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(ji)床重量80以上且對機(ji)床性能有重要影響(xiang)的床身鑄件，與(yu)冷加工(gong)的研(yan)究相比，有較大差距。去(qu)年， 下達了“jingmi數控機(ji)床床身鑄件尺寸度穩定性的課題”，以提高數控機(ji)床鑄件的質量。
值得(de)提出來的是，目前在(zai)(zai)金屬(shu)切(qie)削機床(chuang)灰鑄鐵件(jian)技術條件(jian)中規(gui)(gui)定(ding)，以機械性能(neng)為驗(yan)(yan)收的依據(ju)，化(hua)(hua)學成分不(bu)作(zuo)為驗(yan)(yan)收依據(ju)。如用戶需要(yao)可在(zai)(zai)合同中另訂。長期以來，這(zhe)項規(gui)(gui)定(ding)在(zai)(zai)我國不(bu)少床(chuang)身鑄件(jian)/機床(chuang)鑄件(jian)生產廠(chang)造(zao)成認識(shi)上的誤區：既然以力(li)學性能(neng)為驗(yan)(yan)收標準(zhun)，而化(hua)(hua)學成分不(bu)作(zuo)為驗(yan)(yan)收標準(zhun)，那么，以降低碳當量的措(cuo)施(shi)達到高強度(du)，則(ze)是易實現的。
長(chang)期以來由于我國床身鑄件(jian)/機(ji)床鑄件(jian)的高強(qiang)度是在低碳當量下取得的，它對(dui)機(ji)床性能的負(fu)面(mian)影(ying)響是很大的。低碳當量、高強(qiang)度產生的問題是：
收縮(suo)大，導(dao)致(zhi)縮(suo)孔(kong)、縮(suo)松傾向增(zeng)加；
殘余(yu)應力大，導致尺寸(cun)度穩定性差，開裂傾(qing)向zengda；
流(liu)動性差，限制了鑄件(jian)薄壁(bi)化；
加工性(xing)能差，導致(zhi)切削速度的(de)降低與力具壽命(ming)的(de)下降；
減(jian)震性差，導致(zhi)加工度與度穩定性的降低；
質(zhi)量穩定性(xing)差(cha)，這是因為(wei)低碳當量導(dao)致的上(shang)述問(wen)題(ti)在生產(chan)中反復出現(xian)，此長彼消(xiao)，質(zhi)量難以穩定。在2014年中對國內(nei)具有代表(biao)性(xing)的機床生產(chan)企業調查表(biao)明，用戶反饋意見中占一位是質(zhi)量不穩定。
一(yi)、數控機床的發(fa)展(zhan)與機床鑄件(jian)質(zhi)量的提高；
近(jin)50年(nian)來，機床的(de)(de)度(du)已(yi)提高了100倍，已(yi)進入亞微米級及nami級超加工時代。高度(du)與度(du)的(de)(de)保持性是數控機床質量的(de)(de)首要指標(biao)。
1、機床(chuang)度(du)與床(chuang)身鑄件(jian)的剛(gang)性及減震(zhen)性；
度(du)是指(zhi)被加(jia)工(gong)(gong)(gong)零件(jian)能達到的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)度(du)。因為目前數控機(ji)(ji)床已進入(ru)航空(kong)航天、兵(bing)器、核工(gong)(gong)(gong)業(ye)、電子技術、船舶等軍工(gong)(gong)(gong)領域。重(zhong)型(xing)、超(chao)重(zhong)型(xing)數控機(ji)(ji)床已進入(ru)大型(xing)電站設備、石化冶金(jin)設備、汽(qi)車制造等。這些高(gao)(gao)度(du)、高(gao)(gao)速(su)切削(xue)(xue)、切削(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)數控機(ji)(ji)床對(dui)床身鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)(gang)度(du)與(yu)減(jian)震(zhen)性(xing)提(ti)出了(le) 高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)要求：航天航空(kong)、核工(gong)(gong)(gong)業(ye)、兵(bing)器、發電設備所(suo)需各種、 種性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)材料。加(jia)工(gong)(gong)(gong)時又“粘”又“硬(ying)”，故(gu)要求機(ji)(ji)床與(yu)機(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)具有(you)足夠的(de)(de)(de)(de)(de)抗變形(xing)能力，即(ji)使在高(gao)(gao)速(su)、切削(xue)(xue)下仍能保持(chi)高(gao)(gao)度(du)。從使用角(jiao)度(du)上(shang)看，床身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)(gang)性(xing)比強度(du) 為重(zhong)要：實踐與(yu)計算表明(ming)，即(ji)使大的(de)(de)(de)(de)(de)切削(xue)(xue)力，機(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)仍有(you)較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)系數，但卻會出現(xian)由于剛(gang)(gang)性(xing)差、抗變形(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)能力及減(jian)震(zhen)性(xing)差而失去加(jia)工(gong)(gong)(gong)度(du)。因此(ci)數控jingmi機(ji)(ji)床在高(gao)(gao)速(su)切削(xue)(xue)、切削(xue)(xue)下，機(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)具有(you)較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)(gang)性(xing)與(yu)優良的(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)震(zhen)性(xing)。
現代數控機床(chuang)中主要(yao)受力(li)的機床(chuang)件，往往不是(shi)(shi)按強(qiang)度(du)設(she)計的，大部(bu)分(fen)是(shi)(shi)按剛性(xing)設(she)計的。提高(gao)(gao)床(chuang)身(shen)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件/機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件剛性(xing)的措(cuo)施來自兩(liang)個方面(mian)：一個是(shi)(shi)提高(gao)(gao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件的結構剛性(xing)，這 是(shi)(shi)機床(chuang)件向雙層壁、多層壁結構發展。形成機床(chuang)件薄壁化(hua)，結構日益復雜的重要(yao)原(yuan)因。另一項措(cuo)施是(shi)(shi)提高(gao)(gao)機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件的材質剛性(xing)，即彈(dan)性(xing)模量，而彈(dan)性(xing)模量的高(gao)(gao)低主要(yao)取決于(yu)抗拉強(qiang)度(du)，因此現代的數控機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件皆采用(yong)了高(gao)(gao)強(qiang)度(du)灰鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵HT300、HT350及(ji)高(gao)(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)(gao)剛度(du)球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵材質。
保持加工時高度的另一因素是床身鑄(zhu)(zhu)件具備優(you)(you)良的減震性(xing)。值得提(ti)出的是，在減震性(xing)能中，灰鑄(zhu)(zhu)鐵的減震性(xing)優(you)(you)于(yu)(yu)球(qiu)墨鑄(zhu)(zhu)鐵，而灰鑄(zhu)(zhu)鐵中，碳當(dang)量(liang)高的減震性(xing)又優(you)(you)于(yu)(yu)低碳當(dang)量(liang)者。
長期以(yi)來，機床件的高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)與要求優良的減(jian)震(zhen)性的要求難(nan)以(yi)統一。前者(zhe)為(wei)低碳(tan)(tan)當(dang)量(liang)(liang)，后者(zhe)為(wei)高(gao)(gao)(gao)碳(tan)(tan)當(dang)量(liang)(liang)，因(yin)此jingmi機床的度(du)(du)(du)要求其機床件，既要有強(qiang)(qiang)有力的抗(kang)變(bian)形能力的材質剛(gang)性，又要有優良的減(jian)震(zhen)性，這 要求碳(tan)(tan)當(dang)量(liang)(liang)與高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度(du)(du)(du)在一個新的高(gao)(gao)(gao)度(du)(du)(du)上達(da)到平衡。即在高(gao)(gao)(gao)碳(tan)(tan)當(dang)量(liang)(liang)下達(da)到高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度(du)(du)(du)，才(cai)能滿(man)足(zu)高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)減(jian)振性的要求。
2、機床度保持(chi)性與(yu)床身(shen)鑄(zhu)件/機床鑄(zhu)件的殘(can)余(yu)應力：
機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)度保持(chi)性(xing)(xing)是數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的重要的質量指標(biao)，目前我國(guo)與國(guo)外(wai)還有相當大的差距。國(guo)內數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的度保持(chi)性(xing)(xing)約為一年，而國(guo)外(wai)可達五年。這是我國(guo)數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)進口量為世界(jie)一的主要原因之一。
鑄(zhu)件(jian)(jian)中(zhong)的(de)殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)力(li)對鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)尺寸度穩定性(xing)的(de)影響是很大(da)的(de)。在高(gao)度的(de)機(ji)(ji)床(chuang)在加工(gong)(gong)中(zhong)，引起塑性(xing)的(de)，不可(ke)逆的(de)變形(xing)(xing)有三(san)個因(yin)素：工(gong)(gong)作負(fu)荷、材(cai)料(liao)剛度、殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)力(li)。這(zhe)三(san)者中(zhong)殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)力(li)為危(wei)險，因(yin)為其應(ying)力(li)往(wang)往(wang)大(da)于工(gong)(gong)作負(fu)荷，且它是持續的(de)，不間(jian)斷(duan)的(de)。為未時(shi)效(xiao)的(de)機(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)力(li)較(jiao)大(da)，鑄(zhu)件(jian)(jian)變形(xing)(xing)大(da)。為熱時(shi)效(xiao)后的(de)機(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)力(li)較(jiao)小(xiao)(xiao)，鑄(zhu)件(jian)(jian)變形(xing)(xing)較(jiao)小(xiao)(xiao)。
3、床(chuang)身鑄(zhu)件的高強度與加工性能(neng)
高(gao)(gao)度(du)(du)的(de)(de)床(chuang)身(shen)鑄件，大部(bu)分都是用(yong)數控(kong)加(jia)工(gong)機床(chuang)進(jin)行加(jia)工(gong)的(de)(de)。目前主軸轉(zhuan)(zhuan)速從(cong)每(mei)分鐘(zhong)幾(ji)(ji)千轉(zhuan)(zhuan)，到幾(ji)(ji)萬(wan)轉(zhuan)(zhuan)，甚(shen)(shen)至達(da)(da)十(shi)幾(ji)(ji)萬(wan)轉(zhuan)(zhuan)。切削(xue)速度(du)(du)大幅度(du)(du)提高(gao)(gao)，每(mei)臺數控(kong)皆有幾(ji)(ji)百把(ba)刀具(ju)，換刀速度(du)(du)從(cong)十(shi)幾(ji)(ji)秒(miao)(miao)到十(shi)秒(miao)(miao)、三秒(miao)(miao)，甚(shen)(shen)至達(da)(da)一秒(miao)(miao)。因此要求(qiu)床(chuang)身(shen)鑄件/機床(chuang)鑄件有優(you)良的(de)(de)切削(xue)性(xing)能，而現在(zai)的(de)(de)問題是低碳當量，不僅帶來(lai)了鑄鐵的(de)(de)高(gao)(gao)強度(du)(du)，還帶來(lai)了高(gao)(gao)硬度(du)(du)，導致了加(jia)工(gong)性(xing)能的(de)(de)惡化。
4、床身鑄件的碳當量(liang)與鑄件薄壁化(hua)及縮松(song)缺(que)陷；
在達到HT300力學性(xing)能(neng)下，其所含的(de)碳(tan)當(dang)(dang)量不(bu)同(tong)，其鑄(zhu)(zhu)造性(xing)能(neng)中的(de)鐵(tie)(tie)液流(liu)(liu)動(dong)性(xing)與鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)收(shou)(shou)縮相差甚大。灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)碳(tan)當(dang)(dang)量與流(liu)(liu)動(dong)及殘(can)余應(ying)力。不(bu)同(tong)碳(tan)當(dang)(dang)量下的(de)收(shou)(shou)縮性(xing)，因機床鑄(zhu)(zhu)件一般皆(jie)為亞共(gong)晶(jing)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)，因此碳(tan)當(dang)(dang)量越低，流(liu)(liu)動(dong)性(xing)越差，收(shou)(shou)縮越大,殘(can)余應(ying)力越大。
要床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)薄壁化，減少(shao)縮(suo)松，縮(suo)孔(kong)缺(que)陷在(zai)高(gao)強度(du)下提高(gao)碳當量(liang)。目前國外的機(ji)床(chuang)(chuang)比我(wo)國機(ji)床(chuang)(chuang)重量(liang)輕8-10。中型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)壁厚(hou)已(yi)達14-20mm。小型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)壁厚(hou)已(yi)達8-12mm。低碳當量(liang)、高(gao)強度(du)灰鑄件(jian)已(yi)是實現薄壁化的嚴重障礙及造(zao)成縮(suo)松的重要原因。
綜合(he)上述充分(fen)表明高(gao)碳(tan)當量、高(gao)強度、高(gao)剛度、低(di)應力是(shi)數控機床鑄(zhu)件的(de)核心要求。
