球墨鑄鐵以其良好的抗沖擊性、很高的抗拉強(qiáng)度及鑄鐵特有的優(yōu)良的鑄造性、耐磨性、抗疲勞性及經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造工業(yè)的各種零部件。本文針對(duì)公司球墨鑄鐵件切削加工中存在的問(wèn)題(如進(jìn)排氣管過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺),通過(guò)有限元建模分析和切削試驗(yàn),探索球墨鑄鐵切削過(guò)程中切削毛刺的形成機(jī)理,并進(jìn)一步探索球墨鑄鐵的切削性能,為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低切削成本提供工藝指導(dǎo)。 本文首先基于有限元建模,對(duì)球墨鑄鐵的銑削過(guò)程進(jìn)行了仿真分析,仿真表明球墨鑄鐵銑削過(guò)程等效應(yīng)變和溫度具有相似的分布規(guī)律。切削毛刺仿真表明,毛刺形成過(guò)程中,溫度逐漸升高,毛刺的大小與溫度升高的持續(xù)時(shí)間相關(guān)。
進(jìn)一步的切削試驗(yàn)表明:速度和進(jìn)給量對(duì)毛刺的影響較小,而切深影響較大。同時(shí)對(duì)球墨鑄鐵銑削加工性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究表明:球墨鑄鐵表面粗糙度隨著銑削速度的增大而減小;隨著進(jìn)給量和切深的增大而增大。切削速度較低時(shí),球墨鑄鐵切屑比較短,呈屑狀。隨著切削速度的提高,切屑呈細(xì)長(zhǎng)狀。切深與進(jìn)給量較小時(shí),切屑呈屑狀,隨著切深與進(jìn)給量的提高,切屑呈細(xì)長(zhǎng)狀。以硬質(zhì)合金刀具銑削球墨鑄鐵時(shí),其失效形式主要是磨粒磨損。 本文研究表明DEFORM軟件可以有效模擬球墨鑄鐵的銑削過(guò)程,基于切削過(guò)程等效應(yīng)力、等效應(yīng)變?cè)茍D及溫度云圖仿真分析,可為實(shí)際切削提供依據(jù)。

影響鑄鐵組織和性能的關(guān)鍵是碳在鑄鐵中存在的形式、形態(tài)、大小和分布。鑄鐵的發(fā)展，主要是圍繞如何改變石墨的數(shù)量、大小、形狀和分布這一中心問(wèn)題進(jìn)行的。因此，首先應(yīng)研究鑄鐵中石墨的形成過(guò)程及其影響因素。鑄鐵中石墨的形成過(guò)程稱(chēng)為石墨化。在鑄鐵中，碳能以化合態(tài)的滲碳體和游離狀態(tài)的石墨兩種形式存在，游離狀態(tài)的石墨容易形成片狀結(jié)構(gòu)。這是由于石墨的晶格為簡(jiǎn)單六方晶格，基面中的原子間距142nm，原子間結(jié)合力較強(qiáng)；而兩基面間的面間距340nm，因基面間距較大，原子間結(jié)合力較弱，故結(jié)晶時(shí)易形成片狀結(jié)構(gòu)，且強(qiáng)度、塑性和韌性極低，接近于零，硬度僅為3HBS。另外，在碳原子的四個(gè)價(jià)電子中，只有一個(gè)價(jià)電子參加到電子氣中去，這便是石墨具有某些不太明顯的金屬性能(如導(dǎo)電性)的原因。 
前面我們已討論過(guò)化合態(tài)的滲碳體，它若加熱到高溫，便會(huì)分解為鐵和碳(Fe2C→3Fe。所以化合態(tài)的滲碳體只是一種亞穩(wěn)定相，而游離態(tài)的石墨則是一種穩(wěn)定相。一般，在鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程中，因?yàn)闈B碳體的含碳量69％)比石墨的含碳量(100％)更接近于合金成分的含碳量5％o％)，析出滲碳體時(shí)所需的原子擴(kuò)散量較小，滲碳體的晶核易形成，所以自合金液體或奧氏體中析出的是滲碳體而不是石墨。但在擴(kuò)散時(shí)間足夠的條件下，或在合金中含有可促進(jìn)石 墨形成的元素(如硅等)時(shí)，在合金中便會(huì)直接自液體或奧氏體中析出石墨。實(shí)踐證明，成分相同的合金在冷卻時(shí)，冷卻速度愈快，析出滲碳體的可能性愈大；冷卻速度愈慢，析出石墨的可能性愈大。