異なる鋳鉄材料を切断するためのPCBN工具の摩耗に関する研究

多結晶立方晶窒化ホウ素（PCBN）超硬材料工具の高硬度、優れた耐摩耗性、および化学的安定性は、自動車製造の領域における応用はますます広くなっています。国内および外国の学者たちがPCBN超硬工具を使用してねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、およびバーミキュラ鋳鉄を加工する研究状況を要約および分析し、主に工具材料、プロセスパラメーター、ワーク材料、切削環境、および加工方法などのいくつかの方面から、 3種類の鋳鉄を切削するときのPCBN超硬材料工具の摩耗メカニズムを分析し、最後に異なる種類の鋳鉄材料を切削するときの工具摩耗状況をまとめます。

1.一般的な鋳鉄の分類

現在、自動車エンジン製造領域でよく使用されている鋳鉄は、主にねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、バーミキュラーグラファイト鋳鉄を含んでおり、その構造特性と用途特性を表1に示します。 各種の鋳鉄材料のグラファイトの形状、基地の成分、および各種の学元素含有量によって、異なる用途が決まり、この材料で作られた鋳物の加工性能にも影響します。

表1 各種鋳鉄材料の性能及び用途

2.PCBN工具が鋳鉄材料を切削する摩耗

PCBN工具はねずみ鋳鉄の高速乾式切削に適しており、PCBN工具の摩耗に影響を与える要因は、主に工具のCBN含有量、バインダーの種類、工具の切削と幾何学パラメータ、および工作物の材料です。

ねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄を加工して、同じ面積のねずみ鋳鉄を加工する場合、高含有量（> 90％）のPCBN工具は低含有量（<75％）のPCBN工具よりも摩耗が少ないことが研究により示されており、これは CBN含有量が高い工具の硬度がより高く、耐摩耗性がよりよく、寿命がより長いためです。研究によると、切削速度は工具の摩耗メカニズムに大きな影響を与えることがわかっており、切削速度が150 m / min以下の場合は、凝着摩耗が主であることが判明した；切断速度が150 m / min以上の場合、拡散摩耗と化学的摩耗が支配的になります。バーミキュラ黒鉛鋳鉄は難削材であり、主な理由は、バーミキュラ黒鉛鋳鉄を切削するときの刃先温度がねずみ鋳鉄の加工の温度より高く、バーミキュラ黒鉛鋳鉄の製造中に硫黄元素が著しく失われるため、ねずみ鋳鉄を加工するときに PCBN工具を保護できるMnS層が形成できなくなり、切削中に激しい化学的摩耗を引き起こし、工具の寿命が短くなります。さらに、バーミキュラ黒鉛鋳鉄の高いTi含有量も、工具の摩耗が激しくなる原因であり、工作物内のTiまたはその化合物の硬度が高いと、工具砥粒の摩耗が増加します。

異なる鋳鉄材料を切削するときの工具摩耗メカニズムは、凝着摩耗、拡散摩耗、化学摩耗などのようにほぼ同じですが、工具摩耗の状況は大きな違いがあります。PCBN工具がフェライト含有量の高いねずみ鋳鉄を切削すると、すくい面にクレータ摩耗が形成されやすく、刃先に多くの熱応力亀裂が現れます。ダクタイル鋳鉄を切削する場合、衝撃力の作用で工具のチッピングが発生しやすく、凝着摩耗によるクレータ摩耗も発生します；バーミキュラ黒鉛鋳鉄を切削する場合、鋳鉄中のTi元素の影響とMnS潤滑皮膜の形成が困難なため、工具の摩耗がより深刻になり、酸化や拡散摩耗などの化学的摩耗が主となります。現在、PCBNのバーミキュラグラファイト鋳鉄の切削は理想的ではなく、工具材料、切削プロセス、摩耗メカニズムを深く研究する必要があります。