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)機床重量80以上(shang)且對機床性能有(you)重要影響(xiang)的床身鑄(zhu)件，與冷加工的研究相比，有(you)較大(da)差距。去(qu)年， 下達(da)了“jingmi數(shu)控機床床身鑄(zhu)件尺寸度穩(wen)定性的課(ke)題”，以提高數(shu)控機床鑄(zhu)件的質量。
值得提出來的(de)(de)是，目(mu)前在金屬切削機(ji)床(chuang)灰鑄(zhu)鐵件技術條件中(zhong)(zhong)規定，以機(ji)械性(xing)能為(wei)驗收(shou)的(de)(de)依(yi)(yi)據，化(hua)學成分(fen)不(bu)作為(wei)驗收(shou)依(yi)(yi)據。如用戶需(xu)要可在合同中(zhong)(zhong)另訂。長期以來，這(zhe)項規定在我國(guo)不(bu)少床(chuang)身鑄(zhu)件/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件生產廠造成認識上(shang)的(de)(de)誤區：既然(ran)以力(li)學性(xing)能為(wei)驗收(shou)標準，而化(hua)學成分(fen)不(bu)作為(wei)驗收(shou)標準，那么，以降低(di)碳(tan)當量(liang)的(de)(de)措施達(da)到高強度，則是易(yi)實現的(de)(de)。
長期以來由于我國床身鑄件/機床鑄件的(de)高強度是在低碳當量(liang)下取(qu)得的(de)，它對機床性能的(de)負面(mian)影響是很大的(de)。低碳當量(liang)、高強度產生(sheng)的(de)問題是：
收縮大，導致縮孔、縮松傾向增加；
殘余(yu)應(ying)力(li)大，導致尺寸度穩定性差(cha)，開裂傾向zengda；
流動性差，限制了鑄件薄壁(bi)化；
加工性能差，導致切削速(su)度的降低與(yu)力具(ju)壽命(ming)的下降；
減震性(xing)差，導致加工度與度穩定性(xing)的(de)降低；
質量穩(wen)定性(xing)差，這是因為低(di)碳當量導致的上述問題在生產中(zhong)反復出(chu)現，此長彼消，質量難以穩(wen)定。在2014年中(zhong)對國內(nei)具有代表性(xing)的機床生產企業調(diao)查(cha)表明，用(yong)戶反饋意見中(zhong)占一位是質量不穩(wen)定。
一、數控機床(chuang)的(de)發展與機床(chuang)鑄件質量的(de)提高；
近50年來(lai)，機床(chuang)的度(du)已(yi)提高(gao)了100倍，已(yi)進入(ru)亞微(wei)米級(ji)及nami級(ji)超加工時代(dai)。高(gao)度(du)與度(du)的保持性是數控機床(chuang)質量的首(shou)要指標。
1、機床度與床身鑄件的剛(gang)性及減(jian)震(zhen)性；
度(du)是指(zhi)被加工(gong)零件(jian)(jian)(jian)能達到的(de)(de)加工(gong)度(du)。因(yin)為目(mu)前數(shu)控(kong)機(ji)床已進(jin)入(ru)航空(kong)航天(tian)、兵器、核工(gong)業(ye)、電(dian)(dian)子(zi)技(ji)術、船(chuan)舶(bo)等(deng)(deng)軍工(gong)領域。重型、超重型數(shu)控(kong)機(ji)床已進(jin)入(ru)大(da)型電(dian)(dian)站設(she)備、石(shi)化冶金設(she)備、汽車制造等(deng)(deng)。這些高度(du)、高速切(qie)(qie)削、切(qie)(qie)削的(de)(de)數(shu)控(kong)機(ji)床對床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛度(du)與(yu)減震(zhen)性(xing)提出了 高的(de)(de)要(yao)求：航天(tian)航空(kong)、核工(gong)業(ye)、兵器、發電(dian)(dian)設(she)備所需各(ge)種(zhong)、 種(zhong)性(xing)能的(de)(de)合(he)金材(cai)料。加工(gong)時又(you)“粘”又(you)“硬(ying)”，故要(yao)求機(ji)床與(yu)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)具(ju)有(you)足夠(gou)的(de)(de)抗(kang)變形能力，即使在高速、切(qie)(qie)削下仍能保持(chi)高度(du)。從(cong)使用角度(du)上看，床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)/機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛性(xing)比(bi)強(qiang)度(du) 為重要(yao)：實踐與(yu)計算表(biao)明，即使大(da)的(de)(de)切(qie)(qie)削力，機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)強(qiang)度(du)仍有(you)較大(da)的(de)(de)系數(shu)，但(dan)卻會出現由于剛性(xing)差(cha)、抗(kang)變形的(de)(de)能力及減震(zhen)性(xing)差(cha)而失去加工(gong)度(du)。因(yin)此數(shu)控(kong)jingmi機(ji)床在高速切(qie)(qie)削、切(qie)(qie)削下，機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)具(ju)有(you)較高的(de)(de)剛性(xing)與(yu)優良的(de)(de)減震(zhen)性(xing)。
現代數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)中主要(yao)受力的(de)(de)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件，往往不是(shi)(shi)按強度設(she)計的(de)(de)，大部分是(shi)(shi)按剛(gang)性(xing)設(she)計的(de)(de)。提高(gao)(gao)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件/機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件剛(gang)性(xing)的(de)(de)措(cuo)施來(lai)自兩個(ge)方面：一(yi)個(ge)是(shi)(shi)提高(gao)(gao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件的(de)(de)結(jie)(jie)構剛(gang)性(xing)，這 是(shi)(shi)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件向雙層(ceng)壁(bi)(bi)、多層(ceng)壁(bi)(bi)結(jie)(jie)構發展。形成機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件薄壁(bi)(bi)化，結(jie)(jie)構日益復(fu)雜的(de)(de)重要(yao)原因。另一(yi)項措(cuo)施是(shi)(shi)提高(gao)(gao)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件的(de)(de)材質剛(gang)性(xing)，即彈性(xing)模(mo)量(liang)，而(er)彈性(xing)模(mo)量(liang)的(de)(de)高(gao)(gao)低主要(yao)取決(jue)于(yu)抗拉(la)強度，因此現代的(de)(de)數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件皆采用了高(gao)(gao)強度灰(hui)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵HT300、HT350及高(gao)(gao)強度、高(gao)(gao)剛(gang)度球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵材質。
保持加(jia)工時(shi)高(gao)度的另(ling)一因素是床(chuang)身(shen)鑄件具備(bei)優(you)良(liang)的減震性。值得提出的是，在減震性能中，灰鑄鐵(tie)的減震性優(you)于球墨鑄鐵(tie)，而灰鑄鐵(tie)中，碳(tan)當量(liang)高(gao)的減震性又優(you)于低(di)碳(tan)當量(liang)者。
長期以(yi)來，機(ji)(ji)床(chuang)件的(de)(de)(de)高(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)與(yu)要(yao)求優(you)良的(de)(de)(de)減震性(xing)的(de)(de)(de)要(yao)求難以(yi)統一。前者為低碳(tan)(tan)(tan)當(dang)量(liang)，后(hou)者為高(gao)(gao)碳(tan)(tan)(tan)當(dang)量(liang)，因此jingmi機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)度(du)(du)(du)(du)要(yao)求其機(ji)(ji)床(chuang)件，既要(yao)有強(qiang)有力的(de)(de)(de)抗(kang)變形(xing)能(neng)力的(de)(de)(de)材質剛(gang)(gang)性(xing)，又要(yao)有優(you)良的(de)(de)(de)減震性(xing)，這 要(yao)求碳(tan)(tan)(tan)當(dang)量(liang)與(yu)高(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)(du)(du)在一個新(xin)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)度(du)(du)(du)(du)上達到平衡。即在高(gao)(gao)碳(tan)(tan)(tan)當(dang)量(liang)下達到高(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)(du)(du)，才能(neng)滿足高(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)減振(zhen)性(xing)的(de)(de)(de)要(yao)求。
2、機床度保持性與床身(shen)鑄件/機床鑄件的殘(can)余應力：
機(ji)(ji)床(chuang)度(du)保(bao)持(chi)性是數控機(ji)(ji)床(chuang)的(de)重(zhong)要的(de)質(zhi)量指標，目前我(wo)國與國外還(huan)有相當大的(de)差距(ju)。國內數控機(ji)(ji)床(chuang)的(de)度(du)保(bao)持(chi)性約為(wei)一年(nian)，而國外可達(da)五年(nian)。這是我(wo)國數控機(ji)(ji)床(chuang)進(jin)口(kou)量為(wei)世界一的(de)主(zhu)要原因之一。
鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)中的(de)(de)殘余應力(li)對鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)尺寸度穩定性(xing)的(de)(de)影(ying)響是很大(da)的(de)(de)。在高(gao)度的(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)在加工中，引起塑性(xing)的(de)(de)，不(bu)可逆(ni)的(de)(de)變形(xing)有三個因(yin)素：工作(zuo)負荷、材(cai)料剛度、殘余應力(li)。這三者中殘余應力(li)為危險，因(yin)為其應力(li)往(wang)往(wang)大(da)于工作(zuo)負荷，且它(ta)是持續的(de)(de)，不(bu)間斷的(de)(de)。為未時效的(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘余應力(li)較大(da)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變形(xing)大(da)。為熱(re)時效后的(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘余應力(li)較小，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變形(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)床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，大(da)部分(fen)都是用(yong)數控(kong)加工機床進(jin)行加工的(de)。目前主(zhu)軸(zhou)轉(zhuan)速從每分(fen)鐘幾(ji)千(qian)轉(zhuan)，到幾(ji)萬(wan)轉(zhuan)，甚至達十(shi)幾(ji)萬(wan)轉(zhuan)。切削速度(du)大(da)幅度(du)提高(gao)，每臺數控(kong)皆有(you)幾(ji)百把(ba)刀(dao)具，換刀(dao)速度(du)從十(shi)幾(ji)秒(miao)(miao)到十(shi)秒(miao)(miao)、三秒(miao)(miao)，甚至達一秒(miao)(miao)。因此要求床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)/機床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)有(you)優良的(de)切削性(xing)能，而(er)現在(zai)的(de)問(wen)題是低碳當量，不僅帶來(lai)了鑄(zhu)(zhu)鐵的(de)高(gao)強度(du)，還帶來(lai)了高(gao)硬度(du)，導(dao)致了加工性(xing)能的(de)惡化。
4、床身鑄(zhu)件的碳當量(liang)與鑄(zhu)件薄壁(bi)化及縮(suo)松(song)缺(que)陷；
在達到HT300力(li)學性(xing)能下(xia)(xia)，其所含的碳(tan)當量(liang)(liang)不同，其鑄(zhu)(zhu)(zhu)造性(xing)能中的鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)流(liu)(liu)動性(xing)與(yu)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)的收縮(suo)相(xiang)差甚大。灰(hui)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)碳(tan)當量(liang)(liang)與(yu)流(liu)(liu)動及殘余應力(li)。不同碳(tan)當量(liang)(liang)下(xia)(xia)的收縮(suo)性(xing)，因機床鑄(zhu)(zhu)(zhu)件一般(ban)皆(jie)為亞(ya)共晶鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)，因此碳(tan)當量(liang)(liang)越(yue)低，流(liu)(liu)動性(xing)越(yue)差，收縮(suo)越(yue)大,殘余應力(li)越(yue)大。
要床(chuang)(chuang)身鑄件/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件薄壁(bi)化，減(jian)少(shao)縮(suo)松，縮(suo)孔缺陷在高(gao)強度下提(ti)高(gao)碳(tan)當量(liang)。目前國(guo)外的機(ji)床(chuang)(chuang)比(bi)我國(guo)機(ji)床(chuang)(chuang)重(zhong)量(liang)輕8-10。中(zhong)型機(ji)床(chuang)(chuang)壁(bi)厚已達14-20mm。小型機(ji)床(chuang)(chuang)件壁(bi)厚已達8-12mm。低(di)碳(tan)當量(liang)、高(gao)強度灰鑄件已是(shi)實現薄壁(bi)化的嚴(yan)重(zhong)障礙及造(zao)成縮(suo)松的重(zhong)要原(yuan)因(yin)。
綜(zong)合上(shang)述充分表明高(gao)碳(tan)當量、高(gao)強度(du)、高(gao)剛度(du)、低應(ying)力是(shi)數控機床鑄件(jian)的核心要(yao)求。
