高鉻鑄鐵的機加工和刀具的選用

      高鉻鑄鐵是一種高硬度高強度的具有抗磨耐腐性能的高合金白口鑄鐵，高鉻鑄鐵作為耐磨鑄件在不做任何熱處理的情況下，硬度一般在HRC45以上，抗拉強度為650～850MPa。

      高鉻鑄鐵作為難切削材料之一，硬質合金刀具很難正常加工，而陶瓷刀具由于脆性大的原因，一般只用于精加工中；在90年代以前由于難于切削的原因在一定程度上限制了高鉻鑄鐵的應用，隨著新的刀具材料的出現，高鉻鑄鐵行業機加工刀具經歷了由硬質合金到復合陶瓷再到立方氮化硼材料的過程，在一定程度上改變了高鉻鑄鐵機加工工藝和設備投入, 也帶來了高鉻鑄鐵鑄件作為抗磨鑄件在工業制造領域的一度繁榮。

      2003年以前由于受刀具材料的限制，硬質合金刀具和復合陶瓷刀具是加工高鉻鑄鐵的主流，高鉻鑄鐵加工工藝路線一般為：毛坯—軟化處理（降低硬度）---粗加工----熱處理（提高硬度）---精加工。從工藝路線可以看出，兩次熱處理和兩次裝夾，不但增大了工作量，影響加工效率，也增加了機加工成本。據統計，僅軟化處理和兩次機加工就使成本增加2500一3000元/噸。華菱超硬2003年研發的BN-K1牌號立方氮化硼材料刀具，由于硬度比硬質合金和陶瓷高，而抗斷裂性和抗崩損性能比陶瓷刀具高，作為高硬度鑄鐵常用刀具牌號，被廣泛應用于35HRC—68HRC的高硬度鑄鐵的粗加工、斷續加工和精加工。

      與陶瓷刀片相比，BN-K1牌號氮化硼刀片的硬度一般在3500HV左右，是陶瓷刀片的2倍，是合金刀片的4倍。BN-K1牌號的耐熱性可達1400～l500℃，BN-K1牌號加工高鉻鑄鐵時，在1000℃時的硬度還要高于陶瓷和硬質合金的常溫硬度，高速切削高硬度白口鑄鐵Cr26時，BN-K1牌號刀具的耐磨性是氮化硅陶瓷的25倍，抗沖擊能力是氮化硅陶瓷的2000多倍，刀具壽命可以達到氮化硅陶瓷的22～30倍。因此BN-K1牌號刀具的切削參數比硬質合金刀具高3～5倍的速度切削高溫合金和淬硬鋼，這也為PCBN刀具的高速切削創造了條件。由于BN-K1牌號刀具的性能特點，使高鉻鑄鐵毛坯不需要進行軟化處理再粗加工，也不需要再進行二次裝夾，改變了機加工工藝，廣泛用于高合金鑄鐵軋輥，泵零件，高鉻鑄鐵襯板等耐磨鑄件加工中。

華菱刀具加工高鉻鑄鐵的切削參數和案例

      在機加工過程中，除了合理選用切削刀具外，對于刀具的切削參數選擇也是高效率加工高鉻鑄鐵重要因素之一。

      在吃刀深度，走刀量，切削線速度這三個切削要素中，提高切削深度無疑是加工效率提高的有效手段之一，而且對于一些大型泵零件，冶金、礦山機械耐磨鑄件，切削量很大，要提高加工效率，必須增大切削深度。由于BN-K1牌號刀具的抗斷裂強度和抗崩損優勢，與陶瓷刀具相比，BN-K1牌號更適合采用大的切削深度減少走到次數來提高加工效率。同時由于BN-K1牌號硬度高且高溫耐磨性能優異，可以采用3-5倍于硬質合金和陶瓷刀具的切削速度進行高速切削。以下是華菱刀具在高硬度鑄鐵行業的典型加工案例：

      1，以BN-K1牌號斷續車削渣漿泵葉輪外圓為例，由于高鉻鑄鐵葉輪有5枚葉片，在加工外圓和端面時，存在斷續切削。BN-K1牌號刀具的切削參數為：vc=75m／min，ap=5mm，f=0.1mm／r。此高鉻鑄鐵零件切削過程中，葉輪每轉一周刀具要承受5次沖擊，一次走刀一個刀刃要承受3000多次沖擊。結果顯示：BN-K1牌號氮化硼刀具斷續加工過程中沒有產生斷裂破碎，一片刀片相當于25片陶瓷刀片，充分展現了氮化硼刀具的抗沖擊性，不僅降低了刀具的使用成本，加工效率也提高了5倍。

      2，以BN-K1牌號刀具銑削加工高鉻鑄鐵襯板為例，切削參數：粗銑加工vc=55m／min，ap=2.5mm，每齒進給fr=0.25mm／r。測得兩端尺寸相同，無退刀和刀具磨損現象。而使用陶瓷刀具銑削需要5～7刀才能完成，并且切削時刀片刃部磨損較快，致使切削抗力增加，產生退刀現象，嚴重影響了加工表面的質量和加工效率。

      3，以BN-K1牌號加工高鎳鉻冷硬鑄鐵軋輥為例，走刀量可以達到1mm/r，吃刀深度10mm對軋輥表面進行荒車，而且其遇到夾砂、鑄造硬點不崩刀，不斷裂，可見BN-K1牌號的韌性優異。

      4，對于高鉻鑄鐵的精加工，以高鉻鑄鐵氣門座為例，華菱HLCBN系列中的BN-K11牌號可實現Vc=180m /min的高速精加工。

      隨著氮化硼材料刀具牌號的發展，截止2014年，華菱公司對于高硬度鑄鐵的加工開發有5種刀具牌號可以選擇，分別適合各種工況的加工，如圖：

      華菱超硬，作為我國立方氮化硼刀具國產化的先驅，是難加工材料行業最知名的刀具品牌之一，其刀具不但用于高硬度鑄件，也用于淬硬鋼，燒結合金等難切削材料和普通鑄鐵零件的高速切削領域中。