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)(chuang)重量80以(yi)上且對(dui)機床(chuang)(chuang)(chuang)性能有重要影響的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄件，與(yu)冷(leng)加工的(de)研(yan)究相比(bi)，有較大差距。去年， 下達(da)了“jingmi數(shu)控(kong)機床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄件尺寸度穩定性的(de)課(ke)題”，以(yi)提高數(shu)控(kong)機床(chuang)(chuang)(chuang)鑄件的(de)質量。
值(zhi)得提(ti)出來的(de)(de)是，目前(qian)在金屬(shu)切削機(ji)床灰(hui)鑄鐵件(jian)(jian)(jian)技術條件(jian)(jian)(jian)中規(gui)定(ding)，以(yi)機(ji)械性能(neng)為(wei)驗(yan)收的(de)(de)依據，化學(xue)成分不作(zuo)(zuo)為(wei)驗(yan)收依據。如用(yong)戶需要可在合同(tong)中另訂。長期以(yi)來，這項規(gui)定(ding)在我(wo)國不少床身鑄件(jian)(jian)(jian)/機(ji)床鑄件(jian)(jian)(jian)生產(chan)廠造成認識上(shang)的(de)(de)誤區：既(ji)然以(yi)力學(xue)性能(neng)為(wei)驗(yan)收標(biao)準，而化學(xue)成分不作(zuo)(zuo)為(wei)驗(yan)收標(biao)準，那么，以(yi)降低碳當(dang)量的(de)(de)措施達到高(gao)強度，則是易實現的(de)(de)。
長期以來由于我(wo)國床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)/機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)的(de)高(gao)強(qiang)度是在低碳當(dang)量(liang)下取得(de)的(de)，它對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)性能的(de)負面影響是很大的(de)。低碳當(dang)量(liang)、高(gao)強(qiang)度產生(sheng)的(de)問題是：
收縮(suo)大，導致縮(suo)孔(kong)、縮(suo)松傾向增(zeng)加；
殘余應力大(da)，導致尺寸度穩定性差，開裂傾向zengda；
流動(dong)性差(cha)，限制了(le)鑄(zhu)件薄壁化(hua)；
加工性能差，導(dao)致切削(xue)速度的降(jiang)(jiang)低與力具(ju)壽命的下降(jiang)(jiang)；
減震性差，導致(zhi)加(jia)工(gong)度(du)與(yu)度(du)穩定性的降低；
質量(liang)穩(wen)(wen)定性(xing)(xing)差，這是因為低碳當量(liang)導致(zhi)的上述(shu)問題(ti)在生產中反復出現，此長(chang)彼消(xiao)，質量(liang)難以穩(wen)(wen)定。在2014年(nian)中對國(guo)內具(ju)有代表性(xing)(xing)的機床生產企(qi)業調查(cha)表明，用戶(hu)反饋意(yi)見中占一位(wei)是質量(liang)不穩(wen)(wen)定。
一、數(shu)控機床的(de)發展與機床鑄件質量的(de)提(ti)高；
近50年來，機床的度已提(ti)高了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(shi)數控機床質量(liang)的首要指(zhi)標。
1、機床度(du)與(yu)床身鑄件的(de)剛性(xing)(xing)及減震(zhen)性(xing)(xing)；
度(du)(du)是指被加工零件(jian)能(neng)達到的(de)(de)(de)加工度(du)(du)。因(yin)為(wei)目前(qian)數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)已(yi)進(jin)(jin)入航(hang)空航(hang)天(tian)、兵(bing)器、核(he)工業(ye)、電子技術(shu)、船舶等軍工領(ling)域。重(zhong)(zhong)型(xing)、超(chao)重(zhong)(zhong)型(xing)數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)已(yi)進(jin)(jin)入大(da)(da)型(xing)電站設備、石化(hua)冶金設備、汽車制造等。這些高(gao)(gao)度(du)(du)、高(gao)(gao)速切(qie)削、切(qie)削的(de)(de)(de)數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)對床(chuang)身(shen)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)剛(gang)(gang)度(du)(du)與(yu)減(jian)(jian)震性(xing)提(ti)出了 高(gao)(gao)的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)：航(hang)天(tian)航(hang)空、核(he)工業(ye)、兵(bing)器、發(fa)電設備所需各種(zhong)、 種(zhong)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)合金材料。加工時又(you)“粘”又(you)“硬”，故要(yao)(yao)求(qiu)機(ji)(ji)床(chuang)與(yu)機(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)具有足(zu)夠的(de)(de)(de)抗變形能(neng)力，即(ji)(ji)使在高(gao)(gao)速、切(qie)削下仍能(neng)保持(chi)高(gao)(gao)度(du)(du)。從使用(yong)角度(du)(du)上看(kan)，床(chuang)身(shen)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)/機(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)剛(gang)(gang)性(xing)比強度(du)(du) 為(wei)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)：實踐與(yu)計算(suan)表明，即(ji)(ji)使大(da)(da)的(de)(de)(de)切(qie)削力，機(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)強度(du)(du)仍有較大(da)(da)的(de)(de)(de)系數(shu)，但卻會出現由(you)于剛(gang)(gang)性(xing)差(cha)、抗變形的(de)(de)(de)能(neng)力及減(jian)(jian)震性(xing)差(cha)而失去加工度(du)(du)。因(yin)此數(shu)控jingmi機(ji)(ji)床(chuang)在高(gao)(gao)速切(qie)削、切(qie)削下，機(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)具有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)剛(gang)(gang)性(xing)與(yu)優良的(de)(de)(de)減(jian)(jian)震性(xing)。
現(xian)(xian)代數控(kong)機床(chuang)(chuang)(chuang)中主要受力的(de)(de)(de)(de)機床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)(jian)，往(wang)往(wang)不是按強度(du)(du)設(she)計(ji)的(de)(de)(de)(de)，大(da)部(bu)分是按剛(gang)性(xing)(xing)設(she)計(ji)的(de)(de)(de)(de)。提高(gao)(gao)床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)/機床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)剛(gang)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)措(cuo)施來自兩個(ge)(ge)方面：一個(ge)(ge)是提高(gao)(gao)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)結構(gou)剛(gang)性(xing)(xing)，這 是機床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)(jian)向(xiang)雙(shuang)層壁、多層壁結構(gou)發展。形成(cheng)機床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)(jian)薄壁化，結構(gou)日益(yi)復雜的(de)(de)(de)(de)重要原因。另一項(xiang)措(cuo)施是提高(gao)(gao)機床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)材(cai)質(zhi)剛(gang)性(xing)(xing)，即彈性(xing)(xing)模量(liang)(liang)，而彈性(xing)(xing)模量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)低(di)主要取決于抗拉強度(du)(du)，因此(ci)現(xian)(xian)代的(de)(de)(de)(de)數控(kong)機床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)皆采用了高(gao)(gao)強度(du)(du)灰鑄(zhu)鐵HT300、HT350及高(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)剛(gang)度(du)(du)球墨鑄(zhu)鐵材(cai)質(zhi)。
保持加工時高(gao)度的(de)另一因(yin)素是床身鑄(zhu)(zhu)件具(ju)備優良的(de)減震(zhen)(zhen)性(xing)。值(zhi)得提(ti)出的(de)是，在減震(zhen)(zhen)性(xing)能(neng)中，灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)減震(zhen)(zhen)性(xing)優于(yu)球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)，而灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中，碳(tan)(tan)當量(liang)高(gao)的(de)減震(zhen)(zhen)性(xing)又(you)優于(yu)低碳(tan)(tan)當量(liang)者(zhe)。
長期(qi)以(yi)來，機(ji)床件的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)強度(du)與(yu)要(yao)求(qiu)優(you)良(liang)(liang)的(de)(de)減震(zhen)(zhen)性(xing)的(de)(de)要(yao)求(qiu)難以(yi)統一。前者為低碳當(dang)量(liang)，后者為高(gao)(gao)(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)，因此jingmi機(ji)床的(de)(de)度(du)要(yao)求(qiu)其機(ji)床件，既要(yao)有強有力的(de)(de)抗變形能(neng)力的(de)(de)材質剛(gang)(gang)性(xing)，又要(yao)有優(you)良(liang)(liang)的(de)(de)減震(zhen)(zhen)性(xing)，這 要(yao)求(qiu)碳當(dang)量(liang)與(yu)高(gao)(gao)(gao)(gao)強度(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)在一個新的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)度(du)上達到(dao)平(ping)衡。即在高(gao)(gao)(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)下達到(dao)高(gao)(gao)(gao)(gao)強度(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)，才能(neng)滿足高(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)減振性(xing)的(de)(de)要(yao)求(qiu)。
2、機(ji)床(chuang)度保持性與床(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)的殘(can)余(yu)應力：
機床(chuang)(chuang)度(du)保持性是數控(kong)(kong)機床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)重要的(de)(de)(de)質(zhi)量指標，目(mu)前(qian)我國與(yu)國外還有相當(dang)大的(de)(de)(de)差距。國內(nei)數控(kong)(kong)機床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)度(du)保持性約(yue)為(wei)一(yi)年，而(er)國外可達五年。這是我國數控(kong)(kong)機床(chuang)(chuang)進口量為(wei)世界(jie)一(yi)的(de)(de)(de)主要原(yuan)因(yin)之(zhi)一(yi)。
鑄(zhu)(zhu)件(jian)中(zhong)的(de)(de)殘(can)(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)對鑄(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)尺寸度穩定(ding)性的(de)(de)影響是(shi)很大的(de)(de)。在高度的(de)(de)機床在加工(gong)中(zhong)，引起(qi)塑性的(de)(de)，不(bu)可逆的(de)(de)變形(xing)有三(san)個因(yin)素：工(gong)作(zuo)負荷、材料(liao)剛度、殘(can)(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)。這三(san)者中(zhong)殘(can)(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)為危險，因(yin)為其應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)往往大于工(gong)作(zuo)負荷，且它(ta)是(shi)持續的(de)(de)，不(bu)間(jian)斷(duan)的(de)(de)。為未時效的(de)(de)機床鑄(zhu)(zhu)件(jian)，殘(can)(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)較(jiao)大，鑄(zhu)(zhu)件(jian)變形(xing)大。為熱時效后的(de)(de)機床鑄(zhu)(zhu)件(jian)，殘(can)(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)較(jiao)小(xiao)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)變形(xing)較(jiao)小(xiao)。
3、床(chuang)身鑄件的(de)高強(qiang)度與加(jia)工性(xing)能
高(gao)度(du)的(de)床身鑄件(jian)，大部分都是用數(shu)(shu)控(kong)(kong)加工(gong)機(ji)床進行加工(gong)的(de)。目前主(zhu)軸轉(zhuan)速從每分鐘幾千轉(zhuan)，到幾萬轉(zhuan)，甚至達十(shi)幾萬轉(zhuan)。切削(xue)速度(du)大幅度(du)提(ti)高(gao)，每臺數(shu)(shu)控(kong)(kong)皆有(you)(you)幾百(bai)把刀具，換刀速度(du)從十(shi)幾秒(miao)到十(shi)秒(miao)、三(san)秒(miao)，甚至達一(yi)秒(miao)。因此要求床身鑄件(jian)/機(ji)床鑄件(jian)有(you)(you)優良的(de)切削(xue)性(xing)能，而現在的(de)問(wen)題(ti)是低碳(tan)當量，不僅(jin)帶來了(le)(le)鑄鐵(tie)的(de)高(gao)強度(du)，還帶來了(le)(le)高(gao)硬度(du)，導致了(le)(le)加工(gong)性(xing)能的(de)惡化。
4、床身鑄件的碳當(dang)量與鑄件薄壁化(hua)及縮松缺陷；
在達(da)到HT300力(li)學(xue)性(xing)能下，其(qi)所含的碳當(dang)量(liang)不(bu)同，其(qi)鑄造性(xing)能中的鐵液流(liu)動性(xing)與鑄鐵的收縮(suo)相(xiang)差甚大(da)。灰鑄鐵碳當(dang)量(liang)與流(liu)動及殘(can)(can)余(yu)應力(li)。不(bu)同碳當(dang)量(liang)下的收縮(suo)性(xing)，因(yin)機床鑄件一般皆為亞(ya)共晶鑄鐵，因(yin)此碳當(dang)量(liang)越低(di)，流(liu)動性(xing)越差，收縮(suo)越大(da),殘(can)(can)余(yu)應力(li)越大(da)。
要(yao)床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)薄(bo)壁化(hua)，減少縮(suo)松，縮(suo)孔缺陷在高強度(du)(du)下提高碳(tan)當(dang)量。目前國外的機(ji)床(chuang)(chuang)比我國機(ji)床(chuang)(chuang)重量輕8-10。中(zhong)型機(ji)床(chuang)(chuang)壁厚(hou)已達14-20mm。小(xiao)型機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)壁厚(hou)已達8-12mm。低碳(tan)當(dang)量、高強度(du)(du)灰鑄件(jian)已是實現薄(bo)壁化(hua)的嚴(yan)重障礙及造成縮(suo)松的重要(yao)原(yuan)因。
綜合(he)上述充分(fen)表明高碳當量(liang)、高強度、高剛度、低應力(li)是數控機(ji)床鑄件的核心要求。
