鑄鐵鉆削加工分析研究

汪海洪

（鄭州煤礦機械制造技工學校，河南 鄭州450013）

1 鑄鐵材料的機械性能

鑄鐵是含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為2%～4%。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外，鑄鐵中還含有1%～3%的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵纖維組織和性能的主要元素。常見的鑄鐵有灰鑄鐵鑄、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和合金鑄鐵等，牌號為QT400-18，抗拉強度400Mpa，屈服強度250Mpa，布氏硬度：130～180,主要金相組織：鐵素體（100%），特性：有較好的塑性與韌性，焊接性與切削性也比較好，常溫沖擊韌性也較好。牌號為500-7，抗拉強度500Mpa，屈服強度320Mpa，布氏硬度：170-230,主要金相組織：鐵素體+珠光體（100%），特性：強度與耐磨性中等，切削性尚好。

2 鑄鐵材料機械性能對鉆削加工的影響

（1）鑄鐵材料切削加工性分析。反應金屬材料切削加工的難易程度稱為切削加工性能。影響切削加工性能的因素主要有工件的化學成分、金相組織、物理性能、力學性能等。鑄鐵比鋼切削加工性能好，金屬材料的切削加工性比較復雜，很難用一個指標來評定，通常用以下四個指標來綜合評定：切削時的切削抗力、刀具的使用壽命、切削后的表面粗糙度及斷屑情況。如果一種材料在切削時的切削抗力小，刀具壽命長，表面粗糙度值低，斷屑性好，則表明該材料的切削加工性能好。另外，也可以根據材料的硬度和韌性做大致的判斷。硬度在170～230HBW，并有足夠脆性的金屬材料，其切削加工性良好；硬度和韌性過低或過高，切削加工性均不理想。

（2）鉆削加工的特點。鉆頭通常有兩個主切削刃，加工時，鉆頭在回轉的同時進行切削。鉆頭的前角由中心軸線至外緣越來越大，越靠近外緣處切削速度也越大。鉆頭的橫刃位于回轉中心軸線附近，橫刃的副前角較大，無容屑空間，切削速度低，因而會產生較大的軸向抗力。如果將橫刃刃口修磨成R形，中心軸線附近的切削刃為正前角，則可減小切削抗力，顯著提高切削性能。

鉆頭的切削是在空間狹窄的孔中進行，切屑必須經鉆頭刃溝排出，因此切屑形狀對鉆頭的切削性能影響很大。常見的切屑形狀有片狀屑、管狀屑、針狀屑、錐形螺旋屑、帶狀屑、扇形屑、粉狀屑等。當切屑形狀不適當時，將產生細微切屑阻塞刃溝，影響鉆孔精度，降低鉆頭壽命，甚至使鉆頭折斷(如粉狀屑、扇形屑等);長切屑纏繞鉆頭，妨礙作業(yè)，引起鉆頭折損或阻礙切削液進入孔內(如螺旋屑、帶狀屑等)。為此，可分別或聯合采用增大進給量、斷續(xù)進給、修磨橫刃、裝斷屑器等方法改善斷屑和排屑效果，消除因切屑引起的問題。

（3）鑄鐵的鉆削加工工藝性分析。鉆削切削力是影響零件加工質量和刀具使用壽命的重要因素,而切削力的大小又是和切削參數、銑削加工材料等息息相關的,因此,研究鉆削加工中切削參數各因素(切寬、切深和每齒進給量)對切削力的影響有著非常重要的意義。

鉆削加工時，刀具承受著因工藝方法而造成的交變負荷。這種負荷有機械性質的，也有熱性質的。在機械負荷方面，特別值得一提的是刀片的入口沖擊。在刀刃進入材料的瞬間，切削力會發(fā)生明顯的提升。在進給同向進行銑削時，刀具的刃部在每次進入到材料時，都會經歷一次刀具的入口沖擊。銑削加工的表面，加工面的粗糙度滿足要求，平面度公差滿足要求是0.03。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮提高勞動生產率和降低勞動強度。鉆削切削遍存在刀具壽命低，切削中易折斷，切削用量低，生產效率低的現象。且工件材質稍有一不均勻就會發(fā)生刀具折斷現象;鉆削灰鑄鐵切削速120m/min，進給0.25mm/r，鉆削蠕墨鑄鐵的切削速度75m/min，進給量0.18mm/r，通過機械加工摸索出上述較為適合的切削用量。

3 鑄鐵材料切削力及夾緊分析計算

切削力是指在切屑過程中產生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。通俗地講是在切削加工時，工件材料抵抗刀具切削時產生的阻力。研究切削力，對進一步弄清切削機理，對計算功率消耗，對刀具、機床、夾具的設計，對制定合理的切削用量，優(yōu)化刀具幾何參數等，都具有非常重要的意義。

金屬切削時，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。切削力來源于三個方面：克服被加工材料對彈性變形的抗力；克服被加工材料對塑性變形的抗力；克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面與已加工表面之間的摩擦力。夾緊力是保證工件在加工過程中對切削力的抵抗作用，保證切削加工的安全進行。利用在平面上直徑10mm孔，來分析計算切削力和機床夾具所需的夾緊力。由資料《機床夾具設計手冊》查得：切削力公式：Ff=412D1.2f0.75Kp，式中D=10cm，f=0.3mm/r。 查表得：即：Ff=1980.69(N)。

通過對鉆孔切削力計算，為鑄鐵材料實際生產提供依據。提高鉆削加工的精度，同時鉆孔精度主要由孔徑尺寸、位置精度、同軸度、圓度、表面粗糙度以及孔口毛刺等因素構成。鉆削加工時影響被加工孔精度的因素主要有鉆頭的裝夾精度及切削條件，如刀夾、切削速度、進給量、切削液等;鉆頭尺寸及形狀，如鉆頭長度、刃部形狀、鉆芯形狀等;工件形狀，如孔口側面形狀、孔口形狀、厚度、裝卡狀態(tài)等。