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。 ”
占機床重(zhong)量80以(yi)上且對機床性能有重(zhong)要(yao)影響的床身鑄(zhu)件，與冷加工的研究相比，有較(jiao)大(da)差(cha)距。去年， 下達了“jingmi數(shu)(shu)控機床床身鑄(zhu)件尺寸度穩定性的課(ke)題”，以(yi)提(ti)高數(shu)(shu)控機床鑄(zhu)件的質量。
值得提出(chu)來的(de)是，目前在(zai)金屬(shu)切(qie)削(xue)機(ji)床灰(hui)鑄鐵件技(ji)術條件中規定，以(yi)(yi)機(ji)械性能為(wei)驗收的(de)依據，化學(xue)成分不(bu)作為(wei)驗收依據。如用(yong)戶(hu)需(xu)要可在(zai)合同中另訂。長(chang)期以(yi)(yi)來，這項規定在(zai)我國不(bu)少床身鑄件/機(ji)床鑄件生產廠造成認識上的(de)誤區：既然以(yi)(yi)力(li)學(xue)性能為(wei)驗收標準，而化學(xue)成分不(bu)作為(wei)驗收標準，那(nei)么，以(yi)(yi)降低(di)碳當量的(de)措施達到高強度，則(ze)是易實現的(de)。
長期以來由于我國床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄件/機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄件的(de)(de)(de)高強度(du)是(shi)在低碳當量(liang)下取得的(de)(de)(de)，它對機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)性能的(de)(de)(de)負面影響是(shi)很大的(de)(de)(de)。低碳當量(liang)、高強度(du)產生的(de)(de)(de)問題(ti)是(shi)：
收縮(suo)大，導致縮(suo)孔、縮(suo)松傾向增(zeng)加(jia)；
殘(can)余(yu)應力大，導致尺寸度穩(wen)定性(xing)差，開(kai)裂傾(qing)向zengda；
流(liu)動(dong)性差，限制(zhi)了鑄件薄(bo)壁化(hua)；
加工性能差，導致切削速度的降(jiang)低與力具壽命的下降(jiang)；
減震性差，導致加工度與度穩定性的降低；
質(zhi)量(liang)穩定性(xing)差，這(zhe)是(shi)因為低(di)碳當量(liang)導致的(de)上述問(wen)題在(zai)生(sheng)產(chan)中(zhong)反復出現(xian)，此長彼消(xiao)，質(zhi)量(liang)難以穩定。在(zai)2014年中(zhong)對國(guo)內具有代表性(xing)的(de)機(ji)床生(sheng)產(chan)企業調查表明，用(yong)戶(hu)反饋意見中(zhong)占一位是(shi)質(zhi)量(liang)不穩定。
一、數控機(ji)床(chuang)的發展與機(ji)床(chuang)鑄件質量的提高(gao)；
近50年(nian)來，機床的度已提(ti)高了(le)100倍，已進入亞微米(mi)級及nami級超(chao)加工時代。高度與度的保持性是數控機床質量的首要指標(biao)。
1、機(ji)床(chuang)度與(yu)床(chuang)身鑄件的剛性及減震性；
度(du)是指被(bei)加(jia)工零件(jian)(jian)(jian)能(neng)達到的(de)(de)加(jia)工度(du)。因(yin)(yin)為目前數控機(ji)床(chuang)已(yi)進(jin)入(ru)航空航天、兵器、核工業(ye)、電子技術(shu)、船舶等(deng)軍(jun)工領域。重型(xing)(xing)、超重型(xing)(xing)數控機(ji)床(chuang)已(yi)進(jin)入(ru)大(da)型(xing)(xing)電站(zhan)設(she)備、石化冶金(jin)設(she)備、汽車制造等(deng)。這些高(gao)度(du)、高(gao)速切(qie)(qie)削(xue)(xue)、切(qie)(qie)削(xue)(xue)的(de)(de)數控機(ji)床(chuang)對床(chuang)身鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛(gang)(gang)度(du)與減(jian)震性(xing)提出了 高(gao)的(de)(de)要(yao)求：航天航空、核工業(ye)、兵器、發電設(she)備所需各種、 種性(xing)能(neng)的(de)(de)合(he)金(jin)材料(liao)。加(jia)工時又(you)“粘”又(you)“硬”，故要(yao)求機(ji)床(chuang)與機(ji)床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)具有足夠(gou)的(de)(de)抗變形(xing)能(neng)力(li)，即(ji)使在(zai)高(gao)速、切(qie)(qie)削(xue)(xue)下仍(reng)能(neng)保持(chi)高(gao)度(du)。從使用角度(du)上看，床(chuang)身鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛(gang)(gang)性(xing)比強(qiang)(qiang)度(du) 為重要(yao)：實踐與計算(suan)表明(ming)，即(ji)使大(da)的(de)(de)切(qie)(qie)削(xue)(xue)力(li)，機(ji)床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)仍(reng)有較(jiao)大(da)的(de)(de)系數，但卻會出現由于(yu)剛(gang)(gang)性(xing)差、抗變形(xing)的(de)(de)能(neng)力(li)及(ji)減(jian)震性(xing)差而失(shi)去加(jia)工度(du)。因(yin)(yin)此數控jingmi機(ji)床(chuang)在(zai)高(gao)速切(qie)(qie)削(xue)(xue)、切(qie)(qie)削(xue)(xue)下，機(ji)床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)剛(gang)(gang)性(xing)與優(you)良(liang)的(de)(de)減(jian)震性(xing)。
現代數控機床中(zhong)主(zhu)要(yao)受力(li)的(de)(de)(de)機床件(jian)(jian)，往往不(bu)是按(an)(an)強(qiang)度設計(ji)(ji)的(de)(de)(de)，大部(bu)分是按(an)(an)剛性(xing)(xing)(xing)設計(ji)(ji)的(de)(de)(de)。提高(gao)床身鑄(zhu)件(jian)(jian)/機床鑄(zhu)件(jian)(jian)剛性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)措(cuo)施(shi)來自兩個方面：一個是提高(gao)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)結構(gou)剛性(xing)(xing)(xing)，這 是機床件(jian)(jian)向雙層(ceng)壁、多(duo)層(ceng)壁結構(gou)發展。形成機床件(jian)(jian)薄壁化，結構(gou)日益復雜的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)原因(yin)。另一項措(cuo)施(shi)是提高(gao)機床鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)材質剛性(xing)(xing)(xing)，即(ji)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)模量，而彈(dan)性(xing)(xing)(xing)模量的(de)(de)(de)高(gao)低主(zhu)要(yao)取決于抗拉(la)強(qiang)度，因(yin)此(ci)現代的(de)(de)(de)數控機床鑄(zhu)件(jian)(jian)皆采用(yong)了高(gao)強(qiang)度灰鑄(zhu)鐵HT300、HT350及高(gao)強(qiang)度、高(gao)剛度球墨(mo)鑄(zhu)鐵材質。
保持加工時高度的另一因素是(shi)床(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件具(ju)備優(you)(you)良的減震性(xing)。值(zhi)得(de)提(ti)出的是(shi)，在減震性(xing)能中(zhong)，灰鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的減震性(xing)優(you)(you)于球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)，而(er)灰鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中(zhong)，碳當量高的減震性(xing)又優(you)(you)于低碳當量者。
長(chang)期以來，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)強度(du)(du)與(yu)要(yao)(yao)求(qiu)優(you)良的(de)(de)(de)減(jian)(jian)震性的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)難以統一。前者為低(di)碳當量，后者為高(gao)(gao)碳當量，因(yin)此jingmi機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)度(du)(du)要(yao)(yao)求(qiu)其(qi)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)，既要(yao)(yao)有(you)強有(you)力的(de)(de)(de)抗變(bian)形(xing)能力的(de)(de)(de)材質剛性，又要(yao)(yao)有(you)優(you)良的(de)(de)(de)減(jian)(jian)震性，這 要(yao)(yao)求(qiu)碳當量與(yu)高(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)剛度(du)(du)在(zai)一個(ge)新(xin)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)度(du)(du)上(shang)達到平衡。即在(zai)高(gao)(gao)碳當量下達到高(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)剛度(du)(du)，才能滿足高(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)減(jian)(jian)振(zhen)性的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)。
2、機床度保持(chi)性與床身鑄件/機床鑄件的殘余應(ying)力：
機(ji)床(chuang)(chuang)度保持性(xing)是數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)的重要的質(zhi)量指標，目前我(wo)國(guo)(guo)(guo)與國(guo)(guo)(guo)外還有相當大的差距。國(guo)(guo)(guo)內(nei)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)的度保持性(xing)約為一(yi)年，而國(guo)(guo)(guo)外可達五年。這(zhe)是我(wo)國(guo)(guo)(guo)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)進口量為世界一(yi)的主要原因(yin)之一(yi)。
鑄件(jian)(jian)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)殘(can)余(yu)(yu)應力(li)對鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸度穩定性的(de)(de)(de)(de)影響是很大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)。在高度的(de)(de)(de)(de)機(ji)床在加(jia)工(gong)中(zhong)(zhong)(zhong)，引起塑(su)性的(de)(de)(de)(de)，不可逆的(de)(de)(de)(de)變形(xing)有三個因素：工(gong)作負荷、材料剛度、殘(can)余(yu)(yu)應力(li)。這三者中(zhong)(zhong)(zhong)殘(can)余(yu)(yu)應力(li)為危險，因為其(qi)應力(li)往往大(da)(da)(da)于工(gong)作負荷，且它(ta)是持(chi)續的(de)(de)(de)(de)，不間(jian)斷(duan)的(de)(de)(de)(de)。為未時效的(de)(de)(de)(de)機(ji)床鑄件(jian)(jian)，殘(can)余(yu)(yu)應力(li)較大(da)(da)(da)，鑄件(jian)(jian)變形(xing)大(da)(da)(da)。為熱時效后的(de)(de)(de)(de)機(ji)床鑄件(jian)(jian)，殘(can)余(yu)(yu)應力(li)較小，鑄件(jian)(jian)變形(xing)較小。
3、床身鑄件的高強度(du)與加工(gong)性能
高(gao)度(du)的(de)(de)(de)(de)床身鑄件，大部分都是(shi)用數控加工(gong)機(ji)床進行加工(gong)的(de)(de)(de)(de)。目前主軸轉(zhuan)速從(cong)每(mei)分鐘幾千轉(zhuan)，到幾萬轉(zhuan)，甚至(zhi)達十幾萬轉(zhuan)。切(qie)(qie)削速度(du)大幅度(du)提高(gao)，每(mei)臺(tai)數控皆有幾百把刀具，換(huan)刀速度(du)從(cong)十幾秒(miao)到十秒(miao)、三秒(miao)，甚至(zhi)達一秒(miao)。因此要求床身鑄件/機(ji)床鑄件有優良的(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)削性(xing)能，而現在的(de)(de)(de)(de)問題(ti)是(shi)低碳當量，不(bu)僅帶來了(le)鑄鐵的(de)(de)(de)(de)高(gao)強度(du)，還帶來了(le)高(gao)硬度(du)，導致了(le)加工(gong)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)惡化。
4、床身鑄件的(de)碳當量(liang)與(yu)鑄件薄壁化及縮松缺陷；
在達到HT300力學性能(neng)下(xia)，其(qi)所含的碳當(dang)量(liang)不同，其(qi)鑄(zhu)造性能(neng)中的鐵液流動(dong)性與鑄(zhu)鐵的收縮(suo)相(xiang)差甚大(da)。灰鑄(zhu)鐵碳當(dang)量(liang)與流動(dong)及(ji)殘余(yu)應力。不同碳當(dang)量(liang)下(xia)的收縮(suo)性，因機床鑄(zhu)件一般皆為亞共晶鑄(zhu)鐵，因此碳當(dang)量(liang)越(yue)(yue)(yue)低，流動(dong)性越(yue)(yue)(yue)差，收縮(suo)越(yue)(yue)(yue)大(da),殘余(yu)應力越(yue)(yue)(yue)大(da)。
要床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件薄壁化(hua)(hua)，減少縮(suo)松，縮(suo)孔(kong)缺(que)陷在高(gao)強(qiang)度下(xia)提高(gao)碳(tan)當量。目前國外的機(ji)床(chuang)(chuang)比我國機(ji)床(chuang)(chuang)重(zhong)量輕8-10。中(zhong)型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)壁厚已達(da)14-20mm。小型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)件壁厚已達(da)8-12mm。低碳(tan)當量、高(gao)強(qiang)度灰鑄件已是實現薄壁化(hua)(hua)的嚴重(zhong)障礙(ai)及造成縮(suo)松的重(zhong)要原(yuan)因。
綜(zong)合(he)上述(shu)充分(fen)表明高碳當量(liang)、高強度、高剛(gang)度、低(di)應力(li)是數控機床鑄件的核心要求(qiu)。
