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(chuang)(chuang)重(zhong)量(liang)80以(yi)上(shang)且對機(ji)床(chuang)(chuang)性能(neng)有重(zhong)要(yao)影響的(de)(de)床(chuang)(chuang)身鑄件，與冷加(jia)工的(de)(de)研(yan)究相(xiang)比(bi)，有較大差距(ju)。去年， 下達(da)了“jingmi數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身鑄件尺寸(cun)度穩(wen)定性的(de)(de)課題”，以(yi)提(ti)高(gao)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件的(de)(de)質量(liang)。
值得提出來的(de)是，目前在(zai)金屬切削機(ji)床灰鑄鐵件(jian)技術條件(jian)中(zhong)規定，以機(ji)械性能(neng)為(wei)驗收的(de)依據，化(hua)學成(cheng)(cheng)分(fen)不(bu)作為(wei)驗收依據。如用(yong)戶(hu)需要可在(zai)合同中(zhong)另訂。長期以來，這項規定在(zai)我(wo)國(guo)不(bu)少(shao)床身鑄件(jian)/機(ji)床鑄件(jian)生產廠造成(cheng)(cheng)認(ren)識上的(de)誤(wu)區：既(ji)然以力學性能(neng)為(wei)驗收標(biao)準(zhun)，而化(hua)學成(cheng)(cheng)分(fen)不(bu)作為(wei)驗收標(biao)準(zhun)，那么，以降低碳當量的(de)措施達到高強度(du)，則是易實現的(de)。
長期以來由于我國床身(shen)鑄件/機床鑄件的(de)(de)高(gao)強(qiang)度是(shi)(shi)在(zai)低碳(tan)當量下取(qu)得的(de)(de)，它對機床性(xing)能的(de)(de)負面影響是(shi)(shi)很大的(de)(de)。低碳(tan)當量、高(gao)強(qiang)度產生的(de)(de)問題(ti)是(shi)(shi)：
收縮(suo)大，導致縮(suo)孔、縮(suo)松傾(qing)向增加；
殘余應力(li)大，導致尺寸度穩定性差，開裂(lie)傾向(xiang)zengda；
流動(dong)性差，限制(zhi)了鑄件薄壁化；
加(jia)工(gong)性(xing)能差(cha)，導致切削速度的(de)降低與力具壽命的(de)下降；
減震(zhen)性(xing)差(cha)，導致(zhi)加工度與度穩定性(xing)的降低；
質(zhi)量穩定(ding)性差，這是因為低碳當量導致的(de)上述問題在生產中(zhong)(zhong)反復出現，此長彼消，質(zhi)量難以穩定(ding)。在2014年(nian)中(zhong)(zhong)對(dui)國內(nei)具有代(dai)表性的(de)機床生產企業調查表明，用戶反饋意見中(zhong)(zhong)占(zhan)一(yi)位是質(zhi)量不穩定(ding)。
一、數控機床(chuang)的發展(zhan)與機床(chuang)鑄(zhu)件質(zhi)量的提(ti)高；
近(jin)50年來，機床(chuang)的度已(yi)提高了100倍(bei)，已(yi)進入亞微米(mi)級(ji)及nami級(ji)超加工(gong)時代。高度與度的保持性是數控(kong)機床(chuang)質量的首(shou)要指標。
1、機床度與床身鑄件的剛性(xing)及減震性(xing)；
度(du)(du)(du)(du)是指被加(jia)(jia)(jia)工(gong)零件能達到的(de)(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)度(du)(du)(du)(du)。因為(wei)目前數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)已(yi)進入航空(kong)航天、兵(bing)器、核(he)工(gong)業、電(dian)子技術、船舶等軍工(gong)領(ling)域。重型、超重型數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)已(yi)進入大型電(dian)站設(she)(she)備、石化(hua)冶金(jin)設(she)(she)備、汽車制造等。這些高(gao)(gao)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)速(su)切削(xue)、切削(xue)的(de)(de)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)對床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)剛(gang)度(du)(du)(du)(du)與(yu)(yu)減震性(xing)(xing)(xing)(xing)提出(chu)(chu)了 高(gao)(gao)的(de)(de)要求：航天航空(kong)、核(he)工(gong)業、兵(bing)器、發電(dian)設(she)(she)備所需各種(zhong)、 種(zhong)性(xing)(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)合金(jin)材(cai)料(liao)。加(jia)(jia)(jia)工(gong)時又“粘”又“硬”，故要求機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)與(yu)(yu)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件具有(you)足夠的(de)(de)抗(kang)(kang)變形能力，即(ji)使在高(gao)(gao)速(su)、切削(xue)下仍(reng)能保持高(gao)(gao)度(du)(du)(du)(du)。從使用(yong)角度(du)(du)(du)(du)上看，床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件/機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)剛(gang)性(xing)(xing)(xing)(xing)比強度(du)(du)(du)(du) 為(wei)重要：實(shi)踐(jian)與(yu)(yu)計算表(biao)明，即(ji)使大的(de)(de)切削(xue)力，機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)強度(du)(du)(du)(du)仍(reng)有(you)較(jiao)大的(de)(de)系(xi)數(shu)，但卻會(hui)出(chu)(chu)現(xian)由于(yu)剛(gang)性(xing)(xing)(xing)(xing)差、抗(kang)(kang)變形的(de)(de)能力及減震性(xing)(xing)(xing)(xing)差而失(shi)去加(jia)(jia)(jia)工(gong)度(du)(du)(du)(du)。因此數(shu)控(kong)jingmi機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)在高(gao)(gao)速(su)切削(xue)、切削(xue)下，機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件具有(you)較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)剛(gang)性(xing)(xing)(xing)(xing)與(yu)(yu)優良的(de)(de)減震性(xing)(xing)(xing)(xing)。
現代(dai)(dai)數(shu)控機(ji)床中主要受力的(de)(de)機(ji)床件(jian)(jian)(jian)，往往不是按(an)強(qiang)(qiang)度(du)(du)設計的(de)(de)，大(da)部分是按(an)剛性(xing)設計的(de)(de)。提(ti)高(gao)(gao)(gao)床身鑄件(jian)(jian)(jian)/機(ji)床鑄件(jian)(jian)(jian)剛性(xing)的(de)(de)措施來(lai)自兩個方面(mian)：一(yi)個是提(ti)高(gao)(gao)(gao)鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)結構剛性(xing)，這 是機(ji)床件(jian)(jian)(jian)向雙層(ceng)壁、多層(ceng)壁結構發展。形成機(ji)床件(jian)(jian)(jian)薄壁化(hua)，結構日益(yi)復(fu)雜(za)的(de)(de)重要原(yuan)因。另(ling)一(yi)項措施是提(ti)高(gao)(gao)(gao)機(ji)床鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)材質剛性(xing)，即彈(dan)性(xing)模量(liang)，而(er)彈(dan)性(xing)模量(liang)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)低主要取決(jue)于抗拉強(qiang)(qiang)度(du)(du)，因此現代(dai)(dai)的(de)(de)數(shu)控機(ji)床鑄件(jian)(jian)(jian)皆采用了高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)(du)灰鑄鐵HT300、HT350及高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)剛度(du)(du)球墨鑄鐵材質。
保持加工時高度(du)的另一(yi)因素是床(chuang)身鑄(zhu)(zhu)(zhu)件具(ju)備優良的減(jian)震(zhen)性。值得提出的是，在減(jian)震(zhen)性能中，灰鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵的減(jian)震(zhen)性優于球墨鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵，而灰鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵中，碳當量高的減(jian)震(zhen)性又優于低碳當量者。
長(chang)期以來，機床件的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)與要求(qiu)優(you)良的(de)(de)(de)減震性(xing)的(de)(de)(de)要求(qiu)難以統一。前(qian)者(zhe)為(wei)低碳當(dang)量，后者(zhe)為(wei)高(gao)(gao)(gao)碳當(dang)量，因此jingmi機床的(de)(de)(de)度(du)(du)要求(qiu)其(qi)機床件，既(ji)要有(you)強有(you)力的(de)(de)(de)抗(kang)變形能(neng)力的(de)(de)(de)材質剛性(xing)，又要有(you)優(you)良的(de)(de)(de)減震性(xing)，這 要求(qiu)碳當(dang)量與高(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)剛度(du)(du)在一個(ge)新的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)度(du)(du)上達到(dao)平衡。即在高(gao)(gao)(gao)碳當(dang)量下達到(dao)高(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)剛度(du)(du)，才能(neng)滿足(zu)高(gao)(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)減振性(xing)的(de)(de)(de)要求(qiu)。
2、機(ji)床(chuang)度(du)保持(chi)性(xing)與(yu)床(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)的殘余應(ying)力：
機(ji)(ji)床度保(bao)持(chi)性是(shi)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床的(de)重要的(de)質量指(zhi)標，目(mu)前我(wo)(wo)國與國外還有相當大的(de)差(cha)距(ju)。國內(nei)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床的(de)度保(bao)持(chi)性約為一(yi)年(nian)(nian)，而國外可達五年(nian)(nian)。這是(shi)我(wo)(wo)國數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床進口量為世界一(yi)的(de)主要原(yuan)因之一(yi)。
鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)中(zhong)的(de)殘(can)余(yu)應力(li)對鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)尺寸度穩(wen)定性的(de)影響是很大(da)的(de)。在(zai)高度的(de)機(ji)床在(zai)加工(gong)中(zhong)，引(yin)起塑性的(de)，不(bu)可(ke)逆的(de)變(bian)形(xing)有(you)三個因(yin)素：工(gong)作負荷(he)、材料剛度、殘(can)余(yu)應力(li)。這三者(zhe)中(zhong)殘(can)余(yu)應力(li)為危險(xian)，因(yin)為其應力(li)往往大(da)于工(gong)作負荷(he)，且它(ta)是持續的(de)，不(bu)間斷的(de)。為未時(shi)(shi)效(xiao)的(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)余(yu)應力(li)較大(da)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變(bian)形(xing)大(da)。為熱時(shi)(shi)效(xiao)后(hou)的(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)余(yu)應力(li)較小，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變(bian)形(xing)較小。
3、床身鑄件的高(gao)強度與加工性能(neng)
高(gao)度(du)的(de)床(chuang)(chuang)身(shen)鑄(zhu)件，大(da)部分(fen)(fen)都是用數(shu)控(kong)加(jia)工(gong)機床(chuang)(chuang)進行(xing)加(jia)工(gong)的(de)。目前(qian)主(zhu)軸轉(zhuan)(zhuan)速(su)從(cong)每(mei)分(fen)(fen)鐘幾千轉(zhuan)(zhuan)，到幾萬(wan)轉(zhuan)(zhuan)，甚至達十幾萬(wan)轉(zhuan)(zhuan)。切削速(su)度(du)大(da)幅度(du)提(ti)高(gao)，每(mei)臺數(shu)控(kong)皆有幾百(bai)把刀具(ju)，換(huan)刀速(su)度(du)從(cong)十幾秒到十秒、三(san)秒，甚至達一(yi)秒。因此要(yao)求床(chuang)(chuang)身(shen)鑄(zhu)件/機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件有優良(liang)的(de)切削性(xing)能(neng)，而現在的(de)問題是低碳(tan)當量，不僅(jin)帶(dai)來(lai)了(le)鑄(zhu)鐵的(de)高(gao)強度(du)，還帶(dai)來(lai)了(le)高(gao)硬度(du)，導(dao)致了(le)加(jia)工(gong)性(xing)能(neng)的(de)惡化。
4、床身(shen)鑄(zhu)件的碳當(dang)量與(yu)鑄(zhu)件薄(bo)壁化(hua)及(ji)縮松缺陷(xian)；
在達到(dao)HT300力(li)學性(xing)能下，其(qi)所(suo)含的(de)碳(tan)當量(liang)(liang)(liang)不同，其(qi)鑄造性(xing)能中的(de)鐵(tie)(tie)液流(liu)動性(xing)與鑄鐵(tie)(tie)的(de)收(shou)縮相差甚大(da)。灰鑄鐵(tie)(tie)碳(tan)當量(liang)(liang)(liang)與流(liu)動及殘余應力(li)。不同碳(tan)當量(liang)(liang)(liang)下的(de)收(shou)縮性(xing)，因(yin)機床(chuang)鑄件一(yi)般皆(jie)為亞共(gong)晶鑄鐵(tie)(tie)，因(yin)此碳(tan)當量(liang)(liang)(liang)越低，流(liu)動性(xing)越差，收(shou)縮越大(da),殘余應力(li)越大(da)。
要(yao)床(chuang)身鑄件/機床(chuang)鑄件薄(bo)壁(bi)化(hua)，減少(shao)縮松(song)，縮孔缺陷在(zai)高強度下提高碳(tan)(tan)當量。目前國外(wai)的機床(chuang)比(bi)我國機床(chuang)重(zhong)量輕8-10。中型機床(chuang)壁(bi)厚已(yi)達14-20mm。小型機床(chuang)件壁(bi)厚已(yi)達8-12mm。低碳(tan)(tan)當量、高強度灰(hui)鑄件已(yi)是實現薄(bo)壁(bi)化(hua)的嚴重(zhong)障礙及造成縮松(song)的重(zhong)要(yao)原(yuan)因。
綜合上(shang)述充(chong)分表(biao)明高(gao)碳(tan)當(dang)量、高(gao)強度、高(gao)剛度、低(di)應力(li)是數控機床鑄件的核心要(yao)求。
