冷硬铸铁加工

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。

冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切削加工特点(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3000MPa，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，造成对操作者的身体伤害。

切削冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的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，也可选用陶瓷和立方氮化硼刀具材料。切削冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的刀具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≥1.0mm。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=0.2～0.3mm。

切削冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的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=8～12m/min，αp=5～10mm，f=0.5～1.0mm/r；半精车时，Vc=15～20m/min，αp=0.5～2mm，f=0.1～0.3mm/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=40～60m/min，αp=0.5～2mm，f=0.3～0.6mm/r。

采用PCBN刀片时，切削速度可以提高到70～80m/min，αp=0.5～2mm，f=0.1～0.3mm/r。

用氮化硅陶瓷刀片车削冷硬铸铁的特点氮化硅陶瓷具有高硬度(HRA94)、高强度(抗弯强度为1050～1450MPa)、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5m/min左右。而用氮化硅陶瓷刀具时切削速度则是25～35m/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6.8m/min，而用氮化硅陶瓷刀具时切削速度为23m/min。

(2)耐用度高：用YG8硬质合金车削冷硬合金铸铁(Vc=5.3m/min)，当后刀面磨损0.8mm 时，切削路程为360m；而用氮化硅陶瓷刀具以28m/min的切削速度，后刀面磨损0.8mm 时的切削路程为2560m；再将切削速度提高到34m/min时，在相同的后刀面磨损情况下，切削路程则是2340m。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。

用立方氮化硼刀片切削冷硬铸铁的特点立方氮化硼(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=0.6mm，γ01=6。，bγ=0.3mm。当Vc=60m/min，αp=0.3mm，f=0.22mm/r时，切削160min后，后刀面只磨损了0.16mm。而使用YG6X硬质合金刀具的切削速度只有6.6m/min，仅为立方氮化硼刀具的1/9。

(2)耐用度高：用立方氮化硼圆刀片，以Vc=40m/min、f=0.16mm/r的切削用量加工HRC55的冷硬铸铁，刀具耐用度为500min，而用陶瓷刀具加工时刀具耐用度只有5min。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=20m/min、αp=0.3mm、f=0.22mm/r时，圆度误差高达0.5mm，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=6lm/min、αp=/mm、f=0.94mm/r时，金属切除率达400cm3/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=55m/min，αp=3mm，f=0.25mm/r；精车时，f=0.2mm，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=175～225m/min、αf=0.1～0.25mm/z、αp=0.5～2.5mm的用量进行铣削，表面粗