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)重量80以上且對機床(chuang)性能(neng)有重要影響的(de)(de)床(chuang)身鑄(zhu)件，與冷(leng)加(jia)工的(de)(de)研究相比，有較大差(cha)距(ju)。去年(nian)， 下達了“jingmi數(shu)控機床(chuang)床(chuang)身鑄(zhu)件尺寸(cun)度(du)穩(wen)定(ding)性的(de)(de)課題(ti)”，以提(ti)高數(shu)控機床(chuang)鑄(zhu)件的(de)(de)質量。
值得提出來的是，目前在(zai)(zai)金屬切削機床(chuang)灰鑄鐵件技術條件中規(gui)定(ding)，以(yi)機械性能(neng)為(wei)驗(yan)收(shou)的依據，化學(xue)成(cheng)分不(bu)作為(wei)驗(yan)收(shou)依據。如(ru)用戶需要可在(zai)(zai)合(he)同中另訂。長期(qi)以(yi)來，這項規(gui)定(ding)在(zai)(zai)我(wo)國不(bu)少床(chuang)身鑄件/機床(chuang)鑄件生產廠(chang)造(zao)成(cheng)認識上的誤區：既然以(yi)力學(xue)性能(neng)為(wei)驗(yan)收(shou)標(biao)準(zhun)，而化學(xue)成(cheng)分不(bu)作為(wei)驗(yan)收(shou)標(biao)準(zhun)，那么，以(yi)降低碳當量的措(cuo)施達到高強度，則是易實現的。
長期以(yi)來(lai)由(you)于我國床(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)的(de)高強度是在低碳當量(liang)下取(qu)得的(de)，它對機(ji)床(chuang)性(xing)能的(de)負面影響是很(hen)大的(de)。低碳當量(liang)、高強度產生的(de)問(wen)題是：
收縮(suo)大，導致縮(suo)孔、縮(suo)松傾向增加；
殘(can)余應力(li)大，導致(zhi)尺寸度穩定性差(cha)，開(kai)裂傾向zengda；
流(liu)動(dong)性差，限制了鑄件薄壁化；
加(jia)工性能差，導致切削速度的降低(di)與力(li)具壽命(ming)的下降；
減震性(xing)(xing)差，導致加工度與度穩定性(xing)(xing)的降低；
質量(liang)穩(wen)定性差，這是因為低碳當(dang)量(liang)導致的(de)上述問題在生產(chan)中反(fan)復出現，此長(chang)彼消，質量(liang)難以穩(wen)定。在2014年(nian)中對國內具(ju)有代(dai)表性的(de)機床生產(chan)企(qi)業調(diao)查表明，用(yong)戶(hu)反(fan)饋意見中占一位是質量(liang)不穩(wen)定。
一、數控機(ji)床的(de)發展與機(ji)床鑄(zhu)件質(zhi)量的(de)提(ti)高(gao)；
近50年(nian)來(lai)，機床(chuang)的(de)度(du)已提高(gao)了100倍，已進入亞微米級及nami級超加工時代。高(gao)度(du)與度(du)的(de)保持(chi)性是數控機床(chuang)質(zhi)量(liang)的(de)首要指標(biao)。
1、機床度與床身(shen)鑄件的(de)剛性及減震性；
度(du)(du)是指(zhi)被(bei)加工(gong)(gong)零件(jian)(jian)能(neng)(neng)達到的(de)(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)度(du)(du)。因(yin)(yin)為目前數控(kong)(kong)(kong)機床(chuang)已進(jin)入航(hang)空航(hang)天、兵器、核(he)工(gong)(gong)業、電子技術、船舶等(deng)(deng)軍工(gong)(gong)領(ling)域(yu)。重(zhong)型、超重(zhong)型數控(kong)(kong)(kong)機床(chuang)已進(jin)入大(da)(da)型電站設(she)備(bei)、石化冶(ye)金(jin)設(she)備(bei)、汽車制造等(deng)(deng)。這(zhe)些(xie)高(gao)(gao)度(du)(du)、高(gao)(gao)速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)數控(kong)(kong)(kong)機床(chuang)對床(chuang)身(shen)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度(du)(du)與減震性(xing)提出了 高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求：航(hang)天航(hang)空、核(he)工(gong)(gong)業、兵器、發電設(she)備(bei)所需各種、 種性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)材料。加工(gong)(gong)時又“粘”又“硬”，故要(yao)求機床(chuang)與機床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)具有(you)(you)足夠的(de)(de)(de)(de)(de)抗變(bian)形能(neng)(neng)力(li)，即(ji)使在(zai)高(gao)(gao)速、切(qie)削(xue)下仍能(neng)(neng)保持高(gao)(gao)度(du)(du)。從使用角(jiao)度(du)(du)上看，床(chuang)身(shen)鑄(zhu)件(jian)(jian)/機床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)比強(qiang)度(du)(du) 為重(zhong)要(yao)：實踐(jian)與計算表明，即(ji)使大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)削(xue)力(li)，機床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)仍有(you)(you)較大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)系數，但卻會出現由(you)于(yu)剛(gang)性(xing)差(cha)、抗變(bian)形的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)及(ji)減震性(xing)差(cha)而失(shi)去(qu)加工(gong)(gong)度(du)(du)。因(yin)(yin)此(ci)數控(kong)(kong)(kong)jingmi機床(chuang)在(zai)高(gao)(gao)速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)下，機床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)具有(you)(you)較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)與優良的(de)(de)(de)(de)(de)減震性(xing)。
現代數(shu)控機(ji)床(chuang)中主(zhu)要(yao)受力的機(ji)床(chuang)件(jian)，往(wang)往(wang)不是(shi)(shi)按強(qiang)度(du)設計(ji)的，大(da)部分(fen)是(shi)(shi)按剛性(xing)(xing)(xing)設計(ji)的。提高(gao)床(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)剛性(xing)(xing)(xing)的措(cuo)施(shi)來自兩個方面：一個是(shi)(shi)提高(gao)鑄(zhu)件(jian)的結(jie)構剛性(xing)(xing)(xing)，這 是(shi)(shi)機(ji)床(chuang)件(jian)向雙層(ceng)壁、多層(ceng)壁結(jie)構發展。形成機(ji)床(chuang)件(jian)薄(bo)壁化，結(jie)構日(ri)益復(fu)雜的重要(yao)原因。另一項措(cuo)施(shi)是(shi)(shi)提高(gao)機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)的材質(zhi)剛性(xing)(xing)(xing)，即彈性(xing)(xing)(xing)模量(liang)，而(er)彈性(xing)(xing)(xing)模量(liang)的高(gao)低主(zhu)要(yao)取決于抗拉強(qiang)度(du)，因此現代的數(shu)控機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)皆采用了高(gao)強(qiang)度(du)灰鑄(zhu)鐵HT300、HT350及(ji)高(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)剛度(du)球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵材質(zhi)。
保持加工時高度的(de)另一因素是床身鑄件具備(bei)優(you)良的(de)減(jian)(jian)震性(xing)。值得提出(chu)的(de)是，在減(jian)(jian)震性(xing)能(neng)中，灰鑄鐵的(de)減(jian)(jian)震性(xing)優(you)于球墨鑄鐵，而灰鑄鐵中，碳當(dang)量(liang)高的(de)減(jian)(jian)震性(xing)又優(you)于低碳當(dang)量(liang)者。
長(chang)期以來，機床(chuang)件(jian)的(de)(de)高剛(gang)度(du)(du)(du)、高強(qiang)度(du)(du)(du)與要(yao)求優(you)良(liang)的(de)(de)減(jian)震(zhen)性(xing)的(de)(de)要(yao)求難以統一(yi)(yi)。前者(zhe)為低碳(tan)當量，后者(zhe)為高碳(tan)當量，因此jingmi機床(chuang)的(de)(de)度(du)(du)(du)要(yao)求其機床(chuang)件(jian)，既要(yao)有(you)強(qiang)有(you)力(li)的(de)(de)抗變形能(neng)力(li)的(de)(de)材(cai)質剛(gang)性(xing)，又要(yao)有(you)優(you)良(liang)的(de)(de)減(jian)震(zhen)性(xing)，這(zhe) 要(yao)求碳(tan)當量與高強(qiang)度(du)(du)(du)、高剛(gang)度(du)(du)(du)在一(yi)(yi)個新的(de)(de)高度(du)(du)(du)上達到平衡。即(ji)在高碳(tan)當量下達到高強(qiang)度(du)(du)(du)、高剛(gang)度(du)(du)(du)，才能(neng)滿(man)足高剛(gang)度(du)(du)(du)、高減(jian)振性(xing)的(de)(de)要(yao)求。
2、機(ji)床(chuang)度保持性與床(chuang)身鑄件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄件(jian)的殘(can)余應力：
機(ji)床度保持性是數控(kong)機(ji)床的重要(yao)的質量指標，目前我(wo)國(guo)與國(guo)外還有相(xiang)當大的差距。國(guo)內(nei)數控(kong)機(ji)床的度保持性約為(wei)一年，而國(guo)外可(ke)達五年。這是我(wo)國(guo)數控(kong)機(ji)床進口(kou)量為(wei)世界(jie)一的主要(yao)原因之一。
鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)中的(de)(de)殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)力(li)對鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)尺寸度穩定(ding)性的(de)(de)影響是很大(da)的(de)(de)。在高度的(de)(de)機床(chuang)在加工中，引起塑性的(de)(de)，不(bu)可逆的(de)(de)變形(xing)有三個因素(su)：工作(zuo)負荷、材料剛度、殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)力(li)。這三者中殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)力(li)為(wei)危(wei)險，因為(wei)其應(ying)力(li)往往大(da)于工作(zuo)負荷，且它是持續的(de)(de)，不(bu)間斷的(de)(de)。為(wei)未(wei)時(shi)效的(de)(de)機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)力(li)較(jiao)(jiao)(jiao)大(da)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變形(xing)大(da)。為(wei)熱時(shi)效后的(de)(de)機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)力(li)較(jiao)(jiao)(jiao)小，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變形(xing)較(jiao)(jiao)(jiao)小。
3、床身鑄(zhu)件的高強度與加工性(xing)能
高(gao)度(du)(du)的(de)(de)床(chuang)身鑄件(jian)(jian)，大部分(fen)都是(shi)用數(shu)控(kong)加工機(ji)床(chuang)進行加工的(de)(de)。目前主軸轉(zhuan)速(su)從每分(fen)鐘(zhong)幾千轉(zhuan)，到幾萬(wan)轉(zhuan)，甚至達十(shi)幾萬(wan)轉(zhuan)。切削速(su)度(du)(du)大幅度(du)(du)提高(gao)，每臺數(shu)控(kong)皆(jie)有幾百把刀具，換刀速(su)度(du)(du)從十(shi)幾秒(miao)到十(shi)秒(miao)、三秒(miao)，甚至達一秒(miao)。因(yin)此要(yao)求(qiu)床(chuang)身鑄件(jian)(jian)/機(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)有優良的(de)(de)切削性(xing)能，而現在的(de)(de)問題(ti)是(shi)低(di)碳(tan)當量，不僅帶來了鑄鐵的(de)(de)高(gao)強(qiang)度(du)(du)，還帶來了高(gao)硬度(du)(du)，導致了加工性(xing)能的(de)(de)惡(e)化。
4、床(chuang)身鑄件(jian)的碳當量(liang)與鑄件(jian)薄壁化及縮松(song)缺陷(xian)；
在達到(dao)HT300力學性(xing)能下(xia)(xia)，其所含的(de)(de)(de)碳(tan)當量不同，其鑄造(zao)性(xing)能中的(de)(de)(de)鐵液流(liu)動(dong)性(xing)與鑄鐵的(de)(de)(de)收(shou)縮相(xiang)差(cha)(cha)甚大。灰鑄鐵碳(tan)當量與流(liu)動(dong)及殘余(yu)應(ying)力。不同碳(tan)當量下(xia)(xia)的(de)(de)(de)收(shou)縮性(xing)，因機床鑄件一般(ban)皆為亞共晶鑄鐵，因此碳(tan)當量越(yue)低，流(liu)動(dong)性(xing)越(yue)差(cha)(cha)，收(shou)縮越(yue)大,殘余(yu)應(ying)力越(yue)大。
要(yao)(yao)床(chuang)身鑄(zhu)件/機床(chuang)鑄(zhu)件薄壁(bi)化(hua)，減少縮(suo)松，縮(suo)孔(kong)缺陷在(zai)高強度下提高碳(tan)(tan)當量。目(mu)前國外的(de)機床(chuang)比我國機床(chuang)重(zhong)量輕8-10。中型(xing)機床(chuang)壁(bi)厚已(yi)達(da)14-20mm。小型(xing)機床(chuang)件壁(bi)厚已(yi)達(da)8-12mm。低碳(tan)(tan)當量、高強度灰鑄(zhu)件已(yi)是實現薄壁(bi)化(hua)的(de)嚴重(zhong)障(zhang)礙及造成縮(suo)松的(de)重(zhong)要(yao)(yao)原因。
綜合上述充(chong)分表明高碳當量、高強(qiang)度(du)、高剛度(du)、低應(ying)力(li)是數(shu)控機床鑄件的(de)核(he)心要(yao)求。
