切割CGI的挑战

坚韧的新工件材料的不断发展正在推动刀具制造商创造合适的新刀具几何形状、硬质合金等级和涂层技术。例如，为航空航天工业服务的商店必须找到有效的方法来加工5553钛和复合材料。同样的道理也适用于要求加工PEEK聚合物、不锈钢和其他奇异材料的医疗商店。在汽车工业中，一种不适于加工的材料是致密石墨铁(CGI)。这种材料主要用于制造通常用于大型柴油卡车的发动机缸体、气缸盖和轴承盖铸件。这样一来，越野车的燃油效率就会提高，因为CGI的重量只有传统灰铸铁的一半。此外，它的强度和刚度是灰铸铁的两倍，允许设计师最小化发动机缸体壁厚。因此，组装起来的CGI引擎通常比用灰铸铁制造的引擎轻9%左右。

CGI在欧洲已经使用了一段时间，在美国也越来越被接受。它能处理柴油发动机的峰值燃烧压力，而铝缸体和铁缸套则不能。一些高性能的v型赛车发动机也采用了CGI技术，这不仅减轻了重量，还增加了刚度，尤其是在气缸之间的山谷处。

山特维克Coromant公司(新泽西州Fair Lawn)汽车铣削行业专家罗伯特•麦克纳利指出，CGI对加工更具挑战性的一个原因是，它的抗拉强度是灰口铸铁的两到三倍。更高的抗拉强度意味着铣削过程中更高的切削力——与灰口铸铁相比，加工CGI所需的切削力大约高出15%至25%。因此，调好用于灰铸铁加工的车间设备可能不具备处理CGI加工的能力。麦克纳利指出，在这方面还有其他挑战:

• CGI的导热系数相对较低，因此加工过程中产生的热量被推入工件，对刀具磨损产生不利影响。相反，灰铸铁具有高导热性，这使得在加工过程中热量随切屑带走。
• CGI组件的铸造外壳具有铁素体结构，导致材料粘在工具的刃口上。这在灰铸铁中不会发生，因为它有珠光体结构。
• 与灰铸铁不同，CGI不含硫。灰铸铁中的硫会沉积在工具的切削刃上，并起到润滑剂的作用，延长工具的寿命。
• 在CGI铸造过程中，钛被用作合金元素，创造了更坚固的铸造表皮。这也导致在整个铸件中形成无磨料的碳化物。在CGI中合金元素的数量对机加工性能和工具寿命有很大的影响。

由于这些因素，用于切割CGI的工具的寿命一般只有切割灰铸铁的一半。

铣削和无聊

CGI确实比灰铸铁提供了大约50%的研磨表面光洁度(Rz)，这意味着要么需要更少的加工孔道，要么不需要单独的精加工工具来提供所需的光洁度。在加工过程中，CGI不会产生零件边缘的突破，因为工具退出了切割。灰口铸铁会产生切屑，这可能会使极端突破的块报废。CGI在这方面更像钢铁，产生毛刺而不是突突。

由于加工CGI所需的切削速度降低了，它所花的时间几乎是使用传统工艺切割灰铸铁所需时间的三倍。山特维克已经进行了许多测试，以确定机器CGI的更有效方法。对于铣削作业，该公司确定的最佳工具材料是硬质合金，涂层为厚层的钛碳氮(TiCn)和氧化铝(Al2O3)。麦克纳利将厚涂层描述为7到10微米;薄涂层通常为2至3微米。

对于车削和镗孔作业，该公司推荐使用具有高磨料磨损特性的硬质合金基体，并使用中温化学气相沉积(CVD)耐磨厚涂层。研究发现，使用CBN刀片镗孔CGI刀具寿命仅为镗孔灰铸铁刀具寿命的十分之一。稍微正一点的几何形状是合适的(在5到10度之间)，建议CGI操作在没有冷却剂的情况下执行。

Sandvik与Makino合作开发了一种可以一次完成粗镗圆柱体的镗孔工艺。开发的多插入工具称为长边工具。该工具沿螺旋轨迹进入气缸，据说完成一个孔的时间与灰铸铁差不多。在发动机装配之前，后续的珩磨操作是全部必需的。

在开发这种新的精加工钻进工艺时，两家公司确定，使用传统的单头铣刀进行粗加工的效果最好，该铣刀的镶齿具有Si3Ni4涂层，几何形状为钻进CGI进行了优化。