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)(chuang)重量80以上(shang)且對機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)性能有重要影(ying)響的床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件(jian)，與(yu)冷加(jia)工的研究相比，有較(jiao)大差(cha)距(ju)。去年， 下達了“jingmi數控(kong)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件(jian)尺寸(cun)度穩定(ding)性的課題”，以提高數控(kong)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)的質量。
值得提出來的(de)(de)(de)是(shi)，目(mu)前在(zai)金屬切(qie)削機(ji)床灰(hui)鑄鐵件技術條件中規定(ding)，以機(ji)械(xie)性能(neng)為驗收(shou)的(de)(de)(de)依據，化學成(cheng)分不作為驗收(shou)依據。如用戶需要可在(zai)合(he)同(tong)中另訂。長期以來，這項規定(ding)在(zai)我國不少床身(shen)鑄件/機(ji)床鑄件生(sheng)產廠造(zao)成(cheng)認識上的(de)(de)(de)誤區：既(ji)然以力學性能(neng)為驗收(shou)標(biao)準(zhun)，而(er)化學成(cheng)分不作為驗收(shou)標(biao)準(zhun)，那么，以降低碳當量的(de)(de)(de)措(cuo)施達(da)到高強度，則是(shi)易實現(xian)的(de)(de)(de)。
長期以來由于我國床身鑄件/機(ji)床鑄件的(de)高(gao)強(qiang)(qiang)度是(shi)在低碳(tan)(tan)當量下取得的(de)，它對機(ji)床性能的(de)負面(mian)影響(xiang)是(shi)很大的(de)。低碳(tan)(tan)當量、高(gao)強(qiang)(qiang)度產生(sheng)的(de)問題(ti)是(shi)：
收(shou)縮大(da)，導致縮孔、縮松(song)傾向增(zeng)加；
殘(can)余應力(li)大，導致尺(chi)寸度穩定性(xing)差，開裂(lie)傾向zengda；
流動(dong)性差，限制了鑄件(jian)薄壁化；
加(jia)工性能差(cha)，導致切削速度的降低(di)與(yu)力(li)具壽命的下(xia)降；
減震性差，導致(zhi)加工(gong)度(du)與(yu)度(du)穩定性的降低；
質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)穩定(ding)性(xing)差，這是因為低碳當量(liang)導致的上述(shu)問(wen)題(ti)在生產中反復(fu)出現，此長彼消，質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)難以穩定(ding)。在2014年(nian)中對國內具有代表性(xing)的機床生產企業調查(cha)表明，用戶反饋意見(jian)中占一位是質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)不穩定(ding)。
一、數控機床的發展(zhan)與(yu)機床鑄件質量的提高；
近50年來，機床(chuang)的(de)度(du)(du)已(yi)提(ti)高了100倍，已(yi)進入亞微米(mi)級及nami級超加工時代(dai)。高度(du)(du)與(yu)度(du)(du)的(de)保(bao)持(chi)性是數控機床(chuang)質量的(de)首要指標。
1、機床度與床身鑄件的剛性及減震(zhen)性；
度(du)是指被(bei)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)零件能達到的(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)度(du)。因為(wei)目前數(shu)(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)已進入(ru)航(hang)空航(hang)天(tian)、兵(bing)器(qi)、核工(gong)(gong)(gong)(gong)業、電(dian)子技術、船舶(bo)等(deng)(deng)軍(jun)工(gong)(gong)(gong)(gong)領域。重(zhong)型(xing)(xing)、超(chao)重(zhong)型(xing)(xing)數(shu)(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)已進入(ru)大型(xing)(xing)電(dian)站(zhan)設(she)備(bei)、石(shi)化冶金設(she)備(bei)、汽車制造等(deng)(deng)。這些(xie)高度(du)、高速切(qie)削(xue)(xue)、切(qie)削(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)對床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身鑄件的(de)(de)(de)(de)剛(gang)度(du)與(yu)減(jian)震性(xing)(xing)(xing)提出了 高的(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)：航(hang)天(tian)航(hang)空、核工(gong)(gong)(gong)(gong)業、兵(bing)器(qi)、發(fa)電(dian)設(she)備(bei)所需(xu)各種(zhong)、 種(zhong)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)合金材料。加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)時(shi)又“粘”又“硬”，故要(yao)求(qiu)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)與(yu)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)鑄件具有(you)足夠的(de)(de)(de)(de)抗變形能力(li)(li)，即使(shi)在高速、切(qie)削(xue)(xue)下仍能保(bao)持高度(du)。從使(shi)用角(jiao)度(du)上看，床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身鑄件/機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)鑄件的(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)(xing)(xing)比(bi)強度(du) 為(wei)重(zhong)要(yao)：實(shi)踐與(yu)計算表明，即使(shi)大的(de)(de)(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)力(li)(li)，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)鑄件的(de)(de)(de)(de)強度(du)仍有(you)較大的(de)(de)(de)(de)系數(shu)(shu)，但(dan)卻(que)會出現由(you)于剛(gang)性(xing)(xing)(xing)差、抗變形的(de)(de)(de)(de)能力(li)(li)及(ji)減(jian)震性(xing)(xing)(xing)差而失去加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)度(du)。因此數(shu)(shu)控(kong)jingmi機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)在高速切(qie)削(xue)(xue)、切(qie)削(xue)(xue)下，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)鑄件具有(you)較高的(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)(xing)(xing)與(yu)優良的(de)(de)(de)(de)減(jian)震性(xing)(xing)(xing)。
現(xian)代(dai)數控機(ji)床(chuang)(chuang)中主要(yao)(yao)受(shou)力的機(ji)床(chuang)(chuang)件，往往不是(shi)按強度(du)(du)設(she)計(ji)的，大部分是(shi)按剛(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)設(she)計(ji)的。提高(gao)床(chuang)(chuang)身鑄件/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件剛(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)的措施來(lai)自兩個(ge)方(fang)面：一個(ge)是(shi)提高(gao)鑄件的結(jie)構(gou)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)，這 是(shi)機(ji)床(chuang)(chuang)件向雙層(ceng)壁(bi)、多層(ceng)壁(bi)結(jie)構(gou)發展。形(xing)成機(ji)床(chuang)(chuang)件薄壁(bi)化，結(jie)構(gou)日益(yi)復雜的重(zhong)要(yao)(yao)原因(yin)。另(ling)一項(xiang)措施是(shi)提高(gao)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件的材質(zhi)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)，即(ji)彈性(xing)(xing)(xing)模量(liang)，而彈性(xing)(xing)(xing)模量(liang)的高(gao)低主要(yao)(yao)取決于抗(kang)拉強度(du)(du)，因(yin)此現(xian)代(dai)的數控機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件皆采用了高(gao)強度(du)(du)灰鑄鐵HT300、HT350及高(gao)強度(du)(du)、高(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)球墨鑄鐵材質(zhi)。
保持加工時高度(du)的(de)(de)另(ling)一因(yin)素(su)是床身(shen)鑄件具備優(you)良的(de)(de)減震性(xing)(xing)。值得提出(chu)的(de)(de)是，在減震性(xing)(xing)能中(zhong)，灰(hui)鑄鐵(tie)的(de)(de)減震性(xing)(xing)優(you)于球(qiu)墨鑄鐵(tie)，而(er)灰(hui)鑄鐵(tie)中(zhong)，碳(tan)當量高的(de)(de)減震性(xing)(xing)又優(you)于低(di)碳(tan)當量者。
長期以來，機(ji)床件的(de)(de)高(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)與(yu)要(yao)求優(you)良(liang)的(de)(de)減震(zhen)性的(de)(de)要(yao)求難以統一(yi)。前者為(wei)(wei)低碳(tan)當量，后者為(wei)(wei)高(gao)(gao)碳(tan)當量，因此(ci)jingmi機(ji)床的(de)(de)度(du)(du)要(yao)求其機(ji)床件，既要(yao)有強(qiang)有力的(de)(de)抗變形能力的(de)(de)材質剛性，又要(yao)有優(you)良(liang)的(de)(de)減震(zhen)性，這 要(yao)求碳(tan)當量與(yu)高(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)、高(gao)(gao)剛度(du)(du)在(zai)一(yi)個新的(de)(de)高(gao)(gao)度(du)(du)上(shang)達(da)到平(ping)衡。即在(zai)高(gao)(gao)碳(tan)當量下達(da)到高(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)、高(gao)(gao)剛度(du)(du)，才能滿足(zu)高(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)減振性的(de)(de)要(yao)求。
2、機床度保(bao)持性與床身鑄件/機床鑄件的殘(can)余(yu)應力：
機(ji)床(chuang)(chuang)度保(bao)持性是(shi)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)重要(yao)的(de)(de)質(zhi)量指標，目(mu)前我國(guo)與國(guo)外還有相當大的(de)(de)差距。國(guo)內數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)度保(bao)持性約為一年(nian)，而國(guo)外可達(da)五(wu)年(nian)。這是(shi)我國(guo)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)進口(kou)量為世界(jie)一的(de)(de)主要(yao)原(yuan)因(yin)之一。
鑄(zhu)件(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)殘(can)余(yu)應(ying)力對鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)尺寸度(du)穩定性的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響是很大的(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)(zai)高度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)在(zai)(zai)加工(gong)(gong)中(zhong)，引(yin)起塑性的(de)(de)(de)(de)(de)，不可逆(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)變形(xing)(xing)有(you)三個因素：工(gong)(gong)作負荷(he)、材(cai)料剛度(du)、殘(can)余(yu)應(ying)力。這三者中(zhong)殘(can)余(yu)應(ying)力為(wei)危(wei)險，因為(wei)其應(ying)力往往大于工(gong)(gong)作負荷(he)，且它是持(chi)續的(de)(de)(de)(de)(de)，不間斷的(de)(de)(de)(de)(de)。為(wei)未時(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)，殘(can)余(yu)應(ying)力較大，鑄(zhu)件(jian)變形(xing)(xing)大。為(wei)熱時(shi)效(xiao)后的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)，殘(can)余(yu)應(ying)力較小，鑄(zhu)件(jian)變形(xing)(xing)較小。
3、床(chuang)身(shen)鑄件的高強度與加工性(xing)能
高度(du)(du)(du)(du)的(de)床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件，大(da)部(bu)分(fen)都是(shi)用數(shu)控加工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)進行加工(gong)的(de)。目前主軸(zhou)轉(zhuan)速(su)(su)從每分(fen)鐘幾(ji)千轉(zhuan)，到(dao)幾(ji)萬轉(zhuan)，甚至達十幾(ji)萬轉(zhuan)。切削(xue)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)大(da)幅度(du)(du)(du)(du)提高，每臺數(shu)控皆有幾(ji)百把刀具，換刀速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)從十幾(ji)秒(miao)(miao)到(dao)十秒(miao)(miao)、三秒(miao)(miao)，甚至達一秒(miao)(miao)。因此要(yao)求床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件有優(you)良的(de)切削(xue)性(xing)能，而(er)現在的(de)問題是(shi)低碳當量(liang)，不僅帶(dai)來了(le)鑄鐵的(de)高強度(du)(du)(du)(du)，還帶(dai)來了(le)高硬(ying)度(du)(du)(du)(du)，導致了(le)加工(gong)性(xing)能的(de)惡化。
4、床身鑄件的碳(tan)當(dang)量與鑄件薄壁化(hua)及縮松(song)缺陷(xian)；
在達到HT300力(li)學性(xing)能(neng)下(xia)，其所含的(de)碳當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)不同(tong)，其鑄造性(xing)能(neng)中的(de)鐵(tie)液流(liu)動性(xing)與鑄鐵(tie)的(de)收縮相(xiang)差甚大(da)。灰鑄鐵(tie)碳當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)與流(liu)動及(ji)殘余(yu)應力(li)。不同(tong)碳當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)下(xia)的(de)收縮性(xing)，因機床鑄件一般(ban)皆為亞共晶(jing)鑄鐵(tie)，因此碳當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)越低(di)，流(liu)動性(xing)越差，收縮越大(da),殘余(yu)應力(li)越大(da)。
要床(chuang)(chuang)身鑄件/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件薄壁化，減少縮(suo)松，縮(suo)孔缺陷在高強度下提(ti)高碳當量。目(mu)前國外(wai)的機(ji)床(chuang)(chuang)比(bi)我國機(ji)床(chuang)(chuang)重量輕(qing)8-10。中型機(ji)床(chuang)(chuang)壁厚已(yi)達14-20mm。小型機(ji)床(chuang)(chuang)件壁厚已(yi)達8-12mm。低碳當量、高強度灰鑄件已(yi)是實現薄壁化的嚴(yan)重障礙及(ji)造成縮(suo)松的重要原因。
綜合上述(shu)充分表明高(gao)碳當量、高(gao)強度(du)、高(gao)剛(gang)度(du)、低應力是數(shu)控機床(chuang)鑄(zhu)件(jian)的核心要(yao)求(qiu)。
