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| SECO Tools, 通过考虑多项因素推动铸铁加工的发展 |
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为了保持铸铁加工方面的竞争力，制造商在选配合适的刀具时面临着诸多因素和挑战。不仅是铸铁类型多种多样，而且材料本身也因铸造而不同。因此，要为刀具刀片选择合适的几何形状和材质等级，制造商必须了解所有的相关因素，并考虑其整个生产链，以便成功获得质量、成本与生产率的最佳组合。
尽管铸铁广泛用在各行各业中，但汽车和重型设备行业通常是该材料的主要最终用户，比如批量生产制动盘、在较短的周期内生产大型泵等。巧合的是，这两种部件还说明了许多制造商青睐铸铁的原因—对于大批量生产或十分复杂的零件设计，目前没有切实可行的替代生产方法。
因此，本文将从铸铁材料的角度以及车削和铣削的角度介绍铸铁的加工。另外，在制动盘或大型泵等部件的实际生产中应用这些概念时，还应注意考虑其他方面。
如今的铸铁远比 20 年前更先进、也更为人们所熟悉。在某些情况下，如果一直面临降低价格、提高生产率的压力，则使用铸铁替代钢材不失为一种绝佳的策略。一般来说，铸铁质量更轻、强度更高、价格更低，而且现在具有更高的耐磨性。此外，这种材料还能快削加工、易于生产复杂形状且具有更高的可加工性。但是，注意其强度级别、成本及可加工性会因铸铁类型而异，比如灰铸铁、蠕墨铸铁、硅合金铁素体球墨铸铁、球墨铸铁及等温淬火球墨铸铁（请参阅附注：现代铸铁一览）。对于每种类型的铸铁，都有多种等级，其机械属性也差别极大。这主要是石墨周围金属基体微观结构的差异所致。 （图片） 除了需要选择不同类型的铸铁外，制造商还必须考虑到铸铁的冶炼技术十分复杂。铸造过程本身产生的微观结构会使零件的表面与内部基体具有不同的机械属性。
因此可以说有两种不同的微观结构共存于同一个铸件中。此外，铸铁的质量还因铸造厂而不同，这意味着即使铸铁的类型“相同”，铸造过程的变化也会使不同工件的可加工性存在显著差异。
以灰铸铁为例，其可加工性受表面因素及其他近表面状况的影响，比如模具残留物或游离铁素体（最纯铁形态）会以不同形式干扰加工过程。前者会产生硬度更高且随机分布的区域，后者会使工件存在更软的区域。这些因素会使可预测性降低，从而影响可加工性。因此从铸造、存储到加工，制造商都必须谨慎地安排物流工作，确保拥有质量一致且数量足以满足其应用要求的工件批次。
使工件的属性一直处于最佳可控状态十分重要。毕竟任何差异都会直接或间接地对总生产率产生不利影响。工件的属性不明确时，制造商可以利用刀具系统和切削策略来弥补材料质量的不足。但关键是知道什么刀具和策略适合特定应用。
刀具公司源源不断地开发新的车削和铣削产品，以帮助制造商解决在加工铸铁材料时面临的不利因素和挑战。但其本身很灵活，因为全球每种材料、每个制造商及每个应用都是独一无二的。刀具公司可以提供对铸铁具有较宽加工范围的产品解决方案，但主要取决于具体的客户需求和所选的加工策略或方法。
尽管有些制造商愿意花钱购买各种刀片类型和材质等级，以使每种应用达到最高生产率，但其他制造商则会选择有限的、具有“综合特性”的刀片和材质等级，以使加工过程更易管理，但会遇到生产率降低的情况。
考虑一下用于车削的材质等级（这是该类加工过程重点关注的方面）。在过去，刀具公司会提供多种刀片材质等级以供用户选择。如今，它们的目标是推出性能最佳且能同时处理更多铸铁材料和规格的解决方案，从而减少所需材质等级的数量，同时也进一步简化了选择过程。（图片） 有些刀具公司正在采用先进的镀层工艺为其客户提供两材质或三材质等级策略。比如，山高刀具公司凭借其专有的 Duratomic® 金刚甲镀层技术材质等级推出了一种两材质等级车削策略，其中铝和氧在原子级别上进行处理，以使铸铁加工刀片兼具优异的韧度和耐磨性。
对于实际的铸铁车削工序，一切均取决于制造商的特定应用。制造商必须准确确定完成车削目标所需的工序数。如果工件的属性未知，制造商可以选择包含一道额外的精密切削工序，这会影响产品的交货时间。但是，通过根据部件的状况和要求采用合适的刀具，制造商可以减少工序数。
更特殊的车削加工方案可能涉及到制造商在之前所述的准时化供应链中加工部件。在此类情况下，某些批次的铸态工件的近表面状况有时会不合规格，但仍必须进行加工，尽管会因刀具寿命的缩短和生产率的降低而导致每个工件成本上升。此时制造商必须在不同类型和材质等级的刀片之间仔细选择，可能包括选择硬质合金刀具和多晶立方氮化硼 (PCBN) 刀具。但是，如果铸造厂供应的灰铸铁质量保持一致，制造商可以利用 PCBN 刀具获得无与伦比的生产率。
与车削材料相比，铣削铸铁更为复杂。尽管制造商所用刀片材质等级的类型很重要，但整个切削解决方案更关键。除了刀片的几何形状和材质等级外，制造商还必须根据所加工的工件考虑刀体的类型和切削刃的数量。这样做对于降低每个工件的加工成本至关重要。
当今的刀具公司正在努力为客户打造易于使用并能有效处理尽可能多的材料和应用的解决方案，从而满足客户的需求，简化铸铁的加工。比如，太热和冷却液对铸铁加工的效果不太理想，尤其是铸铁铣削，所以刀具公司正在开发既适用于干式铣削，又适用于湿式铣削的高性能材质等级。这些公司还致力于开发能在一个行程内高效粗加工和精加工的切削解决方案，从而帮助制造商缩短加工时间。
为铸铁选择最佳铣削刀具类型时，没有一种“万能”的实际方案。但总的来说，如今的铣刀类型似乎正在取得长足进步，所选铣刀应该是负角刀具，其刀片具有正前角且采用可以处理干湿加工条件的材质等级。
通过在负角刀具中采用正切削前角，制造商将会受益匪浅—既能加快切削操作，又能降低功耗和发热，这都有助于延长刀具寿命、增加可用切削刃的数量。以面铣多腔体发动机缸体为例，用铣刀加工每个腔体的圆角时，目标是避免切去腔体的边缘。如果制造商使用磨损的刀具并采用高切削力，成片削去工件材料的风险将会增大，而具有正前角的负角刀具则可以避免这种情况。
但请注意，尽管一种刀具类型可能会成功切削所有不同类型的铸铁，但这并不意味着它能有效加工各种工件形状。因此，刀具公司会提供不同形状的刀具，既有方肩铣刀，又有面铣刀，以及介于二者之间的任何铣刀。制造商必须考虑需要切削的表面，应该自问：是方形还是长形表面？壁厚如何？脆弱还是稳定？以及如何牢固地夹持工件？
此外，制造商还需要考虑在操作中所用的机床类型。加工铸铁材料时，动态负载更高，所以机床必须十分坚固，并且具有高功率和高稳定性。所有这一切都对机床提出了高要求。但在这些情况下，具有正前角的负角刀具可帮助降低机床的功率要求，并能减少机床主轴承受的作用力。
总而言之，由于需要考虑许多因素，因此如果制造商希望提高铸铁加工的生产率和可预测性，最佳做法是与刀具供应商密切合作。
为了利用这种宝贵的资源，当今的制造商必须将其广泛的制造技术知识与刀具供应商的专业加工知识结合起来。采取这种合作之后，制造商将在制造方面保持领先，并会了解创新的加工技术在优化制造工艺过程中所起的作用。最终结果是加工厂在竞争日益激烈的全球市场中继续提升其竞争优势，并脱颖而出，成为行业的技术领导者。
附注：现代铸铁一览
不久以前，制造商还将铸铁视为廉价、脆弱且粗糙的金属。但如今，通过改进生产，人们生产出了众多品种的铸铁，不仅强度比以前更高，而且可加工性更好。但是请注意，同一铸铁类型之中以及不同铸铁类型之间有着不同的强度和可加工性。
• 灰铸铁 (GJL)，属于最普通和最便宜的铸铁类型，含有层状石墨颗粒形式的炭化物，从而赋予其卓越的减振性，特别适合制造发动机部件。与其他类型铸铁相比，它还有最高级别的可加工性。
• 蠕墨铸铁 (GJV)，也称为缩状石墨铸铁，因其石墨颗粒的外形类似于蠕虫而得名。较之灰铸铁，其强度
更高，重量更轻。由于蠕墨铸铁非常适合制造同时承受机械应力和热应力的部件，所以汽车制造商用其生产某些部件，比如柴油发动机零件等。
• 硅合金铁素体球墨铸铁是生产轮毂和轮轴的理想材料。由于具有较高的加工性和优异的机械性能，所以该材料越来越受汽车行业的青睐。
• 球墨铸铁 (GJS)，由球状石墨颗粒加入铁素体和/或珠光体基体中形成，具有高延展性、良好的疲劳强度、突出的耐磨性和高弹性模数，因此成为汽车和重型设备行业中变速箱壳体和悬架零件的制造材料。此外，专用的球墨铸铁合金还用于生产高温部件，比如排气管和涡轮增压器壳体等。
• 奥氏体球墨铸铁，通过复杂的热处理工艺加工而成，具有高强度、高疲劳强度、良好的耐磨性和高断裂延伸率，是铸钢和锻钢材料的有力竞争者。由于强度和弹性高，所以奥氏体球墨铸铁的可加工性低于此处所述的其他几种铸铁。
5/15/2013
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