高磷當量,高強度,低應力-在床身鑄件生產中的技術要點
2017年12月13日
新聞詳情
眾所周知，我國機床行業在近十幾年來已有舉足輕重的發展，生產機床與工具的企業有4000余家。各類型的切削加工機床產量已超過100萬臺，床鑄鑄件/機床鑄件達350萬t，居世界一位。其差距是的數控機床擋不住進口，以美國、日本為首的工業發達 對我國中、的數控機床的進行封鎖。“2007年6月，美國開始實施的《對華 產品出口管制條例》中，增加了高度轉臺、五軸jingmi加工、高仿真系統等軍工及高技術產業專用裝備的出口限制。日本經濟產業省（原通產省）限制向中國出口高度、復合加工 、五軸聯動以上的高性能數控機床和五軸聯動數控系統等 產品。 ”
占機床(chuang)(chuang)重量80以(yi)上且對機床(chuang)(chuang)性能有(you)重要影響的(de)床(chuang)(chuang)身鑄件，與冷加(jia)工(gong)的(de)研究相比，有(you)較大差距。去(qu)年， 下達了“jingmi數控機床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身鑄件尺寸度穩定性的(de)課題”，以(yi)提高數控機床(chuang)(chuang)鑄件的(de)質量。
值得提出來的(de)是(shi)，目前在(zai)金屬切削(xue)機(ji)床灰鑄鐵(tie)件(jian)技術條(tiao)件(jian)中規(gui)定(ding)，以機(ji)械(xie)性能為(wei)(wei)驗(yan)收(shou)(shou)的(de)依據，化(hua)學(xue)成分不作為(wei)(wei)驗(yan)收(shou)(shou)依據。如(ru)用戶(hu)需要可(ke)在(zai)合(he)同中另訂(ding)。長(chang)期以來，這(zhe)項規(gui)定(ding)在(zai)我(wo)國不少床身鑄件(jian)/機(ji)床鑄件(jian)生(sheng)產(chan)廠造成認識(shi)上的(de)誤(wu)區(qu)：既然以力學(xue)性能為(wei)(wei)驗(yan)收(shou)(shou)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)，而化(hua)學(xue)成分不作為(wei)(wei)驗(yan)收(shou)(shou)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)，那么，以降低(di)碳(tan)當(dang)量的(de)措施達到高強(qiang)度，則是(shi)易實現的(de)。
長期以(yi)來由于我(wo)國(guo)床(chuang)身鑄件/機(ji)床(chuang)鑄件的(de)(de)高強度是(shi)在(zai)低(di)碳當量下取得的(de)(de)，它對機(ji)床(chuang)性能的(de)(de)負(fu)面影響是(shi)很大(da)的(de)(de)。低(di)碳當量、高強度產生(sheng)的(de)(de)問題是(shi)：
收縮(suo)(suo)大(da)，導致縮(suo)(suo)孔、縮(suo)(suo)松傾向(xiang)增(zeng)加；
殘(can)余應(ying)力大，導致尺寸度穩(wen)定(ding)性(xing)差，開裂傾(qing)向(xiang)zengda；
流(liu)動(dong)性(xing)差，限制了鑄件薄壁化；
加(jia)工性(xing)能差，導致切削速度的降低與(yu)力具壽命的下降；
減震(zhen)性差，導致加工(gong)度(du)(du)與度(du)(du)穩定性的降低；
質量(liang)穩定性差，這是因為低(di)碳當量(liang)導致(zhi)的上述(shu)問題(ti)在(zai)生(sheng)(sheng)產(chan)中反(fan)復出現，此長彼消，質量(liang)難(nan)以穩定。在(zai)2014年中對國內具有代表性的機床生(sheng)(sheng)產(chan)企業調查表明(ming)，用戶(hu)反(fan)饋(kui)意見中占一位(wei)是質量(liang)不穩定。
一、數控機床(chuang)的(de)(de)發(fa)展與機床(chuang)鑄件質(zhi)量(liang)的(de)(de)提高；
近(jin)50年來，機(ji)床的(de)度(du)已提高了(le)100倍，已進入亞微(wei)米(mi)級及(ji)nami級超加工時代。高度(du)與度(du)的(de)保持性是數控機(ji)床質量的(de)首要指標。
1、機床(chuang)度與床(chuang)身(shen)鑄件的剛性及減震性；
度(du)是(shi)指(zhi)被加工零件(jian)(jian)能(neng)(neng)達到的(de)(de)(de)(de)加工度(du)。因為目前數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已(yi)進入航(hang)空航(hang)天、兵(bing)器(qi)、核工業、電(dian)子技(ji)術、船舶等軍工領域。重(zhong)型、超(chao)重(zhong)型數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已(yi)進入大型電(dian)站設備、石化冶金(jin)設備、汽車制造(zao)等。這(zhe)些高(gao)(gao)度(du)、高(gao)(gao)速切(qie)削、切(qie)削的(de)(de)(de)(de)數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)對床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)度(du)與減震(zhen)(zhen)性(xing)提(ti)出了 高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求：航(hang)天航(hang)空、核工業、兵(bing)器(qi)、發電(dian)設備所(suo)需各種、 種性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)合金(jin)材料。加工時又(you)“粘”又(you)“硬(ying)”，故要(yao)求機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)與機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)具(ju)有足夠的(de)(de)(de)(de)抗(kang)變形(xing)能(neng)(neng)力，即使(shi)在高(gao)(gao)速、切(qie)削下(xia)仍(reng)能(neng)(neng)保持(chi)高(gao)(gao)度(du)。從(cong)使(shi)用角度(du)上(shang)看，床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件(jian)(jian)/機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)比(bi)強(qiang)度(du) 為重(zhong)要(yao)：實踐(jian)與計(ji)算表明，即使(shi)大的(de)(de)(de)(de)切(qie)削力，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)仍(reng)有較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)系(xi)數，但卻會出現由于(yu)剛(gang)性(xing)差、抗(kang)變形(xing)的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力及減震(zhen)(zhen)性(xing)差而失去加工度(du)。因此數控(kong)jingmi機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)在高(gao)(gao)速切(qie)削、切(qie)削下(xia)，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)具(ju)有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)與優良的(de)(de)(de)(de)減震(zhen)(zhen)性(xing)。
現(xian)(xian)代數控機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)中主要(yao)(yao)受力的(de)(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)(jian)，往(wang)往(wang)不是(shi)按強(qiang)度設(she)計(ji)的(de)(de)(de)(de)，大(da)部(bu)分(fen)是(shi)按剛(gang)(gang)(gang)性(xing)設(she)計(ji)的(de)(de)(de)(de)。提高(gao)(gao)(gao)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)鑄(zhu)件(jian)(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)剛(gang)(gang)(gang)性(xing)的(de)(de)(de)(de)措施來自兩個(ge)方面：一個(ge)是(shi)提高(gao)(gao)(gao)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)結構剛(gang)(gang)(gang)性(xing)，這(zhe) 是(shi)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)(jian)向雙(shuang)層壁(bi)、多層壁(bi)結構發(fa)展。形(xing)成(cheng)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)(jian)薄壁(bi)化(hua)，結構日益復(fu)雜(za)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)(yao)原(yuan)因。另一項措施是(shi)提高(gao)(gao)(gao)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)材質(zhi)剛(gang)(gang)(gang)性(xing)，即彈(dan)性(xing)模量，而彈(dan)性(xing)模量的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)低主要(yao)(yao)取決(jue)于抗(kang)拉(la)強(qiang)度，因此現(xian)(xian)代的(de)(de)(de)(de)數控機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)皆采用(yong)了高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度灰(hui)鑄(zhu)鐵HT300、HT350及(ji)高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)(gang)度球墨鑄(zhu)鐵材質(zhi)。
保持加工(gong)時高(gao)度(du)的(de)另一因(yin)素是床身鑄(zhu)(zhu)件具備優良的(de)減(jian)震性。值得提出的(de)是，在減(jian)震性能中，灰鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)減(jian)震性優于球(qiu)墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)，而灰鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中，碳(tan)當(dang)(dang)量高(gao)的(de)減(jian)震性又(you)優于低碳(tan)當(dang)(dang)量者。
長期(qi)以來，機(ji)床(chuang)件的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)與(yu)要求(qiu)(qiu)優良(liang)的(de)(de)減震性(xing)的(de)(de)要求(qiu)(qiu)難以統(tong)一。前者為(wei)低(di)碳當量(liang)(liang)(liang)，后者為(wei)高(gao)(gao)(gao)碳當量(liang)(liang)(liang)，因此(ci)jingmi機(ji)床(chuang)的(de)(de)度(du)(du)要求(qiu)(qiu)其(qi)機(ji)床(chuang)件，既要有(you)強(qiang)(qiang)(qiang)有(you)力的(de)(de)抗變形能(neng)力的(de)(de)材質剛性(xing)，又要有(you)優良(liang)的(de)(de)減震性(xing)，這 要求(qiu)(qiu)碳當量(liang)(liang)(liang)與(yu)高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)剛度(du)(du)在一個新的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)度(du)(du)上達(da)到平衡。即在高(gao)(gao)(gao)碳當量(liang)(liang)(liang)下達(da)到高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)剛度(du)(du)，才能(neng)滿(man)足高(gao)(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)減振性(xing)的(de)(de)要求(qiu)(qiu)。
2、機(ji)床(chuang)度保持性與床(chuang)身鑄(zhu)件/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件的殘余(yu)應(ying)力：
機(ji)床度保持性(xing)是數(shu)控機(ji)床的(de)(de)重要的(de)(de)質量指(zhi)標(biao)，目前我國(guo)與國(guo)外還有相當(dang)大的(de)(de)差(cha)距。國(guo)內數(shu)控機(ji)床的(de)(de)度保持性(xing)約(yue)為(wei)一年，而國(guo)外可達五年。這是我國(guo)數(shu)控機(ji)床進(jin)口量為(wei)世(shi)界一的(de)(de)主要原(yuan)因之一。
鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)中的(de)(de)(de)殘(can)余(yu)應力對鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)尺(chi)寸度穩定(ding)性的(de)(de)(de)影響是(shi)很(hen)大的(de)(de)(de)。在(zai)高(gao)度的(de)(de)(de)機(ji)床在(zai)加工(gong)中，引起塑性的(de)(de)(de)，不可(ke)逆的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)有三(san)個因(yin)素：工(gong)作(zuo)負荷(he)、材(cai)料剛度、殘(can)余(yu)應力。這三(san)者中殘(can)余(yu)應力為(wei)(wei)危險，因(yin)為(wei)(wei)其應力往(wang)往(wang)大于工(gong)作(zuo)負荷(he)，且(qie)它(ta)是(shi)持續的(de)(de)(de)，不間(jian)斷的(de)(de)(de)。為(wei)(wei)未時(shi)效的(de)(de)(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)，殘(can)余(yu)應力較大，鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)變(bian)形(xing)大。為(wei)(wei)熱時(shi)效后的(de)(de)(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)，殘(can)余(yu)應力較小(xiao)，鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)變(bian)形(xing)較小(xiao)。
3、床身鑄(zhu)件的高強度與加工性(xing)能
高(gao)度的(de)(de)床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)，大(da)部分都是用數控(kong)加工機床進行加工的(de)(de)。目前主軸轉(zhuan)速(su)從(cong)每(mei)分鐘幾千(qian)轉(zhuan)，到(dao)(dao)幾萬轉(zhuan)，甚至(zhi)達(da)(da)十幾萬轉(zhuan)。切削速(su)度大(da)幅度提高(gao)，每(mei)臺數控(kong)皆有幾百把刀具，換刀速(su)度從(cong)十幾秒(miao)到(dao)(dao)十秒(miao)、三秒(miao)，甚至(zhi)達(da)(da)一秒(miao)。因(yin)此(ci)要求床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)/機床鑄(zhu)(zhu)件(jian)有優(you)良的(de)(de)切削性(xing)(xing)能，而現在的(de)(de)問題是低碳當量，不僅帶來了(le)鑄(zhu)(zhu)鐵的(de)(de)高(gao)強度，還帶來了(le)高(gao)硬度，導(dao)致了(le)加工性(xing)(xing)能的(de)(de)惡化。
4、床(chuang)身(shen)鑄件的(de)碳當量(liang)與(yu)鑄件薄壁化及縮(suo)松缺陷；
在(zai)達到HT300力學性(xing)能下(xia)，其所(suo)含的碳當(dang)(dang)量(liang)不同，其鑄造性(xing)能中的鐵液(ye)流(liu)動(dong)性(xing)與(yu)鑄鐵的收縮(suo)相差甚大(da)(da)。灰(hui)鑄鐵碳當(dang)(dang)量(liang)與(yu)流(liu)動(dong)及殘(can)余應力。不同碳當(dang)(dang)量(liang)下(xia)的收縮(suo)性(xing)，因機床鑄件(jian)一般皆為亞共晶鑄鐵，因此(ci)碳當(dang)(dang)量(liang)越(yue)低，流(liu)動(dong)性(xing)越(yue)差，收縮(suo)越(yue)大(da)(da),殘(can)余應力越(yue)大(da)(da)。
要(yao)床(chuang)身(shen)鑄件/機(ji)床(chuang)鑄件薄(bo)壁(bi)(bi)化，減少縮松，縮孔(kong)缺陷在高強度(du)下提高碳當(dang)量(liang)。目前國(guo)外的機(ji)床(chuang)比(bi)我國(guo)機(ji)床(chuang)重量(liang)輕8-10。中型(xing)機(ji)床(chuang)壁(bi)(bi)厚(hou)已(yi)達(da)14-20mm。小型(xing)機(ji)床(chuang)件壁(bi)(bi)厚(hou)已(yi)達(da)8-12mm。低碳當(dang)量(liang)、高強度(du)灰鑄件已(yi)是實(shi)現薄(bo)壁(bi)(bi)化的嚴重障(zhang)礙及造成縮松的重要(yao)原(yuan)因(yin)。
綜合(he)上述充分表(biao)明高(gao)碳(tan)當量、高(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)剛度(du)、低應力是數(shu)控機床(chuang)鑄件(jian)的核心要求。
