球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵(CGI)和奧氏體球鐵(ADI)的應用日益增多，并對加工它們的刀具提出了更高要求。
多年來，灰鑄鐵一直是汽車制造業(yè)的主要原材料之一，它被用于制造各種零部件，包括發(fā)動機缸體、缸蓋、差速器箱體、軸、飛輪、制動鼓和制動盤等。灰鑄鐵在汽車制造業(yè)的絕對用量大得驚人。然而，沒有任何事物是一成不變的。汽車市場的變化趨勢表明，灰鑄鐵的使用量正在不斷減少，其原因包括：不斷上漲的燃油成本、對汽車排放的監(jiān)管，以及各種新材料的應用。
為了實現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟性，人們對減輕汽車零部件重量的要求不斷提高，球墨鑄鐵和奧氏體球鐵的使用量也隨之增加。此外，在汽車制造業(yè)，蠕墨鑄鐵(CGI)的應用也出現(xiàn)了預期的增長，尤其是在主要依賴柴油發(fā)動機的卡車制造業(yè)。
汽車零部件材料的這種變化是由政府和環(huán)保壓力推動的。為了減少廢氣微粒的排放，制造商必須采用更高的燃燒室溫度和壓力。而目前的灰鑄鐵發(fā)動機其牢固程度已不足以承受為滿足政府要求所需要的更高溫度與壓力。此外，通過減輕各個零部件的重量，也有助于提高汽車的燃油效率。
美國環(huán)保署(EPA)從2007年開始實施對更清潔柴油發(fā)動機的合規(guī)要求監(jiān)管，為此，美國卡車制造業(yè)積極參與了對蠕墨鑄鐵(CGI)的開發(fā)。然而，2004年在美國銷售的新轎車中，只有0.4%采用了柴油發(fā)動機。20年前首次引入市場的柴油發(fā)動機給人們留下的記憶是噪音轟鳴、黑煙陣陣、氣味難聞，因此，美國的轎車市場一直對其需求很小，與之相比，目前在歐洲銷售的轎車中60%都配備了柴油發(fā)動機。但是，如果燃油價格繼續(xù)上漲，我們可能就會看到消費者會轉(zhuǎn)而青睞柴油發(fā)動機。
除了這些變化以外，在加工工藝中還有一種模式轉(zhuǎn)變。在過去10年中，制造加工的速度一直在穩(wěn)步提高。直到不久以前，還很少采用專用加工刀具，而且大部分加工機床也很少帶有多個可選主軸。高速切削加工非常適合由成本驅(qū)動的大批量零部件生產(chǎn)，而這正是汽車制造業(yè)的特點。
蠕墨鑄鐵的優(yōu)點是將灰鑄鐵的散熱性與球墨鑄鐵的強度和彈性模量集于一身。然而，它具有一種形狀類似于珊瑚蟲的石墨結(jié)構，并具有大家公認比較難以控制的化學成分。隨著制造商(尤其在卡車制造業(yè))將蠕墨鑄鐵作為柴油發(fā)動機選用的材料，他們就面臨著工件質(zhì)量、難以預測的刀具壽命和停機時間等各種加工挑戰(zhàn)，所有這些挑戰(zhàn)都可能扼殺其盈利能力。但是，如果采用合適的刀具來加工這些材料，也許就能證明關于蠕墨鑄鐵的可切削性極不穩(wěn)定的說法有些言過其實。
盡管聚晶立方氮化硼(PCBN)已被證明是一種性能卓越的切削刀具材料，在切削灰鑄鐵時可以達到幾乎無限長的刀具壽命。但遺憾的是，用它加工球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵時，則會受到化學溶解作用的影響。在這些加工中，刀具材料與鑄鐵中更高的含鐵量相互作用，從而會造成刀具快速磨損。這一難題推動了開發(fā)一種能夠抵御化學作用的刀具牌號的需求。
為了加工這些新型鑄鐵材料，要求刀具既要提高耐磨性，又要具有非常好的韌性——而這兩種性能是很難同時兼顧的。為了應對這種挑戰(zhàn)，許多刀具制造商都在全力開發(fā)能提供這兩種性能最優(yōu)組合的刀具。
這些刀片大部分都是涂層牌號，它們將高硬度的CVD多層涂層、抗變形的硬質(zhì)基體，以及富鈷(以提高切削刃的韌性)的基體/涂層界面完美結(jié)合起來。設計這些粗加工用多層CVD涂層牌號是為了提高耐磨性和切削速度，使它們能用于加工具有高磨蝕性的鑄件，這些鑄件中可能存在夾砂、表面夾雜物、氧化物以及其他會引起刀具快速磨損的物質(zhì)。
對這種CVD涂層牌號的加工現(xiàn)場試驗結(jié)果很有意義。在對一種球墨鑄鐵支承零件進行內(nèi)部斷續(xù)粗加工時，與一種ISO-P20粗加工刀片相比，CVD涂層牌號的刀具壽命提高了2倍。在切削加工離合器零件的試驗中，用山高刀具公司的TK2000鑄鐵加工牌號與該公司較老式的TP100牌號進行了對比，結(jié)果表明，每把TK牌號刀具加工的工件數(shù)增加了67%。如果將刀具成本與換刀時間考慮在內(nèi)，這種刀具性能的提高可能意味著每年可節(jié)約加工成本2萬美元。
盡管球墨鑄鐵和和蠕墨鑄鐵的應用在不斷增加，但灰鑄鐵的應用依然強勢。在汽車制造業(yè)，還會繼續(xù)保留大量的灰鑄鐵加工(尤其是制動鼓和制動盤)。不過，如今的加工條件已經(jīng)與過去有所不同，切削速度已經(jīng)比10年前提高了大約305m/min。高速切削產(chǎn)生的更高溫度可能會溶解切削刀片的涂層硬質(zhì)合金，其方式與PCBN與鐵素體之間產(chǎn)生的化學反應非常類似。為了防止涂層硬質(zhì)合金受到破壞，并阻止切削熱進入基體，刀具制造商正在不斷增加刀具涂層中氧化鋁層的厚度。此外，更重要的是改進這些多層涂層的結(jié)構，使其具備更好的韌性和耐磨性。
為灰鑄鐵的高速加工(切削速度可高達550m/min)而專門設計的耐熱新牌號已經(jīng)投入市場。這些用于高速切削的多層涂層中包含了氧化鋁(Al2O3)厚涂層和高硬度的碳氮化鈦(TiCN)層(它可使刀具長時間保持高耐磨性，以提高生產(chǎn)率)。在使用新型涂層耐熱牌號粗加工灰鑄鐵制動盤零件的現(xiàn)場加工試驗中(切削速度范圍：400-658m/min)，與使用氮化硅陶瓷刀片相比，刀具壽命提高了一倍，生產(chǎn)率提高了20%。這種生產(chǎn)率的提高是因為耐熱牌號具有更好的切削刃韌性，使其能夠采用比陶瓷刀片更高的進給率。
總之，所有這些因素都增加了對性能更優(yōu)異的切削刀具的需求，人們要求這些刀具能夠加工強度更高、磨蝕性更大的工件材料、可以采用更高的切削速度，同時能夠提供一致的刀具壽命和確保零件質(zhì)量——對于一枚刀片來說，這確實是很高的要求。
使用球墨鑄鐵使制造商有可能生產(chǎn)出重量更輕、體積更小的零件，同時又不會犧牲零件的強度;而與灰鑄鐵相比，蠕墨鑄鐵的機械強度和疲勞強度可以提高一倍。但遺憾的是，這些優(yōu)點同時也帶來了加工上的挑戰(zhàn)。
與灰鑄鐵相比，球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵中含有更多的硅，而硅會增加材料的磨蝕性，并大大加快刀具的磨損速度。此外，這些鑄鐵的結(jié)構也與灰鑄鐵不同，灰鑄鐵中的石墨顆粒呈片狀，使其比較容易切削。而球墨鑄鐵中包含的石墨顆粒呈球形，周圍則是鐵素體。在某些情況下，加工球墨鑄鐵需要消耗的刀片數(shù)量可能是加工灰鑄鐵時的3倍。
加工灰鑄鐵時需要考慮的另一個因素是，加工車間喜歡使用冷卻液來控制由鑄鐵中的石墨產(chǎn)生的粉塵和污物，同時防止切削溫度過高。因為大量切削熱傳入工件會使其產(chǎn)生熱膨脹，從而造成過切。但不利的是，使用冷卻液造成的溫度波動可能會引起熱裂紋，從而縮短刀具壽命。適合干式切削的耐熱涂層牌號可以采用更高的切削速度和進給率，使工件在產(chǎn)生過多切削熱之前就完成切削，而且它可以替代陶瓷刀片。在加工灰鑄鐵制動盤的干式切削現(xiàn)場試驗中，與以前使用的陶瓷刀片相比，使用山高公司的TK1000牌號可使刀具壽命提高60%，生產(chǎn)率提高20%。
在整個汽車制造業(yè)，從整車裝配廠直到三級零部件供應商，都存在增加“熄燈生產(chǎn)”(即無人值守加工)的趨勢，這種加工方式在大批量生產(chǎn)中相當常見。用戶希望能在機床上裝載工件后，就讓它整晚自動運行進行加工，只需一臺機器人來照管它。因此，刀具必須具有足夠的可靠性，能使每次加工出來的工件有很好的一致性，尺寸變動量極小。
過去，用戶的最大抱怨之一是各個批次鑄鐵工件的可加工性不一致。對于他們來說，加工第一批工件時，刀片的每個刀尖可加工100件，而加工第二批工件時，每個刀尖只能加工50―60件的情況并不鮮見。這種情況有些與鑄鐵成分的變化有關，有些則與氣候有關——這些因素都是加工人員無法控制的。不過，許多刀具制造商都在努力開發(fā)能夠解決工件材料可加工性不一致問題的刀具。目的是為用戶提供能始終保持可加工的工件數(shù)量穩(wěn)定——即使工件的可加工性存在差異——的刀具。提高韌性、強度和耐磨性將使這些新的刀具牌號能夠適應工件材料的變化，同時能夠解決近凈成形零件加工的斷續(xù)切削問題。如果刀具本身具有很高的可靠性，就不需要對工件材料的可變性進行監(jiān)測與調(diào)整。
對于美國汽車制造業(yè)來說，對灰鑄鐵加工的絕對需求量使其仍然是一個至關重要的細分市場，盡管事實上這種加工很多已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了海外。為了與這種趨勢相抗衡，刀具制造商將繼續(xù)開發(fā)有助于創(chuàng)新加工工藝的專用刀具。這些新型刀具將滿足重量更輕、強度更高的工件材料(如球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵，乃至鋁合金和鎂合金)的加工需求，而這些材料的加工市場正在快速增長。