蠕墨鑄鐵發動機機加工分析

摘 要：發動機的發展主要目標是在減少油耗和排放的同時增加比功率、增加扭矩、減少體積、重量等。基于以上原因當今對發動機材料提出新的要求，從而蠕墨鑄鐵的特殊性能得到重視，并作為一種材質在發動機缸體等重要鑄件上得到廣泛的使用。本文旨在通過對蠕墨鑄鐵機加工進行分析，為確定蠕墨鑄鐵缸體加工工藝方案提供依據。

關鍵詞：缸體；蠕墨鑄鐵；產品特點；加工分析

一、蠕墨鑄鐵特性

（一）蠕墨鑄鐵

碳以蠕蟲狀石墨析出存在于金屬基體之中的鑄鐵材料（通俗說法：一種以鐵、碳為基體，碳主要以蠕蟲狀石墨存在于鐵素體、鐵素體/珠光體或珠光體基體之中的鑄鐵材料）。蠕蟲狀的石墨介于片狀石墨和球狀石墨之間，既有灰鑄鐵片狀共晶團內石墨相互連接的片狀結構，又有球墨鑄鐵球狀石墨的頭部較圓，類似球墨的形狀。

（二）蠕墨鑄鐵性能對比

1、抗拉強度： 蠕墨鑄鐵是灰鑄鐵的（約）1.8倍，較高的拉伸強度及屈服強度將轉化為較高的切削力，尤其在銑削和鏜削加工中，產生高的切削力，導致機床功率、扭矩增大。 2、延展性、抗拉強度和疲勞強度：蠕墨鑄鐵的延展性、抗拉強度、疲勞強度是灰鑄鐵的（約）2倍、1.8倍、2倍，加工易產生毛刺，需增加特殊工藝和去毛刺設備； 3、導熱率：蠕墨鑄鐵導熱率是灰鑄鐵的（約）0.78倍，加工切削熱易積聚工件，導致刀具熱磨損快，資料表明多數刀具的刃口粘結比加工灰鑄鐵嚴重。灰鑄鐵具有較好的熱傳導性，加工時切削熱容易被切屑帶走。

（三）蠕墨鑄鐵發動機的產品特性

1、蠕墨鑄鐵強度高，可以顯著提高缸體的強度、剛度、斷裂風險，在發動機對缸體強度需求相同的條件下，缸體可以設計為降低承受載荷部位截面60%，對整個缸體來說，合理的、輕量化的，可以降低缸體重量10—20%。2、在降低缸體重量的同時，缸體的強度、剛度、尤其較高的高溫強度、剛度能夠得到顯著提高，提高單位重量發動機功率，提高燃燒效率，降低排放污染；3、蠕墨鑄鐵發動機，由于較高溫度條件下強度、剛度比HT250顯著高，缸體配合尺寸穩定性高，高速高頻振動條件下減震性優于高強度灰鑄鐵，耐磨性與HT250相當，可以滿足壽命期的摩擦磨損要求。

二、蠕墨鑄鐵機加工分析

（一）面加工：銑削

蠕墨鑄鐵難以加工的一個原因是它的拉伸強度是灰鑄鐵的2倍左右。在銑削加工中，較高的抗拉強度將轉化為較高的切削力，在同種條件下加工蠕墨鑄鐵所需要的加工功率比加工灰鑄鐵要高約15%～25%。因此，有些原來加工灰鑄鐵的車間需要轉產加工蠕墨鑄鐵時，可能會出現機床功率不足的問題。銑削加工蠕墨鑄鐵有以下特點：1、刀具：受蠕墨鑄鐵材料的組織和基體組織影響，在與灰鑄鐵同樣的加工條件下進行加工時，蠕墨鑄鐵的熱傳導率相對較低，因此加工時產生的切削熱積聚在工件中，反過來會加劇刀具的磨損，同時基體中無硫化錳（MnS）層，因此刀具壽命約縮短25%～50%；2、加工質量：因組織較均勻，加工蠕墨鑄鐵的表面質量比灰鑄鐵好50%左右。并且不容易產生切削灰鑄鐵時發生的邊緣崩損，但是容易產生毛刺；3、功率消耗：與灰鑄鐵比較，約高出15%～25%（取決于抗拉強度）。

（二）孔加工：鉆削

據資料反映在加工蠕墨鑄鐵氣缸蓋時，普遍存在鉆頭壽命低，切削中易折斷，生產效率低的現象。統計表明，引起鉆頭折斷的原因為：

1、切削參數不合理： 轉速、 進給過快及過大的切削力導致刀具折斷；2、鑄造缺陷： 當刀具加工到工件上的氣孔、鑄缺、 硬點等缺陷時， 突然增大的切削力導致刀具折斷；3、鉆透時單邊受力： 部分刀具在鉆通時， 會遇到單邊切削的現象（斜孔、交叉孔）， 此時過大的不對稱徑向力導致刀具折斷；4、排屑不暢；5、刀具磨損：

總結歸納，蠕墨鑄鐵鉆削有以下特點：

1、刀具：因受蠕墨鑄鐵材料的組織和基體組織影響（抗拉強度、導熱率、碳化物等）。在與灰鑄鐵同樣的加工條件下進行加工時，刀具壽命約縮短25%～50%； 2、加工方面：易因切削參數不合理、鑄造缺陷、鉆透單邊受力及排屑不暢等，造成折斷。根據加工特點，選擇鉆頭具備以下特點：3、抗磨性涂層刀具（氮碳化鈦（TiCn）、氧化鋁（Al2O3） ）及拋光處理 ：提高刀具的耐磨性；4、優化刀具切削刃結構及切削角度 ：提高刀具的強度和減小切削力；5、顆粒更細的硬質合金刀具 ：提高抗震性和剛性。

（三）孔加工：攻螺紋、鉸孔

攻螺紋及鉸孔是加工工藝中的關鍵部分，蠕墨鑄鐵的延展性、抗拉強度分別是灰鑄鐵的（約）2倍、1.8倍，攻螺紋及鉸孔時刀具的刃口容易粘結，易造成刀具錐卡滯、折斷，壽命短。需增強絲錐、鉸刀的耐磨性、韌性。

（四）孔加工：鏜削

蠕墨鑄鐵抗拉強度是灰鑄鐵的1.8倍，導熱率是灰鑄鐵的0.78倍，因此加工時產生的切削熱比灰鑄鐵要高得多，隨著切削刃與工件的接觸（切削過程），產生的熱量會大量傳遞到刀具中，使得切削刃的溫度會非常高，從而造成切削刃磨損、失效。

從鏜削加工方面說，冷卻、排屑和工藝穩定性是影響切削參數選擇的因素。同時也應加強鏜刀在高溫狀態下的耐磨性。

總結：加工蠕墨鑄鐵缸體、缸蓋，一些剛性本來不足或者不富裕的加工設備，則必須降低切削余量、切削速度，以滿足加工尺寸精度，這樣必然顯著降低加工效率50%，增加加工成本。用于切削蠕墨鑄鐵的刀具壽命通常只有切削灰鑄鐵刀具壽命的5%～10%。

三、結語

蠕墨鑄鐵是高性能發動機的理想材料，是發動機缸體缸蓋的發展方向，是未來汽車技術爭奪的制高點，掌握了這一技術、制造能力、批量生產能力，就能在今后的汽車技術、質量、品牌競爭中取勝。

參考文獻：

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