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。 ”
占機床重量(liang)(liang)80以上且(qie)對(dui)機床性能有重要(yao)影響的(de)床身(shen)鑄件，與冷加工的(de)研究相(xiang)比(bi)，有較大差距。去年， 下達(da)了“jingmi數控機床床身(shen)鑄件尺(chi)寸(cun)度穩定性的(de)課題”，以提(ti)高數控機床鑄件的(de)質量(liang)(liang)。
值(zhi)得提出來(lai)的(de)是，目前在(zai)金屬切(qie)削機(ji)床(chuang)灰(hui)鑄鐵件(jian)(jian)技術(shu)條(tiao)件(jian)(jian)中規(gui)定(ding)，以機(ji)械性能為驗(yan)收(shou)(shou)的(de)依據(ju)，化學(xue)成(cheng)分不作(zuo)為驗(yan)收(shou)(shou)依據(ju)。如用(yong)戶需要(yao)可在(zai)合同(tong)中另訂(ding)。長(chang)期以來(lai)，這(zhe)項(xiang)規(gui)定(ding)在(zai)我國不少(shao)床(chuang)身鑄件(jian)(jian)/機(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)生產廠造成(cheng)認(ren)識上的(de)誤區：既然以力學(xue)性能為驗(yan)收(shou)(shou)標準，而化學(xue)成(cheng)分不作(zuo)為驗(yan)收(shou)(shou)標準，那(nei)么，以降低(di)碳當量的(de)措施達(da)到(dao)高(gao)強度，則是易(yi)實現的(de)。
長期以來(lai)由于我國床身鑄件(jian)/機床鑄件(jian)的(de)高(gao)強度(du)是在低(di)碳(tan)當(dang)量下取得(de)的(de)，它對機床性能的(de)負面(mian)影響(xiang)是很(hen)大的(de)。低(di)碳(tan)當(dang)量、高(gao)強度(du)產(chan)生的(de)問題(ti)是：
收縮大，導致縮孔、縮松傾向增加；
殘余應力大(da)，導致尺寸度穩定性差(cha)，開裂(lie)傾向(xiang)zengda；
流動性差，限制了鑄件薄(bo)壁化；
加工性能(neng)差(cha)，導致切削(xue)速度(du)的降(jiang)低與力具壽命的下(xia)降(jiang)；
減震性差，導致(zhi)加(jia)工度與(yu)度穩定性的降低；
質量穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)差，這是因(yin)為(wei)低碳當量導致的上述問題在(zai)生(sheng)產中反(fan)復出(chu)現，此(ci)長彼消，質量難以穩(wen)(wen)定(ding)。在(zai)2014年中對國內具(ju)有代(dai)表性(xing)的機床生(sheng)產企業調查表明，用戶(hu)反(fan)饋(kui)意見中占一位(wei)是質量不穩(wen)(wen)定(ding)。
一、數控機床的(de)發(fa)展與機床鑄件質量的(de)提高；
近50年來(lai)，機床的(de)度已(yi)提(ti)高了(le)100倍，已(yi)進(jin)入(ru)亞微(wei)米級及nami級超(chao)加工時(shi)代(dai)。高度與度的(de)保持(chi)性是數控機床質量的(de)首要指標(biao)。
1、機床度與床身鑄件(jian)的剛(gang)性及減震性；
度(du)(du)(du)是指被(bei)加(jia)工(gong)(gong)零件(jian)(jian)能達到的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)度(du)(du)(du)。因為(wei)目前(qian)數控機(ji)(ji)床(chuang)已進入航(hang)空航(hang)天(tian)、兵器、核(he)工(gong)(gong)業(ye)(ye)、電(dian)(dian)子技術、船舶等軍工(gong)(gong)領域(yu)。重型、超重型數控機(ji)(ji)床(chuang)已進入大型電(dian)(dian)站(zhan)設備、石化冶金設備、汽車制造(zao)等。這些高度(du)(du)(du)、高速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)的(de)(de)數控機(ji)(ji)床(chuang)對床(chuang)身鑄件(jian)(jian)的(de)(de)剛度(du)(du)(du)與減(jian)(jian)震性提(ti)出了 高的(de)(de)要求：航(hang)天(tian)航(hang)空、核(he)工(gong)(gong)業(ye)(ye)、兵器、發(fa)電(dian)(dian)設備所需各種、 種性能的(de)(de)合金材料(liao)。加(jia)工(gong)(gong)時又“粘”又“硬”，故要求機(ji)(ji)床(chuang)與機(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)具(ju)(ju)有(you)足夠的(de)(de)抗變形能力，即(ji)使(shi)在(zai)高速、切(qie)削(xue)下(xia)仍(reng)能保(bao)持(chi)高度(du)(du)(du)。從使(shi)用角度(du)(du)(du)上看，床(chuang)身鑄件(jian)(jian)/機(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)剛性比(bi)強(qiang)度(du)(du)(du) 為(wei)重要：實踐與計算表(biao)明，即(ji)使(shi)大的(de)(de)切(qie)削(xue)力，機(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)強(qiang)度(du)(du)(du)仍(reng)有(you)較(jiao)大的(de)(de)系數，但卻會出現由于剛性差、抗變形的(de)(de)能力及減(jian)(jian)震性差而失去加(jia)工(gong)(gong)度(du)(du)(du)。因此數控jingmi機(ji)(ji)床(chuang)在(zai)高速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)下(xia)，機(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)具(ju)(ju)有(you)較(jiao)高的(de)(de)剛性與優良的(de)(de)減(jian)(jian)震性。
現(xian)代(dai)數控機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)中主要(yao)(yao)受力的(de)(de)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)，往往不是(shi)按強(qiang)(qiang)度設(she)計的(de)(de)，大部分(fen)是(shi)按剛(gang)性(xing)設(she)計的(de)(de)。提高(gao)床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)/機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)剛(gang)性(xing)的(de)(de)措(cuo)施來(lai)自兩個(ge)方面(mian)：一個(ge)是(shi)提高(gao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)結構(gou)剛(gang)性(xing)，這(zhe) 是(shi)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)向雙層壁、多層壁結構(gou)發展。形成機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)薄壁化，結構(gou)日(ri)益復雜(za)的(de)(de)重要(yao)(yao)原因(yin)。另(ling)一項措(cuo)施是(shi)提高(gao)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)材(cai)質剛(gang)性(xing)，即彈(dan)性(xing)模(mo)量，而彈(dan)性(xing)模(mo)量的(de)(de)高(gao)低主要(yao)(yao)取決于抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度，因(yin)此現(xian)代(dai)的(de)(de)數控機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)皆采用(yong)了高(gao)強(qiang)(qiang)度灰(hui)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵HT300、HT350及高(gao)強(qiang)(qiang)度、高(gao)剛(gang)度球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鐵材(cai)質。
保持加工(gong)時高度的(de)另一因(yin)素(su)是床身鑄件具備優(you)良(liang)的(de)減(jian)震(zhen)性(xing)。值(zhi)得提出的(de)是，在減(jian)震(zhen)性(xing)能中，灰(hui)鑄鐵(tie)的(de)減(jian)震(zhen)性(xing)優(you)于球(qiu)墨鑄鐵(tie)，而灰(hui)鑄鐵(tie)中，碳當(dang)量高的(de)減(jian)震(zhen)性(xing)又優(you)于低(di)碳當(dang)量者。
長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)，機(ji)床件的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)與要(yao)(yao)(yao)求(qiu)優(you)良(liang)的(de)(de)減(jian)震性(xing)的(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)難以(yi)統一。前者為低碳當(dang)量(liang)，后(hou)者為高(gao)(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)，因此jingmi機(ji)床的(de)(de)度(du)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)其機(ji)床件，既要(yao)(yao)(yao)有(you)強(qiang)有(you)力的(de)(de)抗變形能(neng)力的(de)(de)材質剛(gang)性(xing)，又要(yao)(yao)(yao)有(you)優(you)良(liang)的(de)(de)減(jian)震性(xing)，這 要(yao)(yao)(yao)求(qiu)碳當(dang)量(liang)與高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度(du)在(zai)一個新的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)度(du)上(shang)達到(dao)(dao)平(ping)衡。即在(zai)高(gao)(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)下(xia)達到(dao)(dao)高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度(du)，才能(neng)滿足高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)減(jian)振(zhen)性(xing)的(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)。
2、機床度保持(chi)性與床身鑄(zhu)件/機床鑄(zhu)件的殘余(yu)應力：
機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)度保持性(xing)是數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)重(zhong)要(yao)的(de)(de)質量指標(biao)，目(mu)前我(wo)(wo)國(guo)與國(guo)外還有相當大(da)的(de)(de)差距(ju)。國(guo)內數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)度保持性(xing)約為(wei)一年，而(er)國(guo)外可達五年。這是我(wo)(wo)國(guo)數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)進(jin)口量為(wei)世界一的(de)(de)主要(yao)原因之一。
鑄(zhu)件中的(de)(de)(de)殘(can)(can)(can)余應(ying)力對鑄(zhu)件的(de)(de)(de)尺寸度(du)穩定(ding)性(xing)的(de)(de)(de)影響(xiang)是很大的(de)(de)(de)。在高(gao)度(du)的(de)(de)(de)機床(chuang)(chuang)在加工中，引起(qi)塑性(xing)的(de)(de)(de)，不可逆的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)有三個因素(su)：工作負荷(he)、材料剛度(du)、殘(can)(can)(can)余應(ying)力。這三者中殘(can)(can)(can)余應(ying)力為(wei)(wei)危險，因為(wei)(wei)其應(ying)力往往大于工作負荷(he)，且它是持續的(de)(de)(de)，不間斷的(de)(de)(de)。為(wei)(wei)未時(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件，殘(can)(can)(can)余應(ying)力較(jiao)大，鑄(zhu)件變(bian)形(xing)大。為(wei)(wei)熱時(shi)效(xiao)后的(de)(de)(de)機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件，殘(can)(can)(can)余應(ying)力較(jiao)小，鑄(zhu)件變(bian)形(xing)較(jiao)小。
3、床身鑄件的高強度與加工性(xing)能
高(gao)度(du)(du)的(de)(de)床(chuang)身鑄(zhu)件(jian)，大部(bu)分都是用數控(kong)加(jia)(jia)工機(ji)床(chuang)進行加(jia)(jia)工的(de)(de)。目前主軸轉速從每分鐘(zhong)幾(ji)(ji)千轉，到幾(ji)(ji)萬轉，甚至(zhi)達十(shi)幾(ji)(ji)萬轉。切(qie)削速度(du)(du)大幅度(du)(du)提高(gao)，每臺數控(kong)皆有(you)幾(ji)(ji)百把(ba)刀具，換刀速度(du)(du)從十(shi)幾(ji)(ji)秒到十(shi)秒、三秒，甚至(zhi)達一秒。因此(ci)要求床(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)有(you)優良的(de)(de)切(qie)削性能(neng)，而現在的(de)(de)問題(ti)是低碳當量，不(bu)僅帶來了鑄(zhu)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(jia)(jia)工性能(neng)的(de)(de)惡化。
4、床身鑄件(jian)的(de)碳當(dang)量與鑄件(jian)薄壁化及縮松缺陷；
在(zai)達到(dao)HT300力(li)學性(xing)能下，其所含的碳(tan)當(dang)量(liang)不同，其鑄(zhu)造性(xing)能中的鐵液流(liu)動性(xing)與(yu)(yu)鑄(zhu)鐵的收縮(suo)相差甚大。灰鑄(zhu)鐵碳(tan)當(dang)量(liang)與(yu)(yu)流(liu)動及(ji)殘余應(ying)(ying)力(li)。不同碳(tan)當(dang)量(liang)下的收縮(suo)性(xing)，因(yin)機床(chuang)鑄(zhu)件一般皆為亞共晶鑄(zhu)鐵，因(yin)此碳(tan)當(dang)量(liang)越低，流(liu)動性(xing)越差，收縮(suo)越大,殘余應(ying)(ying)力(li)越大。
要床(chuang)身鑄(zhu)件/機床(chuang)鑄(zhu)件薄(bo)壁(bi)化(hua)，減少(shao)縮松(song)，縮孔缺陷在高強(qiang)度下(xia)提高碳當量。目前國(guo)外的(de)機床(chuang)比我國(guo)機床(chuang)重量輕8-10。中型機床(chuang)壁(bi)厚(hou)已達14-20mm。小型機床(chuang)件壁(bi)厚(hou)已達8-12mm。低碳當量、高強(qiang)度灰鑄(zhu)件已是實現薄(bo)壁(bi)化(hua)的(de)嚴重障礙及造成縮松(song)的(de)重要原因。
綜合上述充分表明高(gao)碳(tan)當量、高(gao)強(qiang)度(du)(du)、高(gao)剛度(du)(du)、低應力是數控機床鑄件的核心(xin)要求。
