铸铁钻削加工分析研究

汪海洪

（郑州煤矿机械制造技工学校，河南 郑州450013）

1 铸铁材料的机械性能

铸铁是含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁纤维组织和性能的主要元素。常见的铸铁有灰铸铁铸、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁等，牌号为QT400-18，抗拉强度400Mpa，屈服强度250Mpa，布氏硬度：130～180,主要金相组织：铁素体（100%），特性：有较好的塑性与韧性，焊接性与切削性也比较好，常温冲击韧性也较好。牌号为500-7，抗拉强度500Mpa，屈服强度320Mpa，布氏硬度：170-230,主要金相组织：铁素体+珠光体（100%），特性：强度与耐磨性中等，切削性尚好。

2 铸铁材料机械性能对钻削加工的影响

（1）铸铁材料切削加工性分析。反应金属材料切削加工的难易程度称为切削加工性能。影响切削加工性能的因素主要有工件的化学成分、金相组织、物理性能、力学性能等。铸铁比钢切削加工性能好，金属材料的切削加工性比较复杂，很难用一个指标来评定，通常用以下四个指标来综合评定：切削时的切削抗力、刀具的使用寿命、切削后的表面粗糙度及断屑情况。如果一种材料在切削时的切削抗力小，刀具寿命长，表面粗糙度值低，断屑性好，则表明该材料的切削加工性能好。另外，也可以根据材料的硬度和韧性做大致的判断。硬度在170～230HBW，并有足够脆性的金属材料，其切削加工性良好；硬度和韧性过低或过高，切削加工性均不理想。

（2）钻削加工的特点。钻头通常有两个主切削刃，加工时，钻头在回转的同时进行切削。钻头的前角由中心轴线至外缘越来越大，越靠近外缘处切削速度也越大。钻头的横刃位于回转中心轴线附近，横刃的副前角较大，无容屑空间，切削速度低，因而会产生较大的轴向抗力。如果将横刃刃口修磨成R形，中心轴线附近的切削刃为正前角，则可减小切削抗力，显著提高切削性能。

钻头的切削是在空间狭窄的孔中进行，切屑必须经钻头刃沟排出，因此切屑形状对钻头的切削性能影响很大。常见的切屑形状有片状屑、管状屑、针状屑、锥形螺旋屑、带状屑、扇形屑、粉状屑等。当切屑形状不适当时，将产生细微切屑阻塞刃沟，影响钻孔精度，降低钻头寿命，甚至使钻头折断(如粉状屑、扇形屑等);长切屑缠绕钻头，妨碍作业，引起钻头折损或阻碍切削液进入孔内(如螺旋屑、带状屑等)。为此，可分别或联合采用增大进给量、断续进给、修磨横刃、装断屑器等方法改善断屑和排屑效果，消除因切屑引起的问题。

（3）铸铁的钻削加工工艺性分析。钻削切削力是影响零件加工质量和刀具使用寿命的重要因素,而切削力的大小又是和切削参数、铣削加工材料等息息相关的,因此,研究钻削加工中切削参数各因素(切宽、切深和每齿进给量)对切削力的影响有着非常重要的意义。

钻削加工时，刀具承受着因工艺方法而造成的交变负荷。这种负荷有机械性质的，也有热性质的。在机械负荷方面，特别值得一提的是刀片的入口冲击。在刀刃进入材料的瞬间，切削力会发生明显的提升。在进给同向进行铣削时，刀具的刃部在每次进入到材料时，都会经历一次刀具的入口冲击。铣削加工的表面，加工面的粗糙度满足要求，平面度公差满足要求是0.03。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑提高劳动生产率和降低劳动强度。钻削切削遍存在刀具寿命低，切削中易折断，切削用量低，生产效率低的现象。且工件材质稍有一不均匀就会发生刀具折断现象;钻削灰铸铁切削速120m/min，进给0.25mm/r，钻削蠕墨铸铁的切削速度75m/min，进给量0.18mm/r，通过机械加工摸索出上述较为适合的切削用量。

3 铸铁材料切削力及夹紧分析计算

切削力是指在切屑过程中产生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。通俗地讲是在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力。研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。

金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。切削力来源于三个方面：克服被加工材料对弹性变形的抗力；克服被加工材料对塑性变形的抗力；克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。夹紧力是保证工件在加工过程中对切削力的抵抗作用，保证切削加工的安全进行。利用在平面上直径10mm孔，来分析计算切削力和机床夹具所需的夹紧力。由资料《机床夹具设计手册》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)。

通过对钻孔切削力计算，为铸铁材料实际生产提供依据。提高钻削加工的精度，同时钻孔精度主要由孔径尺寸、位置精度、同轴度、圆度、表面粗糙度以及孔口毛刺等因素构成。钻削加工时影响被加工孔精度的因素主要有钻头的装夹精度及切削条件，如刀夹、切削速度、进给量、切削液等;钻头尺寸及形状，如钻头长度、刃部形状、钻芯形状等;工件形状，如孔口侧面形状、孔口形状、厚度、装卡状态等。