RuT450蠕墨铸铁铣削加工刀具角度和铣削参数的仿真优化与实验研究

蠕墨铸铁是制造新型高性能柴油发动机缸体和缸盖的优选材料。根据刀具手册的推荐,目前蠕墨铸铁切削加工时刀具角度和加工参数主要选择铸铁类通用型参数,其适用性还有待针对性优化。本文以蠕墨铸铁RuT450为铣削加工对象,利用有限元铣削加工仿真,以较低的的铣削力和铣削温度为优化目标,对蠕墨铸铁铣削加工的刀具角度和加工参数进行优选,得到铣削加工蠕墨铸铁适宜的铣刀片角度为4°前角配合8°后角,在此基础上根据有限元仿真得到较适合的三组铣削加工参数。采用仿真优选出的刀具角度和加工参数开展RuT450铣削实验,结果表明,当主轴转速为700r/min、进给速度为850mm/min时,铣削力最小,铣削温度较低,加工表面的质量最好,并通过实验验证了仿真模型的有效性。该研究对蠕墨铸铁铣削加工的刀具和工艺优选具有重要的实际意义。

宽幅温度和应力范围下蠕墨铸铁的蠕变试验及本构模型对比研究

随着发动机功率密度的增加,气缸盖在运行过程中所承受的温度和应力也增加,因此蠕变损伤预测需要考虑准确的蠕变本构模型和参数。针对蠕墨铸铁(Compacted Graphite cast Iron,CGI)气缸盖大范围的温度和应力工作条件,开展温度450~550℃、试验应力100~300 MPa条件下的CGI蠕变试验,进行表征宽幅温度和应力下CGI最小蠕变速率的蠕变本构模型对比研究。研究表明:与较小的温度和应力范围相比,在宽幅条件下CGI更容易发生蠕变损伤,且温度相比应力更能促使CGI发生蠕变变形;分别基于Norton⁃Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和变形机制的真应力(Deformation Mechanism⁃based True Stress,DMTS)模型,结合多目标优化方法,构建了CGI蠕变本构模型。其中,基于DMTS模型的CGI蠕变模型有73%的预测值在两倍误差范围内,吻合效果在三种模型中为最佳。

蠕墨铸铁抗高温冲击磨损性能的研究

蠕墨铸铁是高功率密度柴油机燃烧室气缸盖的主要制作材料,随着转速、爆压、功率密度的不断升高,气门与蠕铁气门座之间的频繁碰撞冲击导致冲击磨损加剧。利用自制冲击磨损试验机进行了不同环境温度(室温、300、400、500℃)和不同冲击频率(10、12、14 Hz)下的冲击磨损试验。结果发现,蠕墨铸铁的磨损量随着冲击次数的增加先快速增大随后趋于缓慢;随着冲击频率、工况温度的升高,磨损量先缓慢增大随后快速增大。材料冲击表面具有凹坑、犁沟、材料堆积的现象,且随着冲击次数、冲击频率、环境温度的升高,磨损面出现大量片状剥落层以及塑性变形。磨损机制主要以磨粒磨损和接触疲劳磨损为主,同时伴有轻微的黏着磨损和冲蚀磨损。

铸件厚度与热处理对RuT450蠕墨铸铁微观组织与力学性能的影响

对重卡发动机的蠕墨铸铁缸体不同厚度部分进行取样,采用3D激光显微镜、扫描电子显微镜、电子万能材料试验机以及X射线应力分析仪等分析测试手段,研究了不同铸造厚度蠕墨铸铁RuT450的显微组织、蠕化率、表面残余应力、布氏硬度、拉伸强度等性能,还研究了去应力退火、不同时长的自然时效处理下蠕墨铸铁RuT450的组织变化和力学性能演变规律。结果表明:相对较厚的蠕墨铸铁铸件石墨蠕化率较高;蠕墨铸铁的铸态表层残余应力为压应力,且随试样厚度的增加而逐渐增大;在保证强度指标的前提下适度的退火处理比自然时效能更高效地释放表面残余应力;蠕墨铸铁表面硬度及强度随着试样厚度的增加而逐渐降低,退火处理可进一步降低表面硬度和强度。该研究结论对蠕墨铸铁切削性能评价及优选切削加工工艺提供了重要的理论依据。

铸件厚度及退火处理对蠕墨铸铁切削加工性能的影响

以发动机缸体材料蠕墨铸铁RuT450为研究对象,通过监测其铣削加工过程中的切削力、切削温度及已加工表面粗糙度的变化,结合微观组织及力学性能演变分析其对切削性能的影响。研究表明,铸造厚度不同,材料的微观组织和力学性能不同;切削力是石墨含量、蠕化率、残余应力、硬度、抗拉强度等性能指标的综合反映,切削热则与切削力密切相关;在保证强度指标的前提下,退火处理有助于降低铣削加工时的切削温度,对适度厚度的工件还可以降低切削力。在相对低速铣削时,退火处理可有效提高工件的加工表面质量;在保证满足表面质量的前提下,去应力退火后可以适当提升切削速度,提高蠕墨铸铁加工效率。

蠕墨铸铁钻削加工有限元分析及刀具结构优选研究

蠕墨铸铁是制造柴油发动机缸体和缸盖的理想材料,但因为其自身的难加工性以及发动机缸体、缸盖上孔加工工艺的占比较高,使得实际生产中孔加工刀具的成本较高,因此优选蠕墨铸铁孔加工刀具的结构很有必要。以蠕墨铸铁RuT450为钻削加工对象,利用钻削力理论模型预测了五种不同钻头结构加工RuT450的钻削力和扭矩;通过有限元分析对钻头结构进行了优选,得到了钻削性能较好的三种钻头结构;使用优选的三种钻头进行了RuT450孔加工实验,通过建立模糊综合评价模型对三种钻头的钻削性能进行了综合评价,获得了性能较优的钻头结构;通过实验结果验证了建立的钻削力模型的有效性。本研究对于提高蠕墨铸铁钻削加工质量和降低刀具成本具有重要的指导意义。

欣特卡斯特蠕墨铸铁发动机产量持续增长

瑞典欣特卡斯特1983年成立,并获准第一个专利。1993年瑞典股票交易所上市(Swedish Stock Exchange,Stockholmsb?rsen O-list,26 April 1993)。1996年第一个商用系统SinterCast 1000在墨西哥Cifunsa(西丰萨)铸造厂安装使用。根据欣特卡斯特总裁兼首席执行官史蒂夫·道森博士(Steve Dawson)的报道,欣特卡斯特从1999年开始第一个蠕墨铸铁发动机系列生产开始,经过16年的时间在2015年达到200万台当量发动机的大关。从2015年起,在2023年,经过大约一半的时间内就翻了一番,达到了400万台当量发动机。

西班牙塔法拉铸铁厂升级蠕墨铸铁生产能力

2024年6月底,塔法拉铸铁厂(Tafall aIron Foundry),已经为其位于西班牙纳瓦拉塔法拉(Tafalla,Navarre,Spain)的铸造厂安装的欣特卡斯特蠕墨铸铁(Compacted Graphite Iron,CGI)过程控制系统进行产能和功能升级。该升级订单包括通过包芯线进行原铁液处理,以提高生产力,支持商用车和工业动力发动机部件的持续开发。欣特卡斯特系统3000+(SinterCast System 3000 Plus)全系列生产能力的升级按计划于2024年6月底前进行调试。

蠕化率对重型柴油机用蠕墨铸铁的磨损损伤机制的研究

采用Rtec-MFT5000型多功能摩擦磨损试验机对几种不同蠕化率的蠕墨铸铁进行了往复滑动摩擦试验,研究了蠕化率对蠕墨铸铁的磨损表面损伤行为和和磨损性能的影响。结果表明,在相同工况条件下,蠕墨铸铁的抗磨损性能随蠕化率的提高呈下降趋势,在载荷30 N的情况下,蠕化率61%的试样的磨损体积为0.049 mm^(3),比蠕化率83%、96%的试样耐磨性分别提高了16.9%、22.2%。在相同载荷下,试样的摩擦系数随着蠕化率的提高而降低。随着载荷的增加,蠕墨铸铁的平均摩擦系数呈下降趋势。在低载荷2 N的情况下,蠕墨铸铁的磨损机制主要为显微切削。随着载荷增加到15 N时,磨损机制为显微切削和黏着磨损的混合形式。当载荷增大到30 N时,蠕墨铸铁的磨损机制为显微切削、黏着磨损和疲劳磨损的混合形式。

SiMoV蠕墨铸铁高温变形行为研究

通过光学显微镜、扫描电镜、高温力学性能测试等试验方法,研究了SiMoV蠕墨铸铁在500~800℃温度范围内的高温变形行为。结果表明,随着温度的升高,应力应变曲线中的屈服阶段应变范围并未发生明显的增长改变,而缩颈阶段至断裂过程的应变区间长度明显增加,材料出现软化现象。同时,抗拉强度和屈服强度随温度升高急剧下降,800℃下屈服强度和抗拉强度相较500℃降幅度高达740%和935%。而延伸却呈现相反趋势,增长479%。裂纹起源为蠕虫状石墨尖端,其高温强度的下降除了受铁素体基体组织特性影响,也与高温下蠕虫状石墨的氧化形成二次裂纹扩展存在关联性。

240气缸盖蠕墨铸铁件缩孔缩松的防止措施

介绍了240气缸盖铸件的结构及技术要求,详细阐述了原生产工艺及铸件出现的缩孔、缩松问题,通过对原工艺进行分析,经过多次工艺改进,解决了铸件缩孔、缩松问题。最后指出:(1)对于内腔形状复杂、壁厚突变较大的铸件,在铸造工艺设计时可选择顶注式雨淋浇注系统+冒口的铸造工艺,有利于实现顺序凝固和补缩,减少缩孔、缩松类铸造缺陷;在铸件心部热节部位,通过合理设计冷铁进行激冷,同时需要适当提高冒口模数,能够有效消除铸件缩孔、缩松类铸造缺陷,获得致密的铸件本体组织,满足铸件使用技术要求。

钇基重稀土蠕化线在蠕墨铸铁制动鼓上的应用

介绍了蠕墨铸铁制动鼓的技术要求,详细阐述了制动鼓铸件喂丝相关参数的设定和铈基轻稀土蠕化线生产制动鼓铸件的过程控制以及产生的蠕化衰退问题。在其他化学成分基本不变的情况下,通过采用具有更强的蠕化效果和抗衰退能力的钇基重稀土替代铈基轻稀土蠕化线的措施,使铸件的金相组织符合要求,即:石墨以蠕虫状为主,蠕化率≥50%,没有片状石墨存在,基体以珠光体+铁素体为主,游离碳化物体积分数≤1%,游离碳化物+磷共晶的体积分数≤4%,且力学性能合格。

影响蠕墨铸铁发动机铸件尺寸的因素及控制工艺

大批量流水线生产条件下,稳定的铸件机械性能和铸件尺寸的一致性非常关键,也是机加工工厂的需要。结合我司蠕墨铸铁件大批量流水线生产工艺的特点,从铸造收缩率设计、型芯尺寸控制、芯盒模具的维护保养、熔炼工艺的设计等方面介绍了提升蠕墨铸铁发动机铸件尺寸精度的工艺方法,通过系列措施的实施和验证,使发动机铸件尺寸精度稳定达到DIN 1686 GTB15公差要求。

关于蠕墨铸铁标准的几点看法

简要介绍了国内外有关蠕墨铸铁标准的情况。对蠕化率的评定、蠕墨铸铁牌号和蠕化率的规定提出了看法,并建议尽快制订我国的蠕墨铸铁国家标准。标准要考虑今后蠕墨铸铁的主要发展方向和应用领域,汽车零件蠕化率应规定≥80%,但同时规定对其他零件允许蠕化率≥50%,或制造商与用户协商规定特殊的蠕化率要求。

蠕墨铸铁缸盖孤立热节区缩松缺陷分析及对策

随着商用车发动机功率和爆压增大,发动机缸盖承受的载荷愈来愈高,铸件材质从传统的HT300提升到RuT450,而复杂的产品结构和RuT450材料均使铸造工艺性变差。介绍某大马力发动机缸盖铸件在HWS静压造型线上一型两件立浇工艺条件下,针对RuT450材质及孤立热节区域缩松问题进行工艺研究与验证的情况,通过浇注系统的补缩改进、多种冷铁方案的应用、铁液蠕化率的管控等措施实施,有效解决了缸盖铸件喷油孔、导管孔、螺栓孔等孤立热节部位缩松问题。

蠕墨铸铁的组织性能特点及稳定生产控制

鉴于蠕墨铸铁的微观结构和凝固特征等方面与球墨铸铁更相近,它的蠕化处理范围较窄,蠕化率过高或过低都影响铸件性能或导致报废,介绍了蠕墨铸铁的组织性能特点,说明了稳定生产一致性较高的蠕墨铸铁件的方法。

蠕墨铸铁缸体缸盖批量生产技术

根据生产实际,从熔炼设备、熔炼炉料、铁液成分、蠕化及孕育处理、质量检测与控制、铸造工艺设计和铸件焊补等方面,对蠕墨铸铁缸体缸盖批量生产技术进行总结。结果表明:只要从人、机、料、法、测等多方面进行综合控制,可以实现稳定批量生产。

15吨蠕墨铸铁件工艺浅析

近年来,生产高牌号灰铸铁大型船用发动机机体多次出现裂纹缺陷,影响发动机的整体性能和使用寿命,鉴于蠕墨铸铁的特殊性能,开发大型船用蠕墨铸铁机体成为必然趋势。从蠕化处理、熔炼工艺和铸件检测三个方面优化和试验验证,逐一解决大吨位蠕墨铸铁生产技术难点,有效降低裂纹缺陷风险,最终实现对大型船用蠕墨铸铁件的批量稳定生产。

含铬蠕墨铸铁摩擦磨损性能研究

用自制的干摩擦磨损试验机．研究了含铬蠕墨铸铁在不同接触压力及不同摩擦速度时的干摩擦磨损性能。结果表明：随着接触压力和摩擦速度的提高，含铬蠕墨铸铁的磨损量呈线性增加，摩擦系数先降低而后趋向于相对稳定；随着含铬量增加，蠕墨铸铁的磨损量降低，摩擦系数在碳化物含量为5％～6％左右时出现极大值；在试验条件下，含铬蠕墨铸铁的摩擦磨损性能优于普通蠕墨铸铁。

关于蠕墨铸铁标准的几点看法

简要介绍了国内外有关蠕墨铸铁标准的情况。对蠕化率的评定、蠕墨铸铁牌号和蠕化率的规定提出了看法,与同行交流探讨。并建议尽快制订我国的蠕墨铸铁国家标准。