球墨鑄鐵以其良好的抗沖擊性、很高的抗拉強度及鑄鐵特有的優(yōu)良的鑄造性、耐磨性、抗疲勞性及經(jīng)濟性等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于機械制造工業(yè)的各種零部件。本文針對公司球墨鑄鐵件切削加工中存在的問題(如進排氣管過程中產(chǎn)生的毛刺),通過有限元建模分析和切削試驗,探索球墨鑄鐵切削過程中切削毛刺的形成機理,并進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,對球墨鑄鐵的銑削過程進行了仿真分析,仿真表明球墨鑄鐵銑削過程等效應(yīng)變和溫度具有相似的分布規(guī)律。切削毛刺仿真表明,毛刺形成過程中,溫度逐漸升高,毛刺的大小與溫度升高的持續(xù)時間相關(guān)。
進一步的切削試驗表明:速度和進給量對毛刺的影響較小,而切深影響較大。同時對球墨鑄鐵銑削加工性能進行了試驗研究。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;隨著進給量和切深的增大而增大。切削速度較低時,球墨鑄鐵切屑比較短,呈屑狀。隨著切削速度的提高,切屑呈細長狀。切深與進給量較小時,切屑呈屑狀,隨著切深與進給量的提高,切屑呈細長狀。以硬質(zhì)合金刀具銑削球墨鑄鐵時,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程,基于切削過程等效應(yīng)力、等效應(yīng)變云圖及溫度云圖仿真分析,可為實際切削提供依據(jù)。

開發(fā)新型高性能球墨鑄鐵中大型沖壓件模具材料來替代鍛造合金鋼及其它高合金鑄鐵等沖壓件模具材料。在消失模工藝條件下通過向普通球墨鑄鐵中加入Cu、Sb元素的方法制備了度合金化球墨鑄鐵,并采用Procast軟件對中大型沖壓件模具充型過程進行模擬。系統(tǒng)研究了Cu、Sb元素對球墨鑄鐵的觀組織和性能的影響規(guī)律。組織觀察表明,隨著Cu含量的增加,珠光體含量增加。當Cu含量一定時,隨著Sb含量的增加,珠光體含量進一步增加。機械性能測試表明,Cu、Sb合金化元素能夠明顯地提高球墨鑄鐵的強度和硬度等機械性能,但導(dǎo)致延伸率略有下降。 采用該種新材料結(jié)合消失模鑄造技術(shù)開發(fā)研制了大型球墨鑄鐵沖壓件模具毛坯,實現(xiàn)了大型沖壓件模具的一次近終成型。
   該工藝具有成本較低、毛坯尺寸精度高、環(huán)保特性好、鑄造效率高等特點,開創(chuàng)了消失模鑄造工藝新的應(yīng)用領(lǐng)域。 在消失模工藝條件下,采用BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)建立了Cu、Sb合金化球墨鑄鐵合金成分與觀組織及性能之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,預(yù)測值與實驗結(jié)果吻合良好,該模型具有正確性和一定的實用性。 采用Procast軟件對轎車頂蓋模具在消失模工藝下充型過程進行數(shù)值模擬,結(jié)果表明:該材料在消失模工藝條件下,采用雙側(cè)澆注系統(tǒng)時,當真空負壓值為0.07MPa,澆注溫度為1450℃,可以獲得優(yōu)質(zhì)無缺陷的模具鑄件,模擬結(jié)果與實際結(jié)果相吻合。 采用本研究所開發(fā)的新型度球墨鑄鐵材料,在消失模工藝下研制了多種中大型沖壓件模具,經(jīng)試驗驗證具有良好的機械性能,抗拉強度大于710MPa,硬度可達230-280HB,延伸率可達3-5%,基體中珠光體含量大于90%,經(jīng)無損探傷測試,模具鑄件無縮孔,符合中大型沖壓件模具的性能要求,完全能夠代替國外產(chǎn)品