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球墨铸铁以其良好的抗冲击性、很高的抗拉强度及铸铁特有的优良的铸造性、耐磨性、抗疲劳性及经济性等优点广泛应用于机械制造工业的各种零部件。本文针对公司球墨铸铁件切削加工中存在的问题(如进排气管过程中产生的毛刺),通过有限元建模分析和切削试验,探索球墨铸铁切削过程中切削毛刺的形成机理,并进一步探索球墨铸铁的切削性能,为提高产品质量、降低切削成本提供工艺指导。 本文首先基于有限元建模,对球墨铸铁的铣削过程进行了仿真分析,仿真表明球墨铸铁铣削过程等效应变和温度具有相似的分布规律。切削毛刺仿真表明,毛刺形成过程中,温度逐渐升高,毛刺的大小与温度升高的持续时间相关。
进一步的切削试验表明:速度和进给量对毛刺的影响较小,而切深影响较大。同时对球墨铸铁铣削加工性能进行了试验研究。研究表明:球墨铸铁表面粗糙度随着铣削速度的增大而减小;随着进给量和切深的增大而增大。切削速度较低时,球墨铸铁切屑比较短,呈屑状。随着切削速度的提高,切屑呈细长状。切深与进给量较小时,切屑呈屑状,随着切深与进给量的提高,切屑呈细长状。以硬质合金刀具铣削球墨铸铁时,其失效形式主要是磨粒磨损。 本文研究表明DEFORM软件可以有效模拟球墨铸铁的铣削过程,基于切削过程等效应力、等效应变云图及温度云图仿真分析,可为实际切削提供依据。本文研究成果已应用于实际生产中,对实际切削加工参数进行了优化,抑制了切削毛刺的生成,有效提高了产品质量。

由于球墨铸铁的凝固特点—糊状凝固方式,所以缩松不仅是它的固有缺陷,而且,采用传统的工艺,很难完全。生产中常采用加冷铁或冷铁加水冷等方法,这样把表层的缩松赶到铸件内部,机械加工后,缩松就不会暴露出来。但是随着对铸件质量要求的提高,客户不仅对铸件的外观有要求,而且对铸件内在质量的要求也不断提高。对生产的铸件要求进行无损探伤,这样躲在铸件内部的缩松就会被发现。因此,从根本上铸件内部的缩松缺陷是今后企业所希望达到的目标。本课题深入研究球墨铸铁的凝固特点和缩孔、缩松的形成机理,拟采用一种新工艺,从根本上球墨铸铁件的缩松缺陷,以提高球墨铸铁件的整体质量。
本文是采用多种合金成分配制成多种球墨铸铁复合除缩剂,添加到不同的试块中,利用超声波无损探伤技术检测试块内部缩松缺陷变化;对其断面的进行宏观组织观察;利用金相显微镜观察和分析了其微观组织变化,并对试块的布氏硬度、强度和延伸率进行了测定。 研究结果表明:通过改变除缩剂成分可减少或完全球墨铸铁铸件内部的缩松缺陷:C型除缩剂能够完全球墨铸铁铸件内部的缩松缺陷,效果好。D型和H型除缩剂可以明显减少铸件内部的缩松缺陷,G型和I型除缩剂使球墨铸铁铸件内部的缩松缺陷明显向上表面集中。曲轴试块竖置时,随着加入量的增加,缩松缺陷整体向上表面集中,缩松缺陷面积先逐渐减少后又逐渐增加,不能完全曲轴试块内部的缩松缺陷;曲轴试块横置时,底部左右两侧添加除缩剂并配合顶部加冒口的工艺方案,可完全球墨铸铁铸件内部的缩松缺陷。各种球墨铸铁复合除缩剂对石墨的球化程度、铸件的力学性能及珠光体含量均无明显影响,但可使铸件局部晶粒细化。