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(ji)床重(zhong)量80以(yi)(yi)上且對機(ji)床性能有重(zhong)要影響的(de)床身鑄(zhu)件(jian)(jian)，與冷加工(gong)的(de)研究相比，有較大差距。去年， 下達了“jingmi數控(kong)機(ji)床床身鑄(zhu)件(jian)(jian)尺寸度穩定性的(de)課(ke)題”，以(yi)(yi)提高數控(kong)機(ji)床鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)質(zhi)量。
值(zhi)得(de)提出來(lai)的(de)是，目(mu)前在(zai)金屬切(qie)削機床(chuang)(chuang)灰鑄鐵件技術(shu)條(tiao)件中規定(ding)，以機械(xie)性能(neng)為驗收(shou)的(de)依(yi)據，化學(xue)成(cheng)(cheng)分不作為驗收(shou)依(yi)據。如用(yong)戶需要可在(zai)合(he)同中另訂。長期以來(lai)，這(zhe)項規定(ding)在(zai)我國不少床(chuang)(chuang)身鑄件/機床(chuang)(chuang)鑄件生產(chan)廠(chang)造成(cheng)(cheng)認識上的(de)誤區：既然以力學(xue)性能(neng)為驗收(shou)標準(zhun)，而化學(xue)成(cheng)(cheng)分不作為驗收(shou)標準(zhun)，那么，以降低碳當量的(de)措施(shi)達(da)到高強度，則(ze)是易實現(xian)的(de)。
長期以來(lai)由于我國床身(shen)鑄件/機床鑄件的(de)(de)高強(qiang)度是在低碳當量下取得的(de)(de)，它對機床性能(neng)的(de)(de)負面影響是很大的(de)(de)。低碳當量、高強(qiang)度產生(sheng)的(de)(de)問題是：
收縮(suo)(suo)大，導致縮(suo)(suo)孔、縮(suo)(suo)松傾向(xiang)增加(jia)；
殘余應力大，導致尺寸度(du)穩定性差，開裂傾向zengda；
流動(dong)性差，限制(zhi)了鑄件薄壁化；
加(jia)工性能差，導致切削速度(du)的降(jiang)低(di)與力(li)具壽命的下降(jiang)；
減震性差，導致加工度(du)與(yu)度(du)穩定性的降低；
質量(liang)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)差，這是因為(wei)低碳(tan)當量(liang)導致的(de)上述問題在(zai)生(sheng)產(chan)中反(fan)復(fu)出現(xian)，此(ci)長(chang)彼消，質量(liang)難以穩(wen)定(ding)。在(zai)2014年(nian)中對國內具有代表(biao)性(xing)(xing)的(de)機床生(sheng)產(chan)企業調查表(biao)明，用戶反(fan)饋(kui)意(yi)見中占一位是質量(liang)不穩(wen)定(ding)。
一、數控機床的發(fa)展與(yu)機床鑄(zhu)件質量的提高；
近50年來，機床的度(du)(du)已(yi)提高了100倍，已(yi)進入亞微米級(ji)(ji)及nami級(ji)(ji)超加工時代(dai)。高度(du)(du)與度(du)(du)的保(bao)持性是數控機床質(zhi)量的首要指標。
1、機床度與(yu)床身鑄件的剛性及減震性；
度(du)是指被加(jia)工(gong)(gong)零(ling)件(jian)(jian)能達到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)度(du)。因(yin)為目前數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已進入(ru)航(hang)空航(hang)天、兵(bing)器、核(he)工(gong)(gong)業、電(dian)子(zi)技術、船舶等(deng)軍工(gong)(gong)領域。重型、超(chao)重型數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已進入(ru)大(da)型電(dian)站設備、石化冶金設備、汽(qi)車制(zhi)造等(deng)。這些高(gao)(gao)度(du)、高(gao)(gao)速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)對床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度(du)與減(jian)(jian)震(zhen)性(xing)提出(chu)了 高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求：航(hang)天航(hang)空、核(he)工(gong)(gong)業、兵(bing)器、發電(dian)設備所需各種、 種性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合金材料。加(jia)工(gong)(gong)時又“粘”又“硬”，故要(yao)求機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)與機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)具有足夠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗變形(xing)能力，即使(shi)在高(gao)(gao)速、切(qie)削(xue)下仍(reng)能保(bao)持高(gao)(gao)度(du)。從使(shi)用角度(du)上看，床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)(jian)/機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)比強(qiang)度(du) 為重要(yao)：實踐與計算表明，即使(shi)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)削(xue)力，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)仍(reng)有較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)系(xi)數(shu)，但(dan)卻會出(chu)現由于剛(gang)性(xing)差(cha)(cha)、抗變形(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能力及(ji)減(jian)(jian)震(zhen)性(xing)差(cha)(cha)而(er)失去加(jia)工(gong)(gong)度(du)。因(yin)此數(shu)控(kong)jingmi機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)在高(gao)(gao)速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)下，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)具有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)與優良(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)震(zhen)性(xing)。
現(xian)代數控機床(chuang)(chuang)中主(zhu)(zhu)要受(shou)力的(de)機床(chuang)(chuang)件(jian)，往往不是(shi)按(an)強(qiang)(qiang)度設(she)計(ji)的(de)，大部分是(shi)按(an)剛(gang)性(xing)設(she)計(ji)的(de)。提高(gao)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)剛(gang)性(xing)的(de)措施來自兩個方面：一個是(shi)提高(gao)鑄(zhu)件(jian)的(de)結(jie)構剛(gang)性(xing)，這(zhe) 是(shi)機床(chuang)(chuang)件(jian)向(xiang)雙層(ceng)壁、多層(ceng)壁結(jie)構發(fa)展。形成機床(chuang)(chuang)件(jian)薄壁化(hua)，結(jie)構日(ri)益(yi)復雜的(de)重要原(yuan)因。另一項措施是(shi)提高(gao)機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)的(de)材(cai)質(zhi)剛(gang)性(xing)，即(ji)彈性(xing)模(mo)量(liang)，而彈性(xing)模(mo)量(liang)的(de)高(gao)低主(zhu)(zhu)要取決于抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度，因此現(xian)代的(de)數控機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)皆采用(yong)了高(gao)強(qiang)(qiang)度灰(hui)鑄(zhu)鐵HT300、HT350及(ji)高(gao)強(qiang)(qiang)度、高(gao)剛(gang)度球墨鑄(zhu)鐵材(cai)質(zhi)。
保(bao)持(chi)加(jia)工時高度的另一因素(su)是床身鑄(zhu)件具備優(you)良的減(jian)(jian)震性(xing)(xing)。值得提(ti)出的是，在減(jian)(jian)震性(xing)(xing)能中(zhong)，灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)的減(jian)(jian)震性(xing)(xing)優(you)于(yu)球墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)，而(er)灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)中(zhong)，碳當量高的減(jian)(jian)震性(xing)(xing)又優(you)于(yu)低(di)碳當量者(zhe)。
長期以來(lai)，機(ji)床件(jian)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)與(yu)(yu)要(yao)(yao)求(qiu)優良的(de)(de)減震性的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)難以統一(yi)。前者為低碳(tan)當量(liang)(liang)，后(hou)者為高(gao)(gao)(gao)(gao)碳(tan)當量(liang)(liang)，因此(ci)jingmi機(ji)床的(de)(de)度(du)(du)要(yao)(yao)求(qiu)其機(ji)床件(jian)，既(ji)要(yao)(yao)有強有力的(de)(de)抗變形能(neng)力的(de)(de)材質剛(gang)(gang)性，又要(yao)(yao)有優良的(de)(de)減震性，這 要(yao)(yao)求(qiu)碳(tan)當量(liang)(liang)與(yu)(yu)高(gao)(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)在(zai)一(yi)個新的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)度(du)(du)上達到平衡(heng)。即在(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)碳(tan)當量(liang)(liang)下達到高(gao)(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)，才能(neng)滿(man)足高(gao)(gao)(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)減振(zhen)性的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)。
2、機床度(du)保持性與床身鑄件/機床鑄件的殘余應力：
機床度保持(chi)性是數(shu)控機床的(de)(de)重要的(de)(de)質量(liang)指標，目前我國(guo)(guo)與國(guo)(guo)外還有相當大的(de)(de)差距(ju)。國(guo)(guo)內(nei)數(shu)控機床的(de)(de)度保持(chi)性約為一(yi)年，而國(guo)(guo)外可達五年。這是我國(guo)(guo)數(shu)控機床進口量(liang)為世界一(yi)的(de)(de)主(zhu)要原(yuan)因(yin)之(zhi)一(yi)。
鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)中(zhong)的殘(can)(can)余應力(li)(li)對(dui)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的尺寸(cun)度(du)(du)穩(wen)定(ding)性的影響是很大(da)(da)(da)的。在高度(du)(du)的機床在加工中(zhong)，引起塑性的，不可逆的變(bian)形有(you)三個(ge)因(yin)素：工作負荷、材料剛度(du)(du)、殘(can)(can)余應力(li)(li)。這三者中(zhong)殘(can)(can)余應力(li)(li)為危險(xian)，因(yin)為其應力(li)(li)往(wang)往(wang)大(da)(da)(da)于工作負荷，且它是持續的，不間斷(duan)的。為未時效(xiao)的機床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)(can)余應力(li)(li)較(jiao)大(da)(da)(da)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變(bian)形大(da)(da)(da)。為熱時效(xiao)后的機床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)(can)余應力(li)(li)較(jiao)小，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變(bian)形較(jiao)小。
3、床身鑄件(jian)的高強度與(yu)加工性能
高度(du)(du)的(de)(de)床(chuang)身鑄件(jian)(jian)，大部分都是(shi)用(yong)數控(kong)加工(gong)(gong)機床(chuang)進行加工(gong)(gong)的(de)(de)。目(mu)前(qian)主軸(zhou)轉(zhuan)速(su)從每分鐘(zhong)幾(ji)千轉(zhuan)，到幾(ji)萬(wan)轉(zhuan)，甚(shen)至(zhi)達(da)十幾(ji)萬(wan)轉(zhuan)。切削(xue)速(su)度(du)(du)大幅度(du)(du)提高，每臺數控(kong)皆有(you)幾(ji)百(bai)把刀(dao)具，換刀(dao)速(su)度(du)(du)從十幾(ji)秒到十秒、三(san)秒，甚(shen)至(zhi)達(da)一秒。因此要求床(chuang)身鑄件(jian)(jian)/機床(chuang)鑄件(jian)(jian)有(you)優良的(de)(de)切削(xue)性能，而現在的(de)(de)問題(ti)是(shi)低碳當量，不僅帶來了鑄鐵的(de)(de)高強度(du)(du)，還(huan)帶來了高硬度(du)(du)，導致了加工(gong)(gong)性能的(de)(de)惡化。
4、床身鑄(zhu)件(jian)的碳當量與鑄(zhu)件(jian)薄壁化及(ji)縮松缺陷(xian)；
在達(da)到HT300力(li)學性能下，其所含(han)的(de)碳(tan)當量(liang)不(bu)同，其鑄造性能中的(de)鐵液流動(dong)性與鑄鐵的(de)收縮(suo)相(xiang)差甚大(da)。灰鑄鐵碳(tan)當量(liang)與流動(dong)及殘余(yu)應(ying)力(li)。不(bu)同碳(tan)當量(liang)下的(de)收縮(suo)性，因機床鑄件一般皆為亞共晶鑄鐵，因此(ci)碳(tan)當量(liang)越(yue)(yue)(yue)低，流動(dong)性越(yue)(yue)(yue)差，收縮(suo)越(yue)(yue)(yue)大(da),殘余(yu)應(ying)力(li)越(yue)(yue)(yue)大(da)。
要床身鑄件/機床鑄件薄壁(bi)化，減少縮松，縮孔缺陷在(zai)高強度(du)下(xia)提(ti)高碳當(dang)量(liang)。目前國(guo)外(wai)的(de)(de)機床比我國(guo)機床重(zhong)量(liang)輕8-10。中型(xing)機床壁(bi)厚已(yi)達(da)14-20mm。小(xiao)型(xing)機床件壁(bi)厚已(yi)達(da)8-12mm。低碳當(dang)量(liang)、高強度(du)灰鑄件已(yi)是實(shi)現薄壁(bi)化的(de)(de)嚴(yan)重(zhong)障礙及造成縮松的(de)(de)重(zhong)要原(yuan)因。
綜合上述充分表明高(gao)碳當量、高(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)剛度(du)、低應力是數控機(ji)床鑄件的核心要求。
