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以上且對機(ji)床性(xing)能有(you)重(zhong)要影響的(de)床身(shen)鑄件(jian)，與冷加工的(de)研(yan)究相比，有(you)較(jiao)大差(cha)距。去年， 下(xia)達了“jingmi數控機(ji)床床身(shen)鑄件(jian)尺寸度穩定性(xing)的(de)課題”，以提高數控機(ji)床鑄件(jian)的(de)質(zhi)量。
值(zhi)得提出(chu)來(lai)的(de)是，目前在金(jin)屬切(qie)削機床灰(hui)鑄(zhu)鐵件技術條件中規(gui)定，以機械性能(neng)為驗(yan)收(shou)的(de)依據，化學(xue)成(cheng)(cheng)分不作為驗(yan)收(shou)依據。如用戶需(xu)要可在合同中另訂。長期以來(lai)，這項規(gui)定在我國不少床身鑄(zhu)件/機床鑄(zhu)件生產廠(chang)造成(cheng)(cheng)認(ren)識(shi)上的(de)誤區：既然以力學(xue)性能(neng)為驗(yan)收(shou)標準，而(er)化學(xue)成(cheng)(cheng)分不作為驗(yan)收(shou)標準，那么，以降低碳當量(liang)的(de)措施達到高強度，則是易實現的(de)。
長(chang)期以來由于我國床(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件(jian)/機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)高強(qiang)度是(shi)在低碳(tan)當(dang)量下(xia)取得的(de)(de)，它對機床(chuang)性能的(de)(de)負面影(ying)響是(shi)很大的(de)(de)。低碳(tan)當(dang)量、高強(qiang)度產生的(de)(de)問題(ti)是(shi)：
收縮(suo)大(da)，導(dao)致縮(suo)孔(kong)、縮(suo)松(song)傾(qing)向增加；
殘余應力大，導致尺寸度穩(wen)定(ding)性差，開(kai)裂傾向zengda；
流(liu)動性差，限(xian)制了鑄件(jian)薄壁化(hua)；
加工性(xing)能(neng)差，導致切削速度(du)的降低與(yu)力(li)具壽命的下降；
減震性差，導(dao)致(zhi)加(jia)工度(du)與度(du)穩定性的降低；
質量穩定(ding)性差，這是(shi)因為低(di)碳(tan)當(dang)量導致的(de)上述(shu)問(wen)題(ti)在生產中反復出現，此長彼(bi)消，質量難(nan)以穩定(ding)。在2014年中對國內具有代(dai)表性的(de)機床生產企業調查(cha)表明，用(yong)戶(hu)反饋意見中占一位是(shi)質量不穩定(ding)。
一(yi)、數控機床的發展與(yu)機床鑄(zhu)件質量的提高；
近50年來(lai)，機床的(de)度(du)已提高了100倍(bei)，已進入亞微米級及nami級超(chao)加工(gong)時代。高度(du)與度(du)的(de)保持性是數控機床質量的(de)首(shou)要指標。
1、機(ji)床度(du)與床身鑄件的剛性(xing)及(ji)減震性(xing)；
度(du)(du)是指被加工零件(jian)能(neng)(neng)達到的(de)(de)(de)(de)加工度(du)(du)。因為目前數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床已進(jin)(jin)入(ru)航(hang)空(kong)航(hang)天、兵(bing)器、核(he)工業、電(dian)子技(ji)術、船(chuan)舶等(deng)軍工領域(yu)。重型、超(chao)重型數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床已進(jin)(jin)入(ru)大(da)型電(dian)站設(she)備(bei)、石化冶金(jin)設(she)備(bei)、汽車制造等(deng)。這些(xie)高(gao)(gao)(gao)度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)速(su)(su)切削(xue)(xue)、切削(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床對床身鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)(gang)度(du)(du)與減(jian)震性提出了 高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求：航(hang)天航(hang)空(kong)、核(he)工業、兵(bing)器、發電(dian)設(she)備(bei)所需各種(zhong)、 種(zhong)性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)合金(jin)材(cai)料(liao)。加工時(shi)又(you)“粘”又(you)“硬”，故要(yao)求機(ji)(ji)(ji)床與機(ji)(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)具有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)抗變(bian)形能(neng)(neng)力，即使在(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)速(su)(su)、切削(xue)(xue)下仍(reng)能(neng)(neng)保持(chi)高(gao)(gao)(gao)度(du)(du)。從(cong)使用(yong)角度(du)(du)上看，床身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)(gang)性比強(qiang)度(du)(du) 為重要(yao)：實踐與計算表明(ming)，即使大(da)的(de)(de)(de)(de)切削(xue)(xue)力，機(ji)(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)仍(reng)有(you)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)系(xi)數(shu)，但卻會出現由于剛(gang)(gang)性差、抗變(bian)形的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力及(ji)減(jian)震性差而失去加工度(du)(du)。因此數(shu)控jingmi機(ji)(ji)(ji)床在(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)速(su)(su)切削(xue)(xue)、切削(xue)(xue)下，機(ji)(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)具有(you)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)(gang)性與優良的(de)(de)(de)(de)減(jian)震性。
現代(dai)(dai)數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)中主要受力的(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)件(jian)(jian)，往往不是(shi)按(an)強(qiang)度(du)設計(ji)的(de)(de)(de)，大部(bu)分(fen)是(shi)按(an)剛性(xing)(xing)設計(ji)的(de)(de)(de)。提(ti)高(gao)(gao)(gao)床(chuang)身(shen)鑄件(jian)(jian)/機(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)剛性(xing)(xing)的(de)(de)(de)措施來自兩個方(fang)面(mian)：一個是(shi)提(ti)高(gao)(gao)(gao)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)剛性(xing)(xing)，這 是(shi)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)件(jian)(jian)向雙層壁、多層壁結(jie)構(gou)發展。形(xing)成機(ji)(ji)(ji)床(chuang)件(jian)(jian)薄(bo)壁化(hua)，結(jie)構(gou)日益(yi)復雜的(de)(de)(de)重要原(yuan)因。另一項措施是(shi)提(ti)高(gao)(gao)(gao)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)材(cai)質(zhi)剛性(xing)(xing)，即(ji)彈(dan)性(xing)(xing)模量，而彈(dan)性(xing)(xing)模量的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)低(di)主要取決(jue)于抗拉強(qiang)度(du)，因此現代(dai)(dai)的(de)(de)(de)數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)皆(jie)采(cai)用了高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)灰(hui)鑄鐵HT300、HT350及(ji)高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)剛度(du)球墨鑄鐵材(cai)質(zhi)。
保持(chi)加工時高度的另(ling)一因(yin)素(su)是床身(shen)鑄件具備優(you)(you)(you)良的減震(zhen)(zhen)性(xing)。值(zhi)得提出的是，在(zai)減震(zhen)(zhen)性(xing)能中(zhong)，灰鑄鐵的減震(zhen)(zhen)性(xing)優(you)(you)(you)于球墨鑄鐵，而灰鑄鐵中(zhong)，碳當(dang)量(liang)高的減震(zhen)(zhen)性(xing)又優(you)(you)(you)于低碳當(dang)量(liang)者。
長期以來，機(ji)床(chuang)件(jian)的(de)(de)高(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)強度(du)(du)與要(yao)求(qiu)優良的(de)(de)減(jian)(jian)震性的(de)(de)要(yao)求(qiu)難以統(tong)一(yi)。前(qian)者為低碳當(dang)量(liang)，后者為高(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)，因此jingmi機(ji)床(chuang)的(de)(de)度(du)(du)要(yao)求(qiu)其機(ji)床(chuang)件(jian)，既要(yao)有(you)強有(you)力的(de)(de)抗(kang)變形能力的(de)(de)材質剛性，又要(yao)有(you)優良的(de)(de)減(jian)(jian)震性，這 要(yao)求(qiu)碳當(dang)量(liang)與高(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)剛度(du)(du)在一(yi)個新(xin)的(de)(de)高(gao)(gao)度(du)(du)上達(da)到平衡。即(ji)在高(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)下(xia)達(da)到高(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)剛度(du)(du)，才能滿足高(gao)(gao)剛度(du)(du)、高(gao)(gao)減(jian)(jian)振(zhen)性的(de)(de)要(yao)求(qiu)。
2、機床度(du)保持性與床身鑄件/機床鑄件的(de)殘余(yu)應力：
機床度保持(chi)性(xing)(xing)是數(shu)(shu)控(kong)機床的(de)重要的(de)質量指標，目前我(wo)國與(yu)國外還有相(xiang)當大的(de)差距。國內(nei)數(shu)(shu)控(kong)機床的(de)度保持(chi)性(xing)(xing)約為(wei)(wei)一年，而(er)國外可達五年。這是我(wo)國數(shu)(shu)控(kong)機床進口量為(wei)(wei)世界一的(de)主要原因之一。
鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)中的(de)(de)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)對鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)尺寸度穩定性(xing)的(de)(de)影響是很大(da)(da)的(de)(de)。在(zai)高度的(de)(de)機(ji)床在(zai)加(jia)工中，引(yin)起塑性(xing)的(de)(de)，不可逆的(de)(de)變形有三(san)個因素：工作負(fu)荷、材料剛度、殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)。這三(san)者中殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)為(wei)危險(xian)，因為(wei)其應(ying)(ying)力(li)往(wang)往(wang)大(da)(da)于工作負(fu)荷，且它是持續的(de)(de)，不間斷的(de)(de)。為(wei)未(wei)時(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)，殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)較大(da)(da)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)變形大(da)(da)。為(wei)熱時(shi)(shi)效(xiao)后(hou)的(de)(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)，殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)較小，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)變形較小。
3、床身鑄件的高強度與加工(gong)性能
高(gao)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件(jian)，大部分都是用數控加工(gong)機床(chuang)(chuang)進行加工(gong)的(de)(de)。目前主軸(zhou)轉速從(cong)每(mei)分鐘幾(ji)(ji)千轉，到(dao)幾(ji)(ji)萬(wan)轉，甚(shen)至達十幾(ji)(ji)萬(wan)轉。切削速度(du)(du)(du)(du)大幅度(du)(du)(du)(du)提(ti)高(gao)，每(mei)臺數控皆有幾(ji)(ji)百(bai)把刀具(ju)，換(huan)刀速度(du)(du)(du)(du)從(cong)十幾(ji)(ji)秒到(dao)十秒、三秒，甚(shen)至達一秒。因此要求床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄件(jian)有優良的(de)(de)切削性能，而現在(zai)的(de)(de)問題是低(di)碳(tan)當量，不僅(jin)帶(dai)來(lai)了(le)(le)鑄鐵的(de)(de)高(gao)強度(du)(du)(du)(du)，還帶(dai)來(lai)了(le)(le)高(gao)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)，導致了(le)(le)加工(gong)性能的(de)(de)惡(e)化。
4、床身鑄件(jian)的碳(tan)當(dang)量(liang)與鑄件(jian)薄壁化及縮松缺陷；
在達到HT300力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)下，其(qi)所含的(de)碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)不同，其(qi)鑄(zhu)造(zao)性(xing)(xing)(xing)能(neng)中的(de)鐵(tie)液(ye)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)與(yu)(yu)鑄(zhu)鐵(tie)的(de)收縮相差甚大。灰鑄(zhu)鐵(tie)碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)與(yu)(yu)流(liu)動及殘(can)余應力。不同碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)下的(de)收縮性(xing)(xing)(xing)，因機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件一般皆(jie)為(wei)亞共晶鑄(zhu)鐵(tie)，因此碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)越(yue)低，流(liu)動性(xing)(xing)(xing)越(yue)差，收縮越(yue)大,殘(can)余應力越(yue)大。
要(yao)床(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)薄壁(bi)化，減少縮松(song)，縮孔缺陷在(zai)高(gao)(gao)(gao)強度(du)下提高(gao)(gao)(gao)碳當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)。目前國外的(de)機(ji)(ji)床(chuang)比我國機(ji)(ji)床(chuang)重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)(liang)輕8-10。中型(xing)機(ji)(ji)床(chuang)壁(bi)厚已(yi)(yi)達14-20mm。小型(xing)機(ji)(ji)床(chuang)件(jian)壁(bi)厚已(yi)(yi)達8-12mm。低(di)碳當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)、高(gao)(gao)(gao)強度(du)灰鑄(zhu)件(jian)已(yi)(yi)是實(shi)現薄壁(bi)化的(de)嚴重(zhong)(zhong)障(zhang)礙(ai)及造成縮松(song)的(de)重(zhong)(zhong)要(yao)原因。
綜(zong)合上述(shu)充(chong)分表明高(gao)碳(tan)當量、高(gao)強度、高(gao)剛度、低(di)應(ying)力(li)是數控(kong)機床鑄件(jian)的核心要求。
