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(zhan)機(ji)床(chuang)重量80以上(shang)且(qie)對機(ji)床(chuang)性能有(you)重要影(ying)響的(de)(de)床(chuang)身(shen)鑄(zhu)件(jian)(jian)，與冷加工的(de)(de)研究相比，有(you)較大差(cha)距。去年(nian)， 下達(da)了“jingmi數(shu)控機(ji)床(chuang)床(chuang)身(shen)鑄(zhu)件(jian)(jian)尺寸度穩定性的(de)(de)課題(ti)”，以提高數(shu)控機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)質量。
值得提出來的(de)(de)是(shi)，目前在金屬切削機床(chuang)(chuang)灰鑄(zhu)鐵件(jian)技術條件(jian)中規(gui)定，以機械(xie)性能為(wei)(wei)(wei)驗(yan)收的(de)(de)依(yi)(yi)據，化(hua)學(xue)(xue)成(cheng)分(fen)不(bu)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)驗(yan)收依(yi)(yi)據。如用戶需要可在合同(tong)中另訂(ding)。長期以來，這項規(gui)定在我(wo)國不(bu)少床(chuang)(chuang)身(shen)鑄(zhu)件(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)生產(chan)廠造成(cheng)認識上的(de)(de)誤區(qu)：既(ji)然(ran)以力學(xue)(xue)性能為(wei)(wei)(wei)驗(yan)收標準(zhun)，而化(hua)學(xue)(xue)成(cheng)分(fen)不(bu)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)驗(yan)收標準(zhun)，那么，以降(jiang)低(di)碳(tan)當量的(de)(de)措施達到高強(qiang)度(du)，則是(shi)易實(shi)現的(de)(de)。
長期以(yi)來由于(yu)我國床身鑄件/機床鑄件的(de)高強度是在(zai)低碳當(dang)量下取(qu)得(de)的(de)，它對機床性能的(de)負面影響是很大的(de)。低碳當(dang)量、高強度產生的(de)問題(ti)是：
收縮大，導致(zhi)縮孔、縮松傾向(xiang)增加；
殘余(yu)應(ying)力大，導(dao)致(zhi)尺(chi)寸(cun)度穩定性差(cha)，開裂(lie)傾向zengda；
流動性差，限制了(le)鑄件薄壁化；
加(jia)工(gong)性能差(cha)，導致切削(xue)速度的降低與力具壽(shou)命的下降；
減震性差(cha)，導(dao)致加工度與度穩定性的降低(di)；
質(zhi)量穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)差，這是因(yin)為低碳(tan)當量導(dao)致的(de)上述問(wen)題在(zai)(zai)生產(chan)中(zhong)反復出現，此長彼消，質(zhi)量難以(yi)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)。在(zai)(zai)2014年中(zhong)對(dui)國(guo)內具有代表性(xing)(xing)的(de)機床生產(chan)企業(ye)調查表明，用戶(hu)反饋(kui)意見中(zhong)占一(yi)位是質(zhi)量不穩(wen)定(ding)(ding)(ding)。
一、數控機床的發展與機床鑄件質量的提(ti)高；
近50年(nian)來，機床的度(du)(du)(du)已提高了100倍，已進入亞微米級(ji)及nami級(ji)超加工時代。高度(du)(du)(du)與度(du)(du)(du)的保持性是數控機床質量的首(shou)要指標。
1、機床(chuang)度與床(chuang)身鑄(zhu)件的剛性及減震(zhen)性；
度(du)是指被(bei)加(jia)工(gong)零件(jian)(jian)能(neng)達到(dao)的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)度(du)。因為目(mu)前數(shu)控機(ji)床已進(jin)入(ru)航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天(tian)、兵器(qi)、核工(gong)業(ye)、電子技術(shu)、船舶等軍工(gong)領域(yu)。重型(xing)、超(chao)重型(xing)數(shu)控機(ji)床已進(jin)入(ru)大(da)型(xing)電站設(she)備、石(shi)化(hua)冶金(jin)設(she)備、汽車制(zhi)造(zao)等。這些高(gao)(gao)度(du)、高(gao)(gao)速(su)切(qie)削(xue)(xue)、切(qie)削(xue)(xue)的(de)(de)(de)數(shu)控機(ji)床對床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)剛度(du)與(yu)減(jian)震性(xing)(xing)提(ti)出(chu)了 高(gao)(gao)的(de)(de)(de)要求(qiu)：航(hang)(hang)天(tian)航(hang)(hang)空(kong)、核工(gong)業(ye)、兵器(qi)、發電設(she)備所需各種(zhong)、 種(zhong)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)合金(jin)材料。加(jia)工(gong)時又“粘”又“硬(ying)”，故要求(qiu)機(ji)床與(yu)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)具有足夠的(de)(de)(de)抗(kang)變(bian)形能(neng)力，即使在(zai)高(gao)(gao)速(su)、切(qie)削(xue)(xue)下(xia)仍能(neng)保持(chi)高(gao)(gao)度(du)。從使用角(jiao)度(du)上(shang)看，床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)/機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)剛性(xing)(xing)比(bi)強(qiang)度(du) 為重要：實踐(jian)與(yu)計算表明(ming)，即使大(da)的(de)(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)力，機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)仍有較大(da)的(de)(de)(de)系數(shu)，但(dan)卻會出(chu)現由于剛性(xing)(xing)差、抗(kang)變(bian)形的(de)(de)(de)能(neng)力及減(jian)震性(xing)(xing)差而失去加(jia)工(gong)度(du)。因此數(shu)控jingmi機(ji)床在(zai)高(gao)(gao)速(su)切(qie)削(xue)(xue)、切(qie)削(xue)(xue)下(xia)，機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)具有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)剛性(xing)(xing)與(yu)優良的(de)(de)(de)減(jian)震性(xing)(xing)。
現代數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)中主要受力的(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)(jian)，往往不(bu)是(shi)按強度(du)設(she)計的(de)(de)，大部分(fen)是(shi)按剛性設(she)計的(de)(de)。提(ti)(ti)高(gao)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)剛性的(de)(de)措施來(lai)自兩個(ge)方(fang)面：一個(ge)是(shi)提(ti)(ti)高(gao)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)結構剛性，這 是(shi)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)(jian)向(xiang)雙層壁、多(duo)層壁結構發展。形成機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)(jian)薄壁化，結構日益(yi)復(fu)雜的(de)(de)重(zhong)要原(yuan)因。另一項措施是(shi)提(ti)(ti)高(gao)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)材質剛性，即彈(dan)性模(mo)量，而彈(dan)性模(mo)量的(de)(de)高(gao)低主要取決(jue)于抗拉(la)強度(du)，因此現代的(de)(de)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)(jian)皆采(cai)用(yong)了高(gao)強度(du)灰鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)HT300、HT350及高(gao)強度(du)、高(gao)剛度(du)球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)材質。
保持(chi)加工時高(gao)度的(de)另(ling)一因素是床身鑄件具備優良的(de)減震性(xing)。值得提出的(de)是，在(zai)減震性(xing)能中(zhong)，灰鑄鐵(tie)的(de)減震性(xing)優于球墨鑄鐵(tie)，而灰鑄鐵(tie)中(zhong)，碳當量高(gao)的(de)減震性(xing)又優于低碳當量者(zhe)。
長期以來，機(ji)床件(jian)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)與要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)優良(liang)的(de)(de)減震性的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)難以統一。前者為低(di)碳當量，后者為高(gao)(gao)(gao)碳當量，因此(ci)jingmi機(ji)床的(de)(de)度(du)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)其機(ji)床件(jian)，既要(yao)(yao)有(you)強(qiang)有(you)力的(de)(de)抗變形能力的(de)(de)材(cai)質剛(gang)(gang)性，又要(yao)(yao)有(you)優良(liang)的(de)(de)減震性，這 要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)碳當量與高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)在一個新的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)度(du)上達(da)到平(ping)衡。即在高(gao)(gao)(gao)碳當量下達(da)到高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)，才(cai)能滿(man)足高(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)減振性的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。
2、機(ji)床(chuang)度(du)保(bao)持性與(yu)床(chuang)身鑄(zhu)件/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件的殘(can)余應力：
機(ji)床度(du)保持(chi)性是(shi)數控機(ji)床的(de)重(zhong)要的(de)質量指標，目前我國(guo)與國(guo)外(wai)還有相當大的(de)差距。國(guo)內數控機(ji)床的(de)度(du)保持(chi)性約為一(yi)(yi)年(nian)，而國(guo)外(wai)可達五年(nian)。這是(shi)我國(guo)數控機(ji)床進(jin)口(kou)量為世界一(yi)(yi)的(de)主要原(yuan)因之一(yi)(yi)。
鑄件(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)殘(can)(can)余應(ying)力(li)(li)對鑄件(jian)的(de)(de)(de)(de)尺寸度穩定性的(de)(de)(de)(de)影響是很(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)。在(zai)高度的(de)(de)(de)(de)機床在(zai)加工中(zhong)，引起塑性的(de)(de)(de)(de)，不可(ke)逆的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)形有(you)三個(ge)因(yin)素(su)：工作負荷(he)、材(cai)料(liao)剛度、殘(can)(can)余應(ying)力(li)(li)。這三者中(zhong)殘(can)(can)余應(ying)力(li)(li)為(wei)危險，因(yin)為(wei)其應(ying)力(li)(li)往(wang)往(wang)大(da)(da)于工作負荷(he)，且(qie)它(ta)是持續的(de)(de)(de)(de)，不間(jian)斷的(de)(de)(de)(de)。為(wei)未時效的(de)(de)(de)(de)機床鑄件(jian)，殘(can)(can)余應(ying)力(li)(li)較大(da)(da)，鑄件(jian)變(bian)(bian)(bian)形大(da)(da)。為(wei)熱時效后(hou)的(de)(de)(de)(de)機床鑄件(jian)，殘(can)(can)余應(ying)力(li)(li)較小，鑄件(jian)變(bian)(bian)(bian)形較小。
3、床身鑄件的(de)高強度與加工性能
高(gao)(gao)度的(de)(de)床身鑄件，大部(bu)分(fen)(fen)都(dou)是(shi)(shi)用數控加(jia)工機床進行加(jia)工的(de)(de)。目前(qian)主軸轉(zhuan)速(su)從每分(fen)(fen)鐘(zhong)幾(ji)(ji)千轉(zhuan)，到幾(ji)(ji)萬轉(zhuan)，甚至(zhi)(zhi)達十幾(ji)(ji)萬轉(zhuan)。切削速(su)度大幅度提高(gao)(gao)，每臺數控皆有幾(ji)(ji)百把刀(dao)具，換刀(dao)速(su)度從十幾(ji)(ji)秒(miao)到十秒(miao)、三秒(miao)，甚至(zhi)(zhi)達一秒(miao)。因此(ci)要求(qiu)床身鑄件/機床鑄件有優良的(de)(de)切削性能，而現在的(de)(de)問題是(shi)(shi)低碳(tan)當量，不(bu)僅帶來了鑄鐵的(de)(de)高(gao)(gao)強度，還帶來了高(gao)(gao)硬度，導致(zhi)了加(jia)工性能的(de)(de)惡化。
4、床身鑄件的碳當量(liang)與鑄件薄壁化及縮松缺(que)陷；
在達到HT300力(li)學(xue)性(xing)能(neng)下(xia)(xia)，其(qi)所含(han)的(de)碳當量不同，其(qi)鑄(zhu)造性(xing)能(neng)中的(de)鐵(tie)液(ye)流動(dong)性(xing)與鑄(zhu)鐵(tie)的(de)收縮(suo)相差甚大(da)。灰鑄(zhu)鐵(tie)碳當量與流動(dong)及殘余應力(li)。不同碳當量下(xia)(xia)的(de)收縮(suo)性(xing)，因機床鑄(zhu)件一般皆為亞共晶鑄(zhu)鐵(tie)，因此碳當量越(yue)(yue)低，流動(dong)性(xing)越(yue)(yue)差，收縮(suo)越(yue)(yue)大(da),殘余應力(li)越(yue)(yue)大(da)。
要床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄件/機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄件薄壁(bi)(bi)(bi)化(hua)，減少縮(suo)(suo)松，縮(suo)(suo)孔缺陷在高強(qiang)度下提高碳(tan)當量。目前國外的(de)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)比我(wo)國機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)重(zhong)量輕8-10。中型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)壁(bi)(bi)(bi)厚已達14-20mm。小(xiao)型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件壁(bi)(bi)(bi)厚已達8-12mm。低碳(tan)當量、高強(qiang)度灰鑄件已是實現(xian)薄壁(bi)(bi)(bi)化(hua)的(de)嚴重(zhong)障礙及(ji)造成(cheng)縮(suo)(suo)松的(de)重(zhong)要原因。
綜合上述充分表明高碳當(dang)量、高強度、高剛度、低應力是數控(kong)機(ji)床鑄件的核(he)心要(yao)求。
