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摘 要：发动机的发展主要目标是在减少油耗和排放的同时增加比功率、增加扭矩、减少体积、重量等。基于以上原因当今对发动机材料提出新的要求，从而蠕墨铸铁的特殊性能得到重视，并作为一种材质在发动机缸体等重要铸件上得到广泛的使用。本文旨在通过对蠕墨铸铁机加工进行分析，为确定蠕墨铸铁缸体加工工艺方案提供依据。
关键词：缸体；蠕墨铸铁；产品特点；加工分析
一、蠕墨铸铁特性
（一）蠕墨铸铁
碳以蠕虫状石墨析出存在于金属基体之中的铸铁材料（通俗说法：一种以铁、碳为基体，碳主要以蠕虫状石墨存在于铁素体、铁素体/珠光体或珠光体基体之中的铸铁材料）。蠕虫状的石墨介于片状石墨和球状石墨之间，既有灰铸铁片状共晶团内石墨相互连接的片状结构，又有球墨铸铁球状石墨的头部较圆，类似球墨的形状。
（二）蠕墨铸铁性能对比
1、抗拉强度： 蠕墨铸铁是灰铸铁的（约）1.8倍，较高的拉伸强度及屈服强度将转化为较高的切削力，尤其在铣削和镗削加工中，产生高的切削力，导致机床功率、扭矩增大。 2、延展性、抗拉强度和疲劳强度：蠕墨铸铁的延展性、抗拉强度、疲劳强度是灰铸铁的（约）2倍、1.8倍、2倍，加工易产生毛刺，需增加特殊工艺和去毛刺设备； 3、导热率：蠕墨铸铁导热率是灰铸铁的（约）0.78倍，加工切削热易积聚工件，导致刀具热磨损快，资料表明多数刀具的刃口粘结比加工灰铸铁严重。灰铸铁具有较好的热传导性，加工时切削热容易被切屑带走。
（三）蠕墨铸铁发动机的产品特性
1、蠕墨铸铁强度高，可以显著提高缸体的强度、刚度、断裂风险，在发动机对缸体强度需求相同的条件下，缸体可以设计为降低承受载荷部位截面60%，对整个缸体来说，合理的、轻量化的，可以降低缸体重量10—20%。2、在降低缸体重量的同时，缸体的强度、刚度、尤其较高的高温强度、刚度能够得到显著提高，提高单位重量发动机功率，提高燃烧效率，降低排放污染；3、蠕墨铸铁发动机，由于较高温度条件下强度、刚度比HT250显著高，缸体配合尺寸稳定性高，高速高频振动条件下减震性优于高强度灰铸铁，耐磨性与HT250相当，可以满足寿命期的摩擦磨损要求。
二、蠕墨铸铁机加工分析
（一）面加工：铣削
蠕墨铸铁难以加工的一个原因是它的拉伸强度是灰铸铁的2倍左右。在铣削加工中，较高的抗拉强度将转化为较高的切削力，在同种条件下加工蠕墨铸铁所需要的加工功率比加工灰铸铁要高约15%～25%。因此，有些原来加工灰铸铁的车间需要转产加工蠕墨铸铁时，可能会出现机床功率不足的问题。铣削加工蠕墨铸铁有以下特点：1、刀具：受蠕墨铸铁材料的组织和基体组织影响，在与灰铸铁同样的加工条件下进行加工时，蠕墨铸铁的热传导率相对较低，因此加工时产生的切削热积聚在工件中，反过来会加剧刀具的磨损，同时基体中无硫化锰（MnS）层，因此刀具寿命约缩短25%～50%；2、加工质量：因组织较均匀，加工蠕墨铸铁的表面质量比灰铸铁好50%左右。并且不容易产生切削灰铸铁时发生的边缘崩损，但是容易产生毛刺；3、功率消耗：与灰铸铁比较，约高出15%～25%（取决于抗拉强度）。
（二）孔加工：钻削
据资料反映在加工蠕墨铸铁气缸盖时，普遍存在钻头寿命低，切削中易折断，生产效率低的现象。统计表明，引起钻头折断的原因为：
1、切削参数不合理： 转速、 进给过快及过大的切削力导致刀具折断；2、铸造缺陷： 当刀具加工到工件上的气孔、铸缺、 硬点等缺陷时， 突然增大的切削力导致刀具折断；3、钻透时单边受力： 部分刀具在钻通时， 会遇到单边切削的现象（斜孔、交叉孔）， 此时过大的不对称径向力导致刀具折断；4、排屑不畅；5、刀具磨损：
总结归纳，蠕墨铸铁钻削有以下特点：
1、刀具：因受蠕墨铸铁材料的组织和基体组织影响（抗拉强度、导热率、碳化物等）。在与灰铸铁同样的加工条件下进行加工时，刀具寿命约缩短25%～50%； 2、加工方面：易因切削参数不合理、铸造缺陷、钻透单边受力及排屑不畅等，造成折断。根据加工特点，选择钻头具备以下特点：3、抗磨性涂层刀具（氮碳化钛（TiCn）、氧化铝（Al2O3） ）及抛光处理 ：提高刀具的耐磨性；4、优化刀具切削刃结构及切削角度 ：提高刀具的强度和减小切削力；5、颗粒更细的硬质合金刀具 ：提高抗震性和刚性。
（三）孔加工：攻螺纹、铰孔
攻螺纹及铰孔是加工工艺中的关键部分，蠕墨铸铁的延展性、抗拉强度分别是灰铸铁的（约）2倍、1.8倍，攻螺纹及铰孔时刀具的刃口容易粘结，易造成刀具锥卡滞、折断，寿命短。需增强丝锥、铰刀的耐磨性、韧性。
（四）孔加工：镗削
蠕墨铸铁抗拉强度是灰铸铁的1.8倍，导热率是灰铸铁的0.78倍，因此加工时产生的切削热比灰铸铁要高得多，随着切削刃与工件的接触（切削过程），产生的热量会大量传递到刀具中，使得切削刃的温度会非常高，从而造成切削刃磨损、失效。
从镗削加工方面说，冷却、排屑和工艺稳定性是影响切削参数选择的因素。同时也应加强镗刀在高温状态下的耐磨性。
总结：加工蠕墨铸铁缸体、缸盖，一些刚性本来不足或者不富裕的加工设备，则必须降低切削余量、切削速度，以满足加工尺寸精度，这样必然显著降低加工效率50%，增加加工成本。用于切削蠕墨铸铁的刀具寿命通常只有切削灰铸铁刀具寿命的5%～10%。
三、结语
蠕墨铸铁是高性能发动机的理想材料，是发动机缸体缸盖的发展方向，是未来汽车技术争夺的制高点，掌握了这一技术、制造能力、批量生产能力，就能在今后的汽车技术、质量、品牌竞争中取胜。
参考文献：
[1] George Georgiou.蠕墨铸铁的高速加工[J].世界制造技术与装备市场.2005，（06）：89-93.
[2] 邱汉泉，陈正德.中国蠕墨铸铁40年 [J].中国铸造装备与技术，2006，（3）：15-20.
[3] 郝长文.蠕墨铸铁柴油发动机汽缸体的高效率端面铣削加工[J].汽车工艺与材料.2009（1）.
关键词：缸体；蠕墨铸铁；产品特点；加工分析
一、蠕墨铸铁特性
（一）蠕墨铸铁
碳以蠕虫状石墨析出存在于金属基体之中的铸铁材料（通俗说法：一种以铁、碳为基体，碳主要以蠕虫状石墨存在于铁素体、铁素体/珠光体或珠光体基体之中的铸铁材料）。蠕虫状的石墨介于片状石墨和球状石墨之间，既有灰铸铁片状共晶团内石墨相互连接的片状结构，又有球墨铸铁球状石墨的头部较圆，类似球墨的形状。
（二）蠕墨铸铁性能对比
1、抗拉强度： 蠕墨铸铁是灰铸铁的（约）1.8倍，较高的拉伸强度及屈服强度将转化为较高的切削力，尤其在铣削和镗削加工中，产生高的切削力，导致机床功率、扭矩增大。 2、延展性、抗拉强度和疲劳强度：蠕墨铸铁的延展性、抗拉强度、疲劳强度是灰铸铁的（约）2倍、1.8倍、2倍，加工易产生毛刺，需增加特殊工艺和去毛刺设备； 3、导热率：蠕墨铸铁导热率是灰铸铁的（约）0.78倍，加工切削热易积聚工件，导致刀具热磨损快，资料表明多数刀具的刃口粘结比加工灰铸铁严重。灰铸铁具有较好的热传导性，加工时切削热容易被切屑带走。
（三）蠕墨铸铁发动机的产品特性
1、蠕墨铸铁强度高，可以显著提高缸体的强度、刚度、断裂风险，在发动机对缸体强度需求相同的条件下，缸体可以设计为降低承受载荷部位截面60%，对整个缸体来说，合理的、轻量化的，可以降低缸体重量10—20%。2、在降低缸体重量的同时，缸体的强度、刚度、尤其较高的高温强度、刚度能够得到显著提高，提高单位重量发动机功率，提高燃烧效率，降低排放污染；3、蠕墨铸铁发动机，由于较高温度条件下强度、刚度比HT250显著高，缸体配合尺寸稳定性高，高速高频振动条件下减震性优于高强度灰铸铁，耐磨性与HT250相当，可以满足寿命期的摩擦磨损要求。
二、蠕墨铸铁机加工分析
（一）面加工：铣削
蠕墨铸铁难以加工的一个原因是它的拉伸强度是灰铸铁的2倍左右。在铣削加工中，较高的抗拉强度将转化为较高的切削力，在同种条件下加工蠕墨铸铁所需要的加工功率比加工灰铸铁要高约15%～25%。因此，有些原来加工灰铸铁的车间需要转产加工蠕墨铸铁时，可能会出现机床功率不足的问题。铣削加工蠕墨铸铁有以下特点：1、刀具：受蠕墨铸铁材料的组织和基体组织影响，在与灰铸铁同样的加工条件下进行加工时，蠕墨铸铁的热传导率相对较低，因此加工时产生的切削热积聚在工件中，反过来会加剧刀具的磨损，同时基体中无硫化锰（MnS）层，因此刀具寿命约缩短25%～50%；2、加工质量：因组织较均匀，加工蠕墨铸铁的表面质量比灰铸铁好50%左右。并且不容易产生切削灰铸铁时发生的边缘崩损，但是容易产生毛刺；3、功率消耗：与灰铸铁比较，约高出15%～25%（取决于抗拉强度）。
（二）孔加工：钻削
据资料反映在加工蠕墨铸铁气缸盖时，普遍存在钻头寿命低，切削中易折断，生产效率低的现象。统计表明，引起钻头折断的原因为：
1、切削参数不合理： 转速、 进给过快及过大的切削力导致刀具折断；2、铸造缺陷： 当刀具加工到工件上的气孔、铸缺、 硬点等缺陷时， 突然增大的切削力导致刀具折断；3、钻透时单边受力： 部分刀具在钻通时， 会遇到单边切削的现象（斜孔、交叉孔）， 此时过大的不对称径向力导致刀具折断；4、排屑不畅；5、刀具磨损：
总结归纳，蠕墨铸铁钻削有以下特点：
1、刀具：因受蠕墨铸铁材料的组织和基体组织影响（抗拉强度、导热率、碳化物等）。在与灰铸铁同样的加工条件下进行加工时，刀具寿命约缩短25%～50%； 2、加工方面：易因切削参数不合理、铸造缺陷、钻透单边受力及排屑不畅等，造成折断。根据加工特点，选择钻头具备以下特点：3、抗磨性涂层刀具（氮碳化钛（TiCn）、氧化铝（Al2O3） ）及抛光处理 ：提高刀具的耐磨性；4、优化刀具切削刃结构及切削角度 ：提高刀具的强度和减小切削力；5、颗粒更细的硬质合金刀具 ：提高抗震性和刚性。
（三）孔加工：攻螺纹、铰孔
攻螺纹及铰孔是加工工艺中的关键部分，蠕墨铸铁的延展性、抗拉强度分别是灰铸铁的（约）2倍、1.8倍，攻螺纹及铰孔时刀具的刃口容易粘结，易造成刀具锥卡滞、折断，寿命短。需增强丝锥、铰刀的耐磨性、韧性。
（四）孔加工：镗削
蠕墨铸铁抗拉强度是灰铸铁的1.8倍，导热率是灰铸铁的0.78倍，因此加工时产生的切削热比灰铸铁要高得多，随着切削刃与工件的接触（切削过程），产生的热量会大量传递到刀具中，使得切削刃的温度会非常高，从而造成切削刃磨损、失效。
从镗削加工方面说，冷却、排屑和工艺稳定性是影响切削参数选择的因素。同时也应加强镗刀在高温状态下的耐磨性。
总结：加工蠕墨铸铁缸体、缸盖，一些刚性本来不足或者不富裕的加工设备，则必须降低切削余量、切削速度，以满足加工尺寸精度，这样必然显著降低加工效率50%，增加加工成本。用于切削蠕墨铸铁的刀具寿命通常只有切削灰铸铁刀具寿命的5%～10%。
三、结语
蠕墨铸铁是高性能发动机的理想材料，是发动机缸体缸盖的发展方向，是未来汽车技术争夺的制高点，掌握了这一技术、制造能力、批量生产能力，就能在今后的汽车技术、质量、品牌竞争中取胜。
参考文献：
[1] George Georgiou.蠕墨铸铁的高速加工[J].世界制造技术与装备市场.2005，（06）：89-93.
[2] 邱汉泉，陈正德.中国蠕墨铸铁40年 [J].中国铸造装备与技术，2006，（3）：15-20.
[3] 郝长文.蠕墨铸铁柴油发动机汽缸体的高效率端面铣削加工[J].汽车工艺与材料.2009（1）.