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(chuang)(chuang)重量(liang)80以上且對(dui)機床(chuang)(chuang)性能有重要影(ying)響(xiang)的(de)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件，與(yu)冷(leng)加工的(de)研究相比，有較大差距。去年， 下達(da)了“jingmi數(shu)控(kong)機床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件尺寸度穩定性的(de)課題(ti)”，以提(ti)高數(shu)控(kong)機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件的(de)質量(liang)。
值得提出來的是，目前在金(jin)屬(shu)切削(xue)機(ji)床灰鑄鐵件技術條(tiao)件中(zhong)規定，以(yi)(yi)機(ji)械性能(neng)(neng)為(wei)驗收的依(yi)據，化(hua)學成(cheng)分不作為(wei)驗收依(yi)據。如用戶需要(yao)可在合同中(zhong)另(ling)訂。長(chang)期以(yi)(yi)來，這項規定在我國不少(shao)床身(shen)鑄件/機(ji)床鑄件生產廠造(zao)成(cheng)認識(shi)上的誤區：既然以(yi)(yi)力學性能(neng)(neng)為(wei)驗收標準(zhun)(zhun)，而(er)化(hua)學成(cheng)分不作為(wei)驗收標準(zhun)(zhun)，那么，以(yi)(yi)降低碳(tan)當量的措(cuo)施達到高強(qiang)度，則是易實(shi)現(xian)的。
長期以來由于我國(guo)床(chuang)身(shen)鑄(zhu)件/機床(chuang)鑄(zhu)件的(de)高強度(du)是(shi)在(zai)低碳當(dang)量(liang)下取得的(de)，它對機床(chuang)性(xing)能的(de)負面影響是(shi)很大的(de)。低碳當(dang)量(liang)、高強度(du)產生(sheng)的(de)問題是(shi)：
收(shou)縮大，導致(zhi)縮孔(kong)、縮松傾向增加；
殘(can)余(yu)應力大，導致(zhi)尺寸(cun)度穩定性差，開裂傾向(xiang)zengda；
流動性差，限制了鑄(zhu)件薄壁化；
加工(gong)性能差，導致切削速度(du)的(de)降低與力具壽命的(de)下(xia)降；
減(jian)震性差，導(dao)致加工度與度穩定性的降低(di)；
質(zhi)量(liang)穩(wen)(wen)定(ding)性差，這是(shi)因為低碳當量(liang)導致的上(shang)述問題在生(sheng)產中(zhong)反復(fu)出現，此長(chang)彼(bi)消，質(zhi)量(liang)難以穩(wen)(wen)定(ding)。在2014年中(zhong)對國(guo)內具有代表(biao)性的機床生(sheng)產企業(ye)調查表(biao)明，用(yong)戶反饋意見(jian)中(zhong)占一位是(shi)質(zhi)量(liang)不穩(wen)(wen)定(ding)。
一、數控機床的發展與機床鑄件質量的提高；
近50年來(lai)，機床的度(du)已提(ti)高了100倍，已進入亞微(wei)米級(ji)及nami級(ji)超加工時代。高度(du)與(yu)度(du)的保持性是數控機床質量(liang)的首要指標。
1、機床度與床身鑄件的剛性及(ji)減震性；
度(du)(du)(du)(du)(du)是指被加(jia)工(gong)零件(jian)能(neng)達到的(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)度(du)(du)(du)(du)(du)。因為(wei)目前數控(kong)(kong)機床已(yi)進(jin)入航空(kong)航天、兵器、核工(gong)業(ye)、電子技術、船舶(bo)等(deng)軍(jun)工(gong)領(ling)域(yu)。重(zhong)型、超重(zhong)型數控(kong)(kong)機床已(yi)進(jin)入大型電站設備(bei)、石化冶(ye)金設備(bei)、汽車(che)制造等(deng)。這些高(gao)(gao)(gao)度(du)(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)速(su)切削(xue)、切削(xue)的(de)(de)(de)(de)數控(kong)(kong)機床對床身鑄件(jian)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)度(du)(du)(du)(du)(du)與減(jian)震(zhen)(zhen)性(xing)提出了 高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)要求：航天航空(kong)、核工(gong)業(ye)、兵器、發(fa)電設備(bei)所需各種、 種性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)合金材料。加(jia)工(gong)時(shi)又(you)“粘(zhan)”又(you)“硬”，故(gu)要求機床與機床鑄件(jian)具(ju)(ju)有足夠的(de)(de)(de)(de)抗(kang)變形能(neng)力，即使在(zai)高(gao)(gao)(gao)速(su)、切削(xue)下仍能(neng)保(bao)持高(gao)(gao)(gao)度(du)(du)(du)(du)(du)。從(cong)使用(yong)角度(du)(du)(du)(du)(du)上看，床身鑄件(jian)/機床鑄件(jian)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)比(bi)強度(du)(du)(du)(du)(du) 為(wei)重(zhong)要：實踐(jian)與計(ji)算表明，即使大的(de)(de)(de)(de)切削(xue)力，機床鑄件(jian)的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)(du)(du)(du)仍有較大的(de)(de)(de)(de)系數，但卻會出現由于剛(gang)性(xing)差、抗(kang)變形的(de)(de)(de)(de)能(neng)力及減(jian)震(zhen)(zhen)性(xing)差而失去加(jia)工(gong)度(du)(du)(du)(du)(du)。因此數控(kong)(kong)jingmi機床在(zai)高(gao)(gao)(gao)速(su)切削(xue)、切削(xue)下，機床鑄件(jian)具(ju)(ju)有較高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)與優良的(de)(de)(de)(de)減(jian)震(zhen)(zhen)性(xing)。
現代數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)中主要受力的(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)，往(wang)往(wang)不是(shi)(shi)按強度(du)(du)設計(ji)的(de)(de)(de)，大部分是(shi)(shi)按剛(gang)(gang)性(xing)(xing)設計(ji)的(de)(de)(de)。提高(gao)(gao)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)措施來自兩個方面(mian)：一個是(shi)(shi)提高(gao)(gao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)結(jie)構剛(gang)(gang)性(xing)(xing)，這 是(shi)(shi)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)向雙層壁(bi)、多(duo)層壁(bi)結(jie)構發展。形成(cheng)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)薄壁(bi)化(hua)，結(jie)構日益復雜(za)的(de)(de)(de)重(zhong)要原因。另一項措施是(shi)(shi)提高(gao)(gao)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)材(cai)質(zhi)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)，即(ji)彈性(xing)(xing)模(mo)量，而彈性(xing)(xing)模(mo)量的(de)(de)(de)高(gao)(gao)低主要取決(jue)于抗拉強度(du)(du)，因此現代的(de)(de)(de)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)皆(jie)采(cai)用(yong)了(le)高(gao)(gao)強度(du)(du)灰鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)HT300、HT350及高(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)材(cai)質(zhi)。
保持加(jia)工(gong)時高(gao)度的另一(yi)因素(su)是(shi)床身鑄件具備優良的減(jian)震(zhen)性(xing)。值得提出的是(shi)，在減(jian)震(zhen)性(xing)能中(zhong)(zhong)，灰(hui)鑄鐵的減(jian)震(zhen)性(xing)優于(yu)球(qiu)墨(mo)鑄鐵，而灰(hui)鑄鐵中(zhong)(zhong)，碳(tan)當(dang)量高(gao)的減(jian)震(zhen)性(xing)又優于(yu)低碳(tan)當(dang)量者。
長期以來(lai)，機(ji)床(chuang)件(jian)的(de)高剛(gang)度(du)、高強度(du)與要(yao)(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)優(you)良的(de)減震性的(de)要(yao)(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)難以統一。前(qian)者(zhe)為低碳當(dang)量(liang)，后者(zhe)為高碳當(dang)量(liang)，因此jingmi機(ji)床(chuang)的(de)度(du)要(yao)(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)其機(ji)床(chuang)件(jian)，既要(yao)(yao)(yao)(yao)有強有力的(de)抗(kang)變形能力的(de)材質剛(gang)性，又要(yao)(yao)(yao)(yao)有優(you)良的(de)減震性，這 要(yao)(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)碳當(dang)量(liang)與高強度(du)、高剛(gang)度(du)在(zai)一個新的(de)高度(du)上達到平衡。即在(zai)高碳當(dang)量(liang)下達到高強度(du)、高剛(gang)度(du)，才能滿(man)足高剛(gang)度(du)、高減振性的(de)要(yao)(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。
2、機床(chuang)度保持性與(yu)床(chuang)身鑄件/機床(chuang)鑄件的殘余應力：
機(ji)(ji)床度(du)保(bao)持(chi)性(xing)是數控機(ji)(ji)床的(de)重要(yao)的(de)質量指標，目前我國與國外(wai)還(huan)有相當大的(de)差距。國內(nei)數控機(ji)(ji)床的(de)度(du)保(bao)持(chi)性(xing)約為(wei)一(yi)年(nian)，而(er)國外(wai)可達五年(nian)。這是我國數控機(ji)(ji)床進口量為(wei)世界一(yi)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因之一(yi)。
鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)殘(can)(can)余(yu)應(ying)力對鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)尺寸(cun)度(du)穩定性(xing)的(de)(de)(de)影響是很大(da)的(de)(de)(de)。在高度(du)的(de)(de)(de)機(ji)床在加工中(zhong)(zhong)(zhong)，引起(qi)塑性(xing)的(de)(de)(de)，不(bu)可逆的(de)(de)(de)變(bian)形有(you)三(san)個因素：工作(zuo)負荷、材料剛度(du)、殘(can)(can)余(yu)應(ying)力。這三(san)者(zhe)中(zhong)(zhong)(zhong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)力為危險，因為其應(ying)力往往大(da)于(yu)工作(zuo)負荷，且它(ta)是持續的(de)(de)(de)，不(bu)間斷的(de)(de)(de)。為未(wei)時(shi)效的(de)(de)(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)(can)余(yu)應(ying)力較大(da)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變(bian)形大(da)。為熱時(shi)效后(hou)的(de)(de)(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)(can)余(yu)應(ying)力較小，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變(bian)形較小。
3、床身鑄件的高強度與加工性能(neng)
高度的(de)床身鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)，大部(bu)分都是(shi)用數控加(jia)工(gong)機(ji)床進行加(jia)工(gong)的(de)。目前主軸(zhou)轉速從每分鐘幾千轉，到幾萬轉，甚至達(da)十幾萬轉。切削速度大幅度提高，每臺數控皆有幾百把刀具(ju)，換(huan)刀速度從十幾秒到十秒、三秒，甚至達(da)一(yi)秒。因(yin)此要求(qiu)床身鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)/機(ji)床鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)有優良(liang)的(de)切削性(xing)能(neng)，而現在的(de)問題是(shi)低碳當量，不僅帶(dai)來(lai)了鑄(zhu)鐵的(de)高強度，還帶(dai)來(lai)了高硬度，導致了加(jia)工(gong)性(xing)能(neng)的(de)惡(e)化。
4、床身鑄(zhu)件的碳當量與(yu)鑄(zhu)件薄壁(bi)化及縮松(song)缺陷；
在(zai)達(da)到HT300力(li)學(xue)性(xing)能下，其(qi)所含的(de)(de)碳(tan)(tan)當量(liang)不同，其(qi)鑄造性(xing)能中的(de)(de)鐵液流(liu)動(dong)(dong)性(xing)與(yu)(yu)鑄鐵的(de)(de)收縮(suo)相差(cha)(cha)甚大。灰鑄鐵碳(tan)(tan)當量(liang)與(yu)(yu)流(liu)動(dong)(dong)及(ji)殘余(yu)應力(li)。不同碳(tan)(tan)當量(liang)下的(de)(de)收縮(suo)性(xing)，因(yin)機床(chuang)鑄件(jian)一(yi)般皆(jie)為亞共(gong)晶鑄鐵，因(yin)此碳(tan)(tan)當量(liang)越低，流(liu)動(dong)(dong)性(xing)越差(cha)(cha)，收縮(suo)越大,殘余(yu)應力(li)越大。
要床(chuang)身鑄(zhu)件/機床(chuang)鑄(zhu)件薄壁化(hua)，減少縮松，縮孔缺陷在高強度下提高碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)。目前國外的(de)機床(chuang)比我國機床(chuang)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)輕8-10。中型(xing)(xing)機床(chuang)壁厚已(yi)達14-20mm。小型(xing)(xing)機床(chuang)件壁厚已(yi)達8-12mm。低碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)、高強度灰鑄(zhu)件已(yi)是實現(xian)薄壁化(hua)的(de)嚴重(zhong)(zhong)障(zhang)礙及造成(cheng)縮松的(de)重(zhong)(zhong)要原因。
綜(zong)合上(shang)述充分表(biao)明(ming)高(gao)碳當量、高(gao)強度、高(gao)剛度、低應(ying)力(li)是數控機床鑄(zhu)件的核心要(yao)求。
