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以上(shang)且(qie)對機床(chuang)(chuang)性(xing)能(neng)有(you)重要影響的(de)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件，與(yu)冷加工的(de)研究相比，有(you)較大(da)差距(ju)。去(qu)年， 下達了(le)“jingmi數控機床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件尺寸度穩定性(xing)的(de)課題”，以提高數控機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件的(de)質量。
值得(de)提(ti)出來(lai)的(de)是，目前(qian)在金(jin)屬切(qie)削機床灰鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)件技術條件中規定，以機械(xie)性能為(wei)驗收(shou)的(de)依據，化(hua)學(xue)成分不作為(wei)驗收(shou)依據。如(ru)用戶需要可在合同中另訂。長期以來(lai)，這項規定在我國(guo)不少(shao)床身鑄(zhu)(zhu)件/機床鑄(zhu)(zhu)件生產廠造成認(ren)識(shi)上的(de)誤(wu)區：既(ji)然以力(li)學(xue)性能為(wei)驗收(shou)標準(zhun)，而化(hua)學(xue)成分不作為(wei)驗收(shou)標準(zhun)，那(nei)么，以降(jiang)低碳當量的(de)措施(shi)達到高強度，則是易實現(xian)的(de)。
長期以來由于我國床身鑄件/機(ji)床鑄件的高強(qiang)度(du)是在(zai)低碳(tan)當(dang)量(liang)下(xia)取得的，它對機(ji)床性能的負面影響是很大的。低碳(tan)當(dang)量(liang)、高強(qiang)度(du)產生(sheng)的問題是：
收縮(suo)大，導致縮(suo)孔、縮(suo)松傾向(xiang)增加；
殘余(yu)應力大，導致(zhi)尺寸(cun)度穩定(ding)性(xing)差，開裂傾向zengda；
流(liu)動性差，限(xian)制了(le)鑄(zhu)件(jian)薄壁化(hua)；
加(jia)工性能(neng)差，導致(zhi)切削速(su)度的降低與(yu)力(li)具壽(shou)命的下降；
減(jian)震(zhen)性(xing)(xing)差，導致加工度與度穩定性(xing)(xing)的降低(di)；
質(zhi)量穩定(ding)性(xing)差(cha)，這(zhe)是(shi)因為低碳當量導(dao)致的(de)上述問(wen)題在生產中(zhong)(zhong)反復出現，此長彼消，質(zhi)量難以穩定(ding)。在2014年中(zhong)(zhong)對國內具有代(dai)表性(xing)的(de)機床生產企業(ye)調查表明，用戶(hu)反饋意(yi)見中(zhong)(zhong)占一位是(shi)質(zhi)量不穩定(ding)。
一(yi)、數控機床的發展與機床鑄件質量(liang)的提高；
近(jin)50年(nian)來，機床的(de)度已提高了100倍，已進入亞(ya)微(wei)米(mi)級及nami級超加(jia)工時(shi)代。高度與(yu)度的(de)保(bao)持性是(shi)數控機床質量的(de)首(shou)要指標(biao)。
1、機床(chuang)度與(yu)床(chuang)身鑄件的(de)剛性(xing)及減(jian)震性(xing)；
度(du)(du)(du)(du)是指被加(jia)工(gong)零件(jian)(jian)能(neng)達到的加(jia)工(gong)度(du)(du)(du)(du)。因為目前(qian)數(shu)(shu)(shu)控機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)已進入航(hang)空航(hang)天、兵器(qi)、核(he)工(gong)業(ye)、電(dian)子技術、船舶等軍工(gong)領域。重型、超重型數(shu)(shu)(shu)控機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)已進入大(da)型電(dian)站(zhan)設(she)備、石化冶金(jin)設(she)備、汽車制造(zao)等。這些(xie)高(gao)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)速切(qie)(qie)削(xue)、切(qie)(qie)削(xue)的數(shu)(shu)(shu)控機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)對床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)(jian)的剛度(du)(du)(du)(du)與(yu)減(jian)震性(xing)提出(chu)了 高(gao)的要求(qiu)：航(hang)天航(hang)空、核(he)工(gong)業(ye)、兵器(qi)、發電(dian)設(she)備所需(xu)各種、 種性(xing)能(neng)的合金(jin)材料。加(jia)工(gong)時又“粘(zhan)”又“硬”，故要求(qiu)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)與(yu)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)具有足夠(gou)的抗變形能(neng)力(li)，即使在(zai)高(gao)速、切(qie)(qie)削(xue)下仍能(neng)保持(chi)高(gao)度(du)(du)(du)(du)。從使用角度(du)(du)(du)(du)上看，床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)的剛性(xing)比強度(du)(du)(du)(du) 為重要：實踐與(yu)計算表明，即使大(da)的切(qie)(qie)削(xue)力(li)，機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)的強度(du)(du)(du)(du)仍有較大(da)的系數(shu)(shu)(shu)，但卻(que)會出(chu)現(xian)由于(yu)剛性(xing)差、抗變形的能(neng)力(li)及減(jian)震性(xing)差而失(shi)去加(jia)工(gong)度(du)(du)(du)(du)。因此數(shu)(shu)(shu)控jingmi機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)在(zai)高(gao)速切(qie)(qie)削(xue)、切(qie)(qie)削(xue)下，機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)具有較高(gao)的剛性(xing)與(yu)優良的減(jian)震性(xing)。
現(xian)代數控機床(chuang)(chuang)中主(zhu)要受(shou)力的(de)機床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)，往(wang)(wang)往(wang)(wang)不(bu)是按強(qiang)度設計的(de)，大部分是按剛性(xing)設計的(de)。提(ti)高床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)剛性(xing)的(de)措(cuo)施來自兩(liang)個方(fang)面：一個是提(ti)高鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)結(jie)構剛性(xing)，這 是機床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)向雙層(ceng)壁、多層(ceng)壁結(jie)構發展(zhan)。形成機床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)薄壁化，結(jie)構日益復雜的(de)重要原因。另一項措(cuo)施是提(ti)高機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)材質(zhi)剛性(xing)，即(ji)彈性(xing)模量(liang)，而彈性(xing)模量(liang)的(de)高低(di)主(zhu)要取決(jue)于抗拉強(qiang)度，因此(ci)現(xian)代的(de)數控機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)皆采用了高強(qiang)度灰鑄(zhu)鐵HT300、HT350及高強(qiang)度、高剛度球墨鑄(zhu)鐵材質(zhi)。
保持加工時(shi)高度的(de)(de)另一因素是床身鑄(zhu)件(jian)具(ju)備優良的(de)(de)減(jian)震(zhen)(zhen)(zhen)性(xing)。值得提出(chu)的(de)(de)是，在減(jian)震(zhen)(zhen)(zhen)性(xing)能中，灰鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)減(jian)震(zhen)(zhen)(zhen)性(xing)優于球墨鑄(zhu)鐵(tie)，而灰鑄(zhu)鐵(tie)中，碳當量高的(de)(de)減(jian)震(zhen)(zhen)(zhen)性(xing)又優于低碳當量者。
長期(qi)以來，機(ji)床件(jian)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)與(yu)要(yao)求(qiu)優良(liang)的(de)(de)減震性(xing)(xing)的(de)(de)要(yao)求(qiu)難以統一。前者為(wei)低碳(tan)當(dang)量，后者為(wei)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)碳(tan)當(dang)量，因此jingmi機(ji)床的(de)(de)度(du)(du)要(yao)求(qiu)其機(ji)床件(jian)，既(ji)要(yao)有(you)強有(you)力的(de)(de)抗變形能力的(de)(de)材質(zhi)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)，又要(yao)有(you)優良(liang)的(de)(de)減震性(xing)(xing)，這 要(yao)求(qiu)碳(tan)當(dang)量與(yu)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)在一個新(xin)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)度(du)(du)上達(da)(da)到平衡。即(ji)在高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)碳(tan)當(dang)量下達(da)(da)到高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)，才能滿足高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)減振性(xing)(xing)的(de)(de)要(yao)求(qiu)。
2、機床(chuang)(chuang)度保持性與床(chuang)(chuang)身鑄件/機床(chuang)(chuang)鑄件的(de)殘(can)余應(ying)力(li)：
機(ji)床(chuang)(chuang)度保持性是(shi)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)重要的(de)質量指(zhi)標，目前我國(guo)與(yu)國(guo)外(wai)還有(you)相當大的(de)差(cha)距。國(guo)內數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)度保持性約為(wei)一年，而國(guo)外(wai)可(ke)達五年。這(zhe)是(shi)我國(guo)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)進口量為(wei)世(shi)界一的(de)主(zhu)要原因之一。
鑄(zhu)件(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)殘(can)余應(ying)力(li)對(dui)鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)尺寸度穩定性的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)是很(hen)大的(de)(de)(de)(de)。在高度的(de)(de)(de)(de)機床(chuang)在加工中(zhong)，引起塑性的(de)(de)(de)(de)，不可逆的(de)(de)(de)(de)變形有三個因(yin)素：工作負(fu)荷(he)、材料剛度、殘(can)余應(ying)力(li)。這三者中(zhong)殘(can)余應(ying)力(li)為(wei)危險(xian)，因(yin)為(wei)其(qi)應(ying)力(li)往(wang)往(wang)大于工作負(fu)荷(he)，且它是持續的(de)(de)(de)(de)，不間斷的(de)(de)(de)(de)。為(wei)未時(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)機床(chuang)鑄(zhu)件(jian)，殘(can)余應(ying)力(li)較(jiao)大，鑄(zhu)件(jian)變形大。為(wei)熱時(shi)效(xiao)后的(de)(de)(de)(de)機床(chuang)鑄(zhu)件(jian)，殘(can)余應(ying)力(li)較(jiao)小(xiao)，鑄(zhu)件(jian)變形較(jiao)小(xiao)。
3、床(chuang)身(shen)鑄(zhu)件的(de)高強(qiang)度與加工(gong)性能
高(gao)度(du)的(de)(de)床(chuang)身(shen)鑄件(jian)，大(da)部(bu)分都是用數(shu)控加(jia)工機床(chuang)進行加(jia)工的(de)(de)。目前主軸轉(zhuan)速(su)從每(mei)分鐘(zhong)幾(ji)千轉(zhuan)，到幾(ji)萬(wan)轉(zhuan)，甚(shen)至(zhi)達十幾(ji)萬(wan)轉(zhuan)。切削(xue)速(su)度(du)大(da)幅(fu)度(du)提高(gao)，每(mei)臺數(shu)控皆有(you)幾(ji)百(bai)把(ba)刀具，換刀速(su)度(du)從十幾(ji)秒到十秒、三秒，甚(shen)至(zhi)達一秒。因此要(yao)求床(chuang)身(shen)鑄件(jian)/機床(chuang)鑄件(jian)有(you)優良的(de)(de)切削(xue)性能，而(er)現在的(de)(de)問題(ti)是低碳當(dang)量，不僅帶(dai)來(lai)了(le)鑄鐵(tie)的(de)(de)高(gao)強度(du)，還(huan)帶(dai)來(lai)了(le)高(gao)硬度(du)，導致了(le)加(jia)工性能的(de)(de)惡化。
4、床身鑄(zhu)件的碳當量與鑄(zhu)件薄壁化(hua)及縮松缺陷；
在達(da)到HT300力(li)學性能下，其所含的碳(tan)當量(liang)不同，其鑄造性能中的鐵(tie)液流(liu)動(dong)性與鑄鐵(tie)的收縮相差甚大(da)(da)。灰(hui)鑄鐵(tie)碳(tan)當量(liang)與流(liu)動(dong)及殘余應力(li)。不同碳(tan)當量(liang)下的收縮性，因(yin)機床鑄件一(yi)般皆為(wei)亞共(gong)晶鑄鐵(tie)，因(yin)此碳(tan)當量(liang)越(yue)低，流(liu)動(dong)性越(yue)差，收縮越(yue)大(da)(da),殘余應力(li)越(yue)大(da)(da)。
要床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件(jian)(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)薄壁(bi)(bi)化(hua)，減(jian)少(shao)縮(suo)松，縮(suo)孔缺(que)陷(xian)在高(gao)強(qiang)(qiang)度下提(ti)高(gao)碳當量。目前國外(wai)的機床(chuang)(chuang)比我(wo)國機床(chuang)(chuang)重量輕8-10。中型機床(chuang)(chuang)壁(bi)(bi)厚已達14-20mm。小(xiao)型機床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)壁(bi)(bi)厚已達8-12mm。低(di)碳當量、高(gao)強(qiang)(qiang)度灰鑄件(jian)(jian)已是實現(xian)薄壁(bi)(bi)化(hua)的嚴重障(zhang)礙及造(zao)成縮(suo)松的重要原因。
綜合上述充(chong)分表明高(gao)碳當量、高(gao)強度、高(gao)剛度、低應力是數控機床鑄件的核心要求。
