胡偉 孟凡寧 艾曉南 孟祥東 丁澤

摘要：蠕墨鑄鐵以其良好的力學性能逐漸替代了傳統(tǒng)發(fā)動機材料-灰鑄鐵。然而，蠕墨鑄鐵良好的力學性能導(dǎo)致了其加工性能極差，因此，導(dǎo)致企業(yè)加工成本增高，加工效率降低，嚴重阻礙了蠕墨鑄鐵發(fā)動機的批量化生產(chǎn)和應(yīng)用。切削液在加工過程中有著極其重要的作用，但是，切削液的成本僅占加工成本2%，因此，通過選擇適合加工蠕墨鑄鐵的切削液，可以有效降低生產(chǎn)成本。本文通過對市面上現(xiàn)有不同的六種切削液品牌進行蠕墨鑄鐵切削試驗，試驗結(jié)果表明俄美達切削液加工蠕墨鑄鐵效果最好，其后刀面磨損形式是涂層磨損。本文研究成果可以為企業(yè)選擇蠕墨鑄鐵切削液提供指導(dǎo)意見，從而有效降低生產(chǎn)成本。

Abstract： Compacted graphite iron has gradually replaced the traditional engine material gray cast iron with its good mechanical properties. However， the good mechanical properties of compacted graphite iron lead to its poor processing performance， which leads to the increase of processing cost and the decrease of machining efficiency， and seriously hinders the mass production and application of compacted graphite iron engine. Cutting fluid plays an extremely important role in the machining， but the cost of cutting fluid only accounts for 2% of the processing cost. Therefore， the production cost can be effectively reduced by selecting the cutting fluid suitable for processing compacted graphite iron. In this paper， the cutting experiments of compacted graphite iron with six different brands of cutting fluid on the market are carried out. The results show that Oemeta cutting fluid has the best effect in machining compacted graphite iron， and the wear form of the flank is coating wear. The research results of this paper can provide guidance for enterprises to choose compacted graphite iron cutting fluid， so as to effectively reduce the production cost.

關(guān)鍵詞：蠕墨鑄鐵;切削液;切削試驗;俄美達

Key words： vermicular graphite cast iron;cutting fluid;cutting test;Oemeta

中圖分類號：TG506.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0121-03

0? 引言

蠕墨鑄鐵因其優(yōu)良的力學性能和材料性能，因而逐漸將其發(fā)展為新一代的工程材料[1-2]。自20世紀70年代起，國內(nèi)外逐漸發(fā)現(xiàn)這種材料的重要性，并開始日益加大對蠕墨鑄鐵的研究力度，而對蠕墨鑄鐵在工業(yè)工程中的應(yīng)用也不斷展開。

隨著社會的發(fā)展，汽車、貨車載重量不斷提升，排放限制更加嚴格，因此，對發(fā)動機性能的要求也不斷提高，在提升功率的同時，還要滿足縮小體積、減輕重量、降低燃油消耗及排放量等要求，這是發(fā)動機是一種挑戰(zhàn)，也是發(fā)動機新材料的挑戰(zhàn)[3-4]。蠕墨鑄鐵以其獨特的材料特性，成為了發(fā)動機材料的最佳選擇之一。目前為止，已經(jīng)有福特、奔馳、奧迪、沃爾沃和大眾等知名汽車品牌在內(nèi)的汽車零部件生產(chǎn)商開始生產(chǎn)每年超過10萬噸的CGI汽車發(fā)動機缸體[5-7]。

然而，蠕墨鑄鐵良好的力學性能使得其加工性能極差。根據(jù)試驗結(jié)果表明，相同加工條件下，加工灰鑄鐵的刀具壽命是蠕墨鑄鐵的10-20倍[8-10]。刀具壽命的降低，使得企業(yè)的加工成本增高和加工效率降低，嚴重阻礙了蠕墨鑄鐵的批量化成產(chǎn)與應(yīng)用。

切削液在加工過程中有著冷卻、潤滑、清洗、防銹等功能，其中，冷卻和潤滑對刀具壽命有著顯著的作用。根據(jù)現(xiàn)場加工經(jīng)驗可知，切削液的成本僅占整個加工周期總成本的2%左右。因此，從切削液角度改善刀具壽命，投入小回報大，對降低蠕墨鑄鐵批量化生產(chǎn)的成本有著重要意義。本文針對市場現(xiàn)有蠕墨鑄鐵專用切削液進行試驗，通過加工后表面粗糙度（Ra）和后刀面磨損（Vb）雙重標準，確定出最適合加工蠕墨鑄鐵的切削液，從而指導(dǎo)企業(yè)選擇合適的切削，對企業(yè)降低加工蠕墨鑄鐵的成本有著重要的意義。

1? 試驗

1.1 試驗材料

本文所使用的材料為直徑40mm，長度320mm的棒材，材料的拉伸強度為440MPa，材料化學元素成分含量如表1所示。將蠕墨鑄鐵試件經(jīng)過研磨、拋光后，使用4%的硝酸酒精溶液腐蝕后，在光學顯微鏡下觀察（放大100倍），得到蠕墨鑄鐵的金相圖，如圖1所示，材料主要有蠕蟲狀石墨、鐵素體和珠光體組成。

1.2 試驗設(shè)備

本文使用的機床是沈陽第一機床廠生產(chǎn)的HTC-3650數(shù)控車床（轉(zhuǎn)速50-6000r/min，最大切削直徑360 mm，最大切削長度500mm）;使用高清CCD測量顯微鏡GP-300C（放大倍數(shù)50-500倍，昆山高品精密儀器有限公司）測量切削后刀片的后刀面磨損情況;使用TR200便攜式表面粗糙度儀（北京時代公司）測量工件加工后表面粗糙度。本文使用的刀具為山特維克CCMT09T304-PF4315刀片，刀片信息如圖2所示。

1.3 試驗方案

根據(jù)企業(yè)現(xiàn)場使用經(jīng)驗，本文選用市場上針對加工蠕墨鑄鐵效果較好的六種不同品牌（奎克、俄美達、巴索、科星、福斯、德潤寶）的切削液進行試驗。加工參數(shù)為線速度Vc=190m/min，進給量f=0.1mm/r，切削深度ap=0.1mm。對每種切削液進行1：10的水稀釋。對切削過程中刀具磨損和表面粗糙度進行間隔測試，以表面粗糙度Ra=1.6μm和后刀面磨損Vb=200μm作為刀具失效的共同標準。

2? 試驗結(jié)果及分析

2.1 Ra和Vb結(jié)果分析

如圖3（a）所示，使用德潤寶切削液加工蠕墨鑄鐵，加工長度到達6100m時， Ra超過1.6μm;使用科星切削液，加工長度到達7100m時，Ra超過1.6μm;其他品牌切削液在加工期間Ra始終小于1.6μm。如圖3（b）所示，使用福斯切削液，加工長度達到5900m時，Vb超過200μm;使用德潤寶切削液，加工長度到達6100m時，Vb超過200μm;使用奎克和巴索切削液時，加工長度到達9200m時，Vb超過200μm，結(jié)合圖3（a），在加工過程中，使用奎克切削液時Ra更平穩(wěn)，因此奎克切削液優(yōu)于巴索切削液;使用俄美達切削液，加工長度到達10600m時，Vb超過200μm。

綜上所述，在綜合考慮Ra和Vb的情況下，奎克、俄美達、巴索、科星、福斯、德潤寶六種切削液品牌加工蠕墨鑄鐵的效果排序為：俄美達>奎克>巴索>科星>福斯>德潤寶。因此，通過本文研究，加工蠕墨鑄鐵時，優(yōu)先推薦選用俄美達切削液，其次是奎克和巴索切削液。

2.2 俄美達切削液刀具磨損形式

如圖4所示，使用俄美達切削液加工蠕墨鑄鐵時，后刀面磨損值隨著切削長度的增大而增大，后刀面磨損形式是涂層磨損。

3? 結(jié)論

本文通過對奎克、俄美達、巴索、科星、福斯、德潤寶六種切削液進行試驗研究，以加工后工件表面粗糙度和刀具的后刀面磨損值為雙重刀具壽命標準，試驗結(jié)果表明六種切削液品牌加工蠕墨鑄鐵的效果排序為：俄美達>奎克>巴索>科星>福斯>德潤寶。因此，加工蠕墨鑄鐵時，優(yōu)先推薦選用俄美達切削液。通過對后刀面觀察發(fā)現(xiàn)，使用俄美達切削液加工蠕墨鑄鐵時，后刀面磨損形式是涂層磨損。

參考文獻：

[1]Xu B， Rathod D， Yebi A， Filipi Z， et al. A comprehensive review of organic rankine cycle waste heat recovery systems in heavy-duty diesel engine applications. Renewable and sustainable energy reviews 2019; 107：145-170.

[2]Rejowski ED， Soares E， Roth I， et al. Cylinder Liner in Ductile Cast Iron for High Loaded Combustion Diesel Engines. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 2012; 134（7）：072807.

[3]艾曉南，丁澤，馬偉，等.高強度蠕墨鑄鐵鏜削加工性能試驗研究[J].內(nèi)燃機與動力裝置，2019，12（36）：83-88. DOI： 10.19471/j.cnki.1673-6397.2019.06. 016.

[4]Meng FN， Ding Z et al. Research on different cooling methods in the machining of CGI and GCI. Applied Nanoscience， 2020.03， DOI： 10.1007/s13204-020-01312-2.

[5]Lou M， Alpas AT. High temperature wear mechanisms in thermally oxidized titanium alloys for engine valve applications. Wear 2019; 426：443-453.

[6]張憲.切削加工蠕墨鑄鐵（CGI）的挑戰(zhàn)[J].工具展望，2008（4）：24-25.

[7]劉金城.福特為F-150皮卡搭載蠕墨鑄鐵柴油發(fā)動機[J]. 鑄造，2017（03）：96.

[8]Pierce D， Haynes A， Hughes J， et al. High temperature materials for heavy duty diesel engines： Historical and future trends. Progress in Materials Science 2019; 103：109-179.

[9]Abele E， Sahm A， Schulz H. Wear Mechanism when Machining Compacted Graphite Iron. CIRP Annals 2002; 51（1）：53-56.

[10]Rosa SD， Diniz AE， Andrade CLF， Guesser WL. Analysis of Tool Wear， Surface Roughness and Cutting Power in the Turning Process of Compact Graphite Irons with Different Titanium Content. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering 2010; 32（3）： 234-240.