專利名稱：確定緊密石墨鑄鐵的機械加工性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求I的前序確定緊密石墨鑄鐵的可切割性的方法。
背景技術(shù)：
汽車行業(yè)面臨對低排放的更高效發(fā)動機的不斷增加的需求。實現(xiàn)更清潔燃燒的一個方法是通過在柴油發(fā)動機中使用較高的燃燒壓力，但是這需要更嚴(yán)格的對缸體和缸蓋的材料要求。傳統(tǒng)的主導(dǎo)材料灰鑄鐵的強度特性不足以應(yīng)付未來幾代柴油發(fā)動機中的材料將要承受的負(fù)荷。因此，汽車行業(yè)內(nèi)的許多運營商正改變將緊密石墨鑄鐵代替用于柴油發(fā)動機中。緊密石墨鑄鐵(簡稱為CGI)具有比灰鑄鐵至少多45% -75%的剛性以及兩倍的抗疲勞強度。目前各汽車制造商已經(jīng)生產(chǎn)了由CGI制成的發(fā)動機部件。制造緊密石墨鑄鐵涉及使用含有生成材料中碳化物的物質(zhì)(所謂的碳化物穩(wěn)定物質(zhì))的碎料。緊密石墨鑄鐵中所述物質(zhì)的實例為鑰(Mo)、鉻(Cr)和錳(Mn)。所述碳化物穩(wěn)定物質(zhì)鉻和錳自然存在于熔化后用于制造緊密石墨鑄鐵的所述碎料中。鑰是加入的合金物質(zhì)，以賦予CGI高溫下更大的強度。在生產(chǎn)中使用緊密石墨鑄鐵的問題是由鉻、錳和鑰形成的碳化物降低其可切割性。因此,高含量的所述碳化物穩(wěn)定物質(zhì)賦予低可切割性,并且造成生產(chǎn)緩慢以及加工成本高。此外，具有低含量碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的緊密石墨鑄鐵是昂貴的，因為必須使用更清潔的碎料，從而造成緊密石墨鑄鐵的米購成本聞。在生產(chǎn)中使用緊密石墨鑄鐵的問題是提供以有利成本具有良好可切割性的CGI。因此，本發(fā)明的目的是提供基于碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量容易可靠地確定緊密石墨鑄鐵的可切割性的方法。本發(fā)明的另一個目的是提供分類CGI的方法，用于以盡可能低的成本提供最佳可切割性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，通過確定緊密石墨鑄鐵的可切割性的方法實現(xiàn)此目的，所述方法特征在于以下步驟-得出可切割性和緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量之間的關(guān)系，由多個緊密石墨鑄鐵試件中測量的可切割性和測量的碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量憑經(jīng)驗得出所述關(guān)-提供緊密石墨鑄鐵；-確定所提供的緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量；-基于所述關(guān)系和所提供的緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量，確定所提供的緊密石墨鐵的可切割性值；所述方法可以快速可靠地確定現(xiàn)有緊密石墨鑄鐵的可切割性，在由緊密石墨鑄鐵通過切削加工制成的零件的工業(yè)生產(chǎn)中具有隨之而來的極大優(yōu)勢，因為所述方法可以很容易地選擇最適宜用于生產(chǎn)目的的緊密石墨鑄鐵。因此，所述方法有助于緊密石墨鑄鐵的切削加工過程中成本效益非常高的生產(chǎn)。所述方法也可包括以下步驟-至少提供用于緊密石墨鑄鐵的可切割性的第一預(yù)定比較值；-通過比較其可切割性值和所述預(yù)定比較值而分類所提供的緊密石墨鑄鐵的可切割性。根據(jù)替代方案，如果所述緊密石墨鑄鐵的可切割性值高于所述預(yù)定比較值，將所提供的緊密石墨鑄鐵的可切割性分類成適用于生產(chǎn)。根據(jù)替代方案，所述方法包括以下步驟-至少提供用于緊密石墨鑄鐵的可切割性的第二比較值，由此如果所述可切割性值大于所述第二比較值，將所提供的緊密石墨鑄鐵的可切割性分類成非常適用于生產(chǎn)。有利地，可切割性定義為緊密石墨鑄鐵的斷屑加工(優(yōu)選銑削)中的工具壽命。有利地，工具壽命定義為工具的最大斜磨損。有利地，對于可切割性的關(guān)系是基于包括緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量之間關(guān)系的模型。根據(jù)替代方案，所述模型是基于碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量之間的線性關(guān)系、交叉關(guān)系和_■次關(guān)系。根據(jù)第一個實施方案，得到的所述關(guān)系為以分鐘為單位的工具壽命=27-50*Mo-186*Cr+127*Mn-146*Mn2+146*Cr*Mo+151* Cr*Mn ο因此，通過以碳化物穩(wěn)定物質(zhì)之間的大量關(guān)系為基礎(chǔ)，可非常準(zhǔn)確地確定以工具壽命表示的可切割性。根據(jù)替代方案，所述模型是基于緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量之間的線性關(guān)系。根據(jù)第二個實施方案，得到的所述關(guān)系為以分鐘為單位的工具壽命=57.20-18. 46*Mn_80. 90*Cr_38. 98*Mo。通過以線性模型為基礎(chǔ)很容易地使用所述關(guān)系。根據(jù)第三個實施方案，得到的所述關(guān)系為工具壽命=1-(0.32±0· 21)*Μη-(1· 41±0· 39)*Cr_(0. 68±0· 31)*Μο，其中工具壽命經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。所述關(guān)系經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化這個事實消除了外部來源的誤差，如由于不同的加工要求或系
統(tǒng)測量誤差。優(yōu)選地，所述碳化物穩(wěn)定物質(zhì)至少包含錳、鑰和鉻。有利地，所述緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量為Mn O. 1-0. 8 重量 ％，Cr 0-0. 2 重量 ％，Mo 0-0. 3 重量 ％。優(yōu)選地，所述緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量為Mn O. 4-0. 8 重量 ％，Cr 0-0. 2 重量 ％，Mo 0-0. 3 重量 ％。


圖I ::用于測量表示為斜磨損的工具磨損的位置示意圖。
圖2 :用于根據(jù)本發(fā)明的所述方法中的試件示意圖。
圖3 :通過交叉關(guān)系和二次關(guān)系說明碳化物穩(wěn)定物質(zhì)和工具壽命之間的關(guān)系的系數(shù)圖。
圖4 :通過交叉關(guān)系和二次關(guān)系說明碳化物穩(wěn)定物質(zhì)和工具壽命之間的統(tǒng)計相關(guān)關(guān)系的系數(shù)圖。
圖5 :說明用于根據(jù)圖4的關(guān)系的R2和Q2值的圖形。
圖6 :比較如通過根據(jù)本發(fā)明第一個實施方案的等式計算的工具壽命和用于樣品材料的工具壽命的測量的平均值的圖形。
圖7 :比較如通過根據(jù)本發(fā)明第三個實施方案的等式計算的工具壽命和用于樣品材料的工具壽命的測量的標(biāo)準(zhǔn)化平均值的圖形。
定義
本專利申請書中的表達“可切割性”意思是測量用斷屑工具加工材料有多容易或
多困難。有利地，材料的可切割性表示為工具壽命、切削力、表面均勻性或切屑形狀。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選替代方案，可切割性表示為工具壽命。本專利申請書中的表達“工具壽命”意思是在其達到預(yù)定磨損極限前有效使用工具如由燒結(jié)硬質(zhì)金屬(TC)制成的用于鉆孔、銑削或其他切屑加工的刀具的時間量。切屑加工過程中邊緣磨損的性質(zhì)可取決于所述工具受到的負(fù)荷因素而不同。最常發(fā)生的磨損類型是磨料磨損、擴散、氧化、疲勞和粘附(Berglund等,2006)。斜磨損是最經(jīng)常測量的磨損機制(Stjernstoft, 2004)。加工過程中工具邊緣的斜磨損的測量包括根據(jù)Stjernstoft (2004)和Berglund 等(2006)測量為vB(mm)的所述工具邊緣上的磨料磨損。圖I描繪了如從前面和側(cè)面看用于切屑加工的工具。右邊圖形中的虛線是遭受磨損的區(qū)域。左邊圖形顯示了進行斜磨損測量的地方。如果以所述工具邊緣的斜磨損測量工具磨損，所述預(yù)定磨損極限以vB(mm)表示。發(fā)明詳述由17份具有不同水平的Mn、Cr和Mo的緊密石墨鑄鐵(CGI材料)制備材料樣品。參見示意性地說明所述試件的圖2,鑄造所述樣品以制備尺寸為350*120*49mm的試件。通過平面銑削其底面、頂部和側(cè)面，從所述試件中去除鑄皮。這樣做是為了確保鑄造后所述試件的尺寸，并實現(xiàn)更均勻的微觀結(jié)構(gòu)，因為所述鑄皮的微觀結(jié)構(gòu)不同于剩下的材料。然后，加工17份不同CGI材料的所述試件。為了確保足夠的統(tǒng)計相關(guān)性，也加工額外的兩套CGI材料17。這些樣品指定為18和19。對于每一份材料，進行復(fù)制加工實驗， 做了總數(shù)為19*2的加工試驗。利用具有三個K20W等級的刀具(R365-1505ZNE-KM K20W) 的CoroMill 365機器(R365-063Q22-S15H)通過正被平面銑削的所述試件進行加工。在 Mazak make的多作業(yè)統(tǒng)床中進行加工。所述試件用磁臺固定。所應(yīng)用的切削數(shù)據(jù)為切削深度(ap) 3_、進給速率(tz) O. 2mm/齒和切削速率 (V。) 200m/min。若干加工周期后,將工具架從所述統(tǒng)床中取出，在顯微鏡下以最大斜磨損 [vB(mm)]測量刀具的磨損。重復(fù)進行加工和斜磨損的測量，直到所述三個刀具最大斜磨損的平均值達到O. 3mm或者所述三個刀具中的兩個達到O. 3mm最大斜磨損時,所述最大斜磨損是所述刀具的預(yù)定磨損極限。當(dāng)斜磨損達到O. 3mm時，所述刀具視為耗盡。對于所有所述材料，測量并記錄工具壽命，即在所述刀具耗盡前加工進行的總時間。表I列出了加工結(jié)果O
權(quán)利要求
1.確定緊密石墨鑄鐵的可切割性的方法，其特征在于以下步驟-得出可切割性和緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量之間的關(guān)系，由測量的可切割性和測量的多個緊密石墨鑄鐵試件中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量憑經(jīng)驗得出所述關(guān)系；-提供緊密石墨鑄鐵；-確定所提供的緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量；-基于所述關(guān)系和所提供的緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量，確定所提供的緊密石墨鑄鐵的可切割性值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包括以下步驟-至少提供用于緊密石墨鑄鐵的可切割性的第一預(yù)定比較值；-通過比較其可切割性值和所述第一預(yù)定比較值而分類所提供的緊密石墨鑄鐵的可切割性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中如果所提供的緊密石墨鑄鐵的可切割性值高于所述第一預(yù)定比較值，則將所提供的緊密石墨鑄鐵的可切割性分類為適用于生產(chǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其包括以下步驟-至少提供用于緊密石墨鑄鐵的可切割性的第二比較值，由此如果所述可切割性值大于所述第二比較值，則將所提供的緊密石墨鑄鐵的可切割性分類為非常適用于生產(chǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其中可切割性定義為緊密石墨鑄鐵的斷屑加工過程中的工具壽命。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中工具壽命定義為工具的最大斜磨損。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的方法,其中用于可切割性的關(guān)系基于模型,該模型包括緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量之間的關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，由此所述模型基于碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量之間的線性關(guān)系、交叉關(guān)系和~■次關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8之一所述的方法，其中得出的所述關(guān)系是以分鐘為單位的工具壽命=27-50*Mo-186*Cr+127*Mn-146*Mn2+146*Cr*Mo+15rCr*Mn。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述模型基于緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量之間的線性關(guān)系。
11.根據(jù)權(quán)利要求5-7和10之一所述的方法，其中所述得出的關(guān)系是以分鐘為單位的工具壽命=57. 20-18. 46*Mn-80. 90*Cr_38. 98*Mo。
12.根據(jù)權(quán)利要求5-7和10之一所述的方法，其中得出的所述關(guān)系是工具壽命=1-(0. 32±0· 21)*Μη-(1· 41±0· 39)*Cr_(0. 68±0· 31)*Μο，其中工具壽命是標(biāo)準(zhǔn)化的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12之一所述的方法，其中所述碳化物穩(wěn)定物質(zhì)至少包含錳、鑰和鉻。
全文摘要
確定緊密石墨鑄鐵的可切割性的方法，其特征在于以下步驟-得出可切割性和緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量之間的關(guān)系，由測量的可切割性和多個緊密石墨鑄鐵試件中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的測量的含量憑經(jīng)驗得出所述關(guān)系；-提供緊密石墨鑄鐵；-確定所提供的緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量；-基于所述關(guān)系和所提供的緊密石墨鑄鐵中碳化物穩(wěn)定物質(zhì)的含量，確定所提供的緊密石墨鐵的可切割性值。
文檔編號C22C37/00GK102612568SQ201080039761
公開日2012年7月25日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者F·維爾貝弗斯, J·埃斯比約內(nèi), K·克里瑙 申請人:斯堪尼亞商用車有限公司