材料45钢

优选前：

切削速度v=6.8m/min，进给量f=0.5～1.2mm/r，切削深度ap=1～1.5mm，刀具主偏角K=75°，前角γ=5°，刃倾角λ=0°，如图3(a)。

图3 优化前后车刀的几何参数

按上述参数加工时，由于冷硬铸铁辊毛坯表面有深度＞25mm的冷硬层，冷硬层的硬度很高，很难加工(仅辊身加工一刀就需4个班)，刀具磨损快(十几分钟就需磨一次刀)，生产效率低，并且精度差。其主要原因是刀具主偏角太大，刀尖薄弱；切削用量不合适，因此改用宽刃刀，刃宽为15mm，并且对车刀的主偏角K和切削用量进行优化。

1) 优选过程：

刀具主偏角优化。因刀具主偏角不宜过大，所以确定优化范围为0°～45°，经过实验比较，第④点好，主偏角K=23°。如图4。

图4主偏角优化过程

2) 主偏角优化后，刀具耐用度有所提高，但由于刀刃与工件接触宽度较大，加工时出现振动现象，为改变此状态，需对刃倾角进行优化，为了不至于过分削弱刀尖，刃倾角也不可能很大，优选范围定为0°～15°，如图5。

图5 刃倾角优化过程

经实验比较，第④点好，故刃倾角λ=8°。

3) 为了提高生产效率，固定刀具角度，优化切削用量：

·优选主轴转速n，考虑工件直径较大，优选范围定为：1～13r/min，如图6。

图6 主轴转速优化过程

经过实验比较，第④点较好，故n=6r/min。

·优选进给量f，考虑到采用宽刀加工(已采取防振措施)，背吃刀量相对较小，可采用较大的进给量，定优化范围为0～15mm，如图7。

图7 进给量优化过程

表1 优选前后参数对照表
&bnsp; 主轴转速
(r/min) 进给量
(mm/r) 主偏角
(°) 前角
(°) 刃倾角
(°) 刀片材料 粗糙度
Ra 耐用度
(min)
优选前 3 0.5～1.2 75 5 0 YG8 25 12
优选后 6 5 23 8 8 YG6X 12.5～6.3 120

结论

优选后，刀具(如图3(b))的主偏角减小并采用宽刃刀，相应地增大了刀尖强度和热容量；磨出8°刃倾角，避免了加工中的振动；同时增大车刀前角，可减少机床动力消耗，使切削轻快，这些均有利于提高切削用量。优选前辊身部分加工需要96小时，优选后只需4个多小时，提高工效19倍，刀具耐用度提高9倍。 (end)

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Cr2O3。Cr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TaC或NbC的K类新牌号硬质合金，如600、610，643、643M、726，YS2，YM0511 YM052、YM053等，切削效率和刀具耐用度比使用YG3、YG6、YG6A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，YW1取γ0=-5。～0。，α0=5。～10。；643取γ0=-5。，α0=10。～15。；PCBN取γ0=-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=0.2～0.3 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=8～12 m/min，αp=5～10 mm，f=0.5～1.0 mm/r；半精车时，Vc=15～20 m/min，αp =0.5～2 mm，f=0.1～0.3 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=40～60 m/min，αp =0.5～2 mm，f=0.3～0.6 mm/r。

采用PCBN刀片时，切削速度可以提高到70～80 m/min，αp =0.5～2 mm，f=0.1～0.3 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1050～1450 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HRC50～52(HS67～70)，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25～35 m/min，为硬质合金刀具的5～7倍。又如，用硬质合金刀具车削冷硬铸铁轧辊(HS71～73)，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6～7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YG3、YG6硬质合金的5～16倍。

7．用立方氮化硼刀具切削冷硬铸铁有哪些显著效果？

立方氮化硼(CBN)刀具，由于硬度、耐磨性和耐热性高于硬质合金和陶瓷等刀具材料，可以使用较高的切削速度切削硬度高(HS58～68)的冷硬铸铁，其切削效果明显高于使用其他刀具材料。

(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 mm，γ01=6。，bγ=0.3 mm。当Vc=60 m/min，αp =0.3 mm，f=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/min、f=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/min、αp =0.3 mm、f=0.22 mm/r时，圆度误差高达0.5 mm，表面粗糙度Ra为12.5μm；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/min、αp =/mm、f=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/min，αp =3 mm，f=0.25 mm/r；精车时，f=0.2 mm，表面粗糙度Ra为0.8μm。

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=175～225 m/min、αf =0.1～0.25 mm/z、αp =0.5～2.5 mm的用量进行铣削，表面粗糙度Ra可达2～2.5μm。

---

如何加工冷硬铸铁视频