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)。

在選擇鑄鐵生產(chǎn)熔煉設(shè)備時(shí)可以以小代大，使用較小容量的中頻感應(yīng)爐代替較大容量的工頻感應(yīng)爐創(chuàng)造條件，中頻爐取代工頻爐既減少了用地，又降低了投資，也保證了鐵液的連續(xù)供應(yīng)，對(duì)于連續(xù)作業(yè)、生產(chǎn)能力較大的鑄鐵生產(chǎn)均十分有利。將中頻感應(yīng)爐用于連續(xù)鑄造或離心鑄造球墨鑄鐵管生產(chǎn)的鐵液熔煉，用它取代沖天爐，或與高爐、沖天爐進(jìn)行雙聯(lián)，其生產(chǎn)能力將可得到充分發(fā)揮。例如，國(guó)內(nèi)有1個(gè)離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠(chǎng)家，就是采用了10t中頻感應(yīng)爐與高爐雙聯(lián)工藝，對(duì)鐵液進(jìn)行升溫和調(diào)整成分，將貯存的高爐鐵液從1300℃升溫到1520℃，大約需要27min。該爐頻率100～200Hz，功率為2500kW。
應(yīng)該提到的是，配有雙供電電源與控制系統(tǒng)的中頻感應(yīng)爐，即使在1臺(tái)爐子烘爐時(shí)，也能保證另1臺(tái)爐子正常生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)鐵液的及時(shí)連續(xù)供應(yīng)，這也是工頻感應(yīng)爐無(wú)法比擬的。首鋼鑄造廠(chǎng)1變2爐實(shí)踐證明，2臺(tái)10t工頻感應(yīng)爐使用1套電源供電，在1臺(tái)爐子烘爐時(shí)，另1臺(tái)爐子也不能生產(chǎn)。如果1次烘爐約需3天時(shí)間，則1年當(dāng)中約1個(gè)月不能生產(chǎn)，影響極大。為了實(shí)現(xiàn)能夠連續(xù)生產(chǎn)的目的，1是增加工頻感應(yīng)爐數(shù)量，2是增加1套烘爐電源設(shè)備。首鋼鑄造廠(chǎng)在建設(shè)離心球墨鑄鐵管車(chē)間時(shí)，就是在原有1變2爐基礎(chǔ)上增加1臺(tái)工頻感應(yīng)爐及相應(yīng)的電源設(shè)備；國(guó)內(nèi)另1個(gè)離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠(chǎng)家則在原有1變2爐基礎(chǔ)上，擬增加1套烘爐電源設(shè)備。無(wú)論采用如上所說(shuō)的哪種措施，都要增加相應(yīng)的設(shè)備與設(shè)施，也就增加了占地與投資。中頻感應(yīng)爐雙供電電源與控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不但同時(shí)保證了熔煉和保溫，也同時(shí)實(shí)現(xiàn)了烘爐不停產(chǎn)。

在所有這些試驗(yàn)中，球鐵容器經(jīng)受住了一切嚴(yán)勵(lì)的試驗(yàn)，而只有表面損傷，當(dāng)然可保證對(duì)于放射線(xiàn)的密封完全可靠。在模擬運(yùn)輸機(jī)故障狀態(tài)和墜毀之后，己確球鐵是的，所設(shè)計(jì)的球鐵Caster容器可能得到高的“Pradikat”級(jí)一柏林和Braun-sch二ELG管理局的B(L巧證明書(shū)。這是鑄造業(yè)公認(rèn)的一個(gè)潛在的市場(chǎng)的極好例子。
當(dāng)球鐵的噸位增加和市場(chǎng)滲透是很驚人的，這種材料決不能看到達(dá)到了它的全部潛力?；谶@一點(diǎn)，現(xiàn)在不生產(chǎn)球鐵的鑄鐵廠(chǎng)，建議很好地重新考慮這方面的可能性。節(jié)能要求導(dǎo)致基本上重新設(shè)計(jì)零件，以達(dá)到重量輕、效率高，這就必然要提醒設(shè)計(jì)者集中注意材料。球鐵正日益被認(rèn)為能提供高的強(qiáng)度一重量特性，并且能以比較低的成本生產(chǎn)。因此預(yù)料，隨著代替灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和鑄銀件，能親眼看到球鐵生產(chǎn)噸位的持續(xù)增加。近出版的刊物對(duì)于幫助造廠(chǎng)在這面的力是有利的，雖然計(jì)值會(huì)變提高而改善。但鐵水溫度低于1450“C后孕育效果很差，RG值幾乎不變。由表3可得:孕育鑄鐵的質(zhì)量指標(biāo)用鑄造焦熔煉的比用冶金焦熔煉的高18%，值得注意的是相對(duì)硬度反而降低3%。
1947年英國(guó)H.Morrogh發(fā)現(xiàn)，在過(guò)共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時(shí)，石墨呈球狀。1948年美國(guó)A.P.Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當(dāng)殘余鎂量大于0.04wt%時(shí)，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開(kāi)始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。球墨鑄鐵作為新型工程材料的發(fā)展速度是令人驚異的。1949年球墨鑄鐵產(chǎn)量只有5萬(wàn)噸，1960年為53.5萬(wàn)噸，1970年增長(zhǎng)到500萬(wàn)噸，1980年為760萬(wàn)噸，1990年達(dá)到915萬(wàn)噸。2000年達(dá)到1500萬(wàn)噸。球墨鑄鐵的生產(chǎn)發(fā)展速度在工業(yè)發(fā)達(dá)特別快。球墨鑄鐵產(chǎn)量的75%是由美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、英國(guó)、法國(guó)六國(guó)生產(chǎn)的。