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(chuang)重量80以上且對機床(chuang)性(xing)能有重要影響的(de)床(chuang)身鑄件，與冷(leng)加(jia)工的(de)研究相(xiang)比，有較大差距(ju)。去年， 下達了“jingmi數控機床(chuang)床(chuang)身鑄件尺(chi)寸度(du)穩定性(xing)的(de)課(ke)題”，以提高(gao)數控機床(chuang)鑄件的(de)質量。
值得提出來(lai)的是(shi)(shi)，目前在(zai)(zai)金屬切削機(ji)床灰鑄(zhu)鐵件(jian)技術條(tiao)件(jian)中規定(ding)(ding)，以(yi)(yi)機(ji)械性能為(wei)驗(yan)收(shou)(shou)的依(yi)據(ju)，化學(xue)成分不(bu)作為(wei)驗(yan)收(shou)(shou)依(yi)據(ju)。如(ru)用戶(hu)需(xu)要(yao)可在(zai)(zai)合同中另訂。長期以(yi)(yi)來(lai)，這項(xiang)規定(ding)(ding)在(zai)(zai)我(wo)國不(bu)少(shao)床身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)床鑄(zhu)件(jian)生產廠造成認(ren)識上(shang)的誤區：既然以(yi)(yi)力學(xue)性能為(wei)驗(yan)收(shou)(shou)標準(zhun)，而化學(xue)成分不(bu)作為(wei)驗(yan)收(shou)(shou)標準(zhun)，那么，以(yi)(yi)降(jiang)低(di)碳當(dang)量的措(cuo)施達到高強度，則是(shi)(shi)易實現的。
長期以來由(you)于我國床身鑄件/機(ji)床鑄件的高強(qiang)度是在(zai)低(di)碳(tan)當量下取得的，它(ta)對(dui)機(ji)床性能(neng)的負面影(ying)響是很大的。低(di)碳(tan)當量、高強(qiang)度產生(sheng)的問題是：
收(shou)縮大，導致縮孔、縮松傾(qing)向增(zeng)加(jia)；
殘(can)余(yu)應(ying)力大，導致尺寸度(du)穩(wen)定(ding)性差，開(kai)裂傾向zengda；
流動性差，限制了鑄(zhu)件薄壁化；
加(jia)工(gong)性能差(cha)，導致切削速度的(de)降低與(yu)力具壽命的(de)下降；
減(jian)震性(xing)差，導致加工度與度穩定(ding)性(xing)的降(jiang)低；
質量(liang)(liang)穩定(ding)性差，這是因為低碳當量(liang)(liang)導致(zhi)的上述(shu)問題在(zai)生(sheng)產(chan)中反復出現(xian)，此長彼消，質量(liang)(liang)難(nan)以穩定(ding)。在(zai)2014年中對國內具有代表性的機(ji)床生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye)調查表明，用戶反饋意(yi)見中占一位(wei)是質量(liang)(liang)不穩定(ding)。
一、數控機(ji)(ji)床的(de)發展(zhan)與機(ji)(ji)床鑄件質(zhi)量的(de)提高；
近(jin)50年來，機(ji)床的(de)度(du)已提高了100倍，已進入亞微米級(ji)及nami級(ji)超(chao)加工時代。高度(du)與度(du)的(de)保持性是數控機(ji)床質量的(de)首要指標。
1、機床(chuang)度與床(chuang)身鑄件的剛性(xing)(xing)及減震性(xing)(xing)；
度(du)是指被加工(gong)零件(jian)(jian)(jian)能達(da)到的(de)(de)加工(gong)度(du)。因為(wei)目前數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)已進(jin)入(ru)(ru)航(hang)空航(hang)天(tian)(tian)、兵器、核工(gong)業(ye)、電子技術、船舶等軍工(gong)領域。重(zhong)型、超(chao)重(zhong)型數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)已進(jin)入(ru)(ru)大型電站設備、石化(hua)冶金(jin)設備、汽(qi)車制造(zao)等。這些高(gao)度(du)、高(gao)速切(qie)(qie)削(xue)、切(qie)(qie)削(xue)的(de)(de)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)對床(chuang)身(shen)(shen)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛度(du)與減(jian)震性(xing)提出了 高(gao)的(de)(de)要求：航(hang)天(tian)(tian)航(hang)空、核工(gong)業(ye)、兵器、發電設備所(suo)需各(ge)種、 種性(xing)能的(de)(de)合金(jin)材(cai)料。加工(gong)時又“粘”又“硬(ying)”，故要求機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)與機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)具(ju)有足夠的(de)(de)抗變(bian)形能力(li)，即(ji)使在高(gao)速、切(qie)(qie)削(xue)下仍能保(bao)持高(gao)度(du)。從使用角度(du)上看，床(chuang)身(shen)(shen)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)/機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛性(xing)比強度(du) 為(wei)重(zhong)要：實踐(jian)與計算(suan)表(biao)明，即(ji)使大的(de)(de)切(qie)(qie)削(xue)力(li)，機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)強度(du)仍有較(jiao)大的(de)(de)系數(shu)，但卻會(hui)出現由于剛性(xing)差、抗變(bian)形的(de)(de)能力(li)及(ji)減(jian)震性(xing)差而失去加工(gong)度(du)。因此(ci)數(shu)控(kong)(kong)jingmi機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)在高(gao)速切(qie)(qie)削(xue)、切(qie)(qie)削(xue)下，機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)具(ju)有較(jiao)高(gao)的(de)(de)剛性(xing)與優良(liang)的(de)(de)減(jian)震性(xing)。
現代數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)中主要受力的(de)(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)，往(wang)往(wang)不是(shi)(shi)(shi)按強度(du)設計的(de)(de)(de)(de)，大部分是(shi)(shi)(shi)按剛(gang)性設計的(de)(de)(de)(de)。提高床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)剛(gang)性的(de)(de)(de)(de)措施來自兩個方面：一個是(shi)(shi)(shi)提高鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)剛(gang)性，這(zhe) 是(shi)(shi)(shi)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)向雙層壁、多(duo)層壁結(jie)(jie)構(gou)發展。形成機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)薄壁化，結(jie)(jie)構(gou)日(ri)益復雜(za)的(de)(de)(de)(de)重要原因。另一項措施是(shi)(shi)(shi)提高機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)材質(zhi)剛(gang)性，即彈(dan)性模量，而彈(dan)性模量的(de)(de)(de)(de)高低主要取決于抗拉(la)強度(du)，因此現代的(de)(de)(de)(de)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)皆采用了(le)高強度(du)灰(hui)鑄(zhu)鐵HT300、HT350及(ji)高強度(du)、高剛(gang)度(du)球墨鑄(zhu)鐵材質(zhi)。
保持加工時高(gao)度的(de)另一因素是床身鑄件具備優良的(de)減(jian)震(zhen)(zhen)性。值(zhi)得提(ti)出(chu)的(de)是，在減(jian)震(zhen)(zhen)性能(neng)中，灰鑄鐵的(de)減(jian)震(zhen)(zhen)性優于球墨鑄鐵，而灰鑄鐵中，碳(tan)當量(liang)高(gao)的(de)減(jian)震(zhen)(zhen)性又優于低碳(tan)當量(liang)者。
長期(qi)以(yi)來，機床(chuang)件的(de)高(gao)剛度(du)、高(gao)強度(du)與(yu)要(yao)(yao)求優良的(de)減(jian)震性(xing)的(de)要(yao)(yao)求難以(yi)統一。前者(zhe)為低碳當量(liang)(liang)，后者(zhe)為高(gao)碳當量(liang)(liang)，因此(ci)jingmi機床(chuang)的(de)度(du)要(yao)(yao)求其機床(chuang)件，既要(yao)(yao)有(you)強有(you)力的(de)抗變形能力的(de)材質剛性(xing)，又要(yao)(yao)有(you)優良的(de)減(jian)震性(xing)，這 要(yao)(yao)求碳當量(liang)(liang)與(yu)高(gao)強度(du)、高(gao)剛度(du)在一個新的(de)高(gao)度(du)上達到平衡。即在高(gao)碳當量(liang)(liang)下(xia)達到高(gao)強度(du)、高(gao)剛度(du)，才能滿(man)足高(gao)剛度(du)、高(gao)減(jian)振性(xing)的(de)要(yao)(yao)求。
2、機床(chuang)度保持(chi)性(xing)與床(chuang)身鑄(zhu)件/機床(chuang)鑄(zhu)件的殘(can)余應力：
機床(chuang)度保持(chi)性是(shi)數控(kong)機床(chuang)的(de)重要的(de)質量指(zhi)標，目(mu)前我國(guo)(guo)與國(guo)(guo)外(wai)還有(you)相當大的(de)差(cha)距。國(guo)(guo)內數控(kong)機床(chuang)的(de)度保持(chi)性約為一(yi)年，而國(guo)(guo)外(wai)可達五(wu)年。這(zhe)是(shi)我國(guo)(guo)數控(kong)機床(chuang)進口量為世界一(yi)的(de)主要原因(yin)之一(yi)。
鑄(zhu)(zhu)件(jian)中(zhong)的(de)(de)殘余(yu)應(ying)力(li)對鑄(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)尺(chi)寸度穩定性的(de)(de)影響是很大(da)的(de)(de)。在高度的(de)(de)機床在加工中(zhong)，引起塑性的(de)(de)，不可逆的(de)(de)變(bian)(bian)形(xing)有三個因(yin)素：工作負荷(he)、材料剛度、殘余(yu)應(ying)力(li)。這三者中(zhong)殘余(yu)應(ying)力(li)為(wei)(wei)(wei)危險(xian)，因(yin)為(wei)(wei)(wei)其(qi)應(ying)力(li)往往大(da)于工作負荷(he)，且它是持(chi)續的(de)(de)，不間(jian)斷的(de)(de)。為(wei)(wei)(wei)未時效的(de)(de)機床鑄(zhu)(zhu)件(jian)，殘余(yu)應(ying)力(li)較(jiao)(jiao)大(da)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)變(bian)(bian)形(xing)大(da)。為(wei)(wei)(wei)熱時效后的(de)(de)機床鑄(zhu)(zhu)件(jian)，殘余(yu)應(ying)力(li)較(jiao)(jiao)小(xiao)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)變(bian)(bian)形(xing)較(jiao)(jiao)小(xiao)。
3、床身鑄件的高強度與加工(gong)性能
高(gao)度(du)(du)的(de)(de)床身(shen)鑄(zhu)件，大部分(fen)都是(shi)用數(shu)控加工(gong)機(ji)床進行加工(gong)的(de)(de)。目前主軸(zhou)轉(zhuan)速(su)從每分(fen)鐘幾千轉(zhuan)，到幾萬轉(zhuan)，甚(shen)至(zhi)達十(shi)幾萬轉(zhuan)。切削(xue)(xue)速(su)度(du)(du)大幅(fu)度(du)(du)提(ti)高(gao)，每臺數(shu)控皆有(you)幾百把刀具，換刀速(su)度(du)(du)從十(shi)幾秒(miao)到十(shi)秒(miao)、三秒(miao)，甚(shen)至(zhi)達一秒(miao)。因此要求床身(shen)鑄(zhu)件/機(ji)床鑄(zhu)件有(you)優(you)良的(de)(de)切削(xue)(xue)性(xing)能，而現在的(de)(de)問題(ti)是(shi)低(di)碳當量，不(bu)僅帶(dai)(dai)來了鑄(zhu)鐵的(de)(de)高(gao)強(qiang)度(du)(du)，還帶(dai)(dai)來了高(gao)硬度(du)(du)，導(dao)致(zhi)了加工(gong)性(xing)能的(de)(de)惡化。
4、床身(shen)鑄件(jian)的碳當量與鑄件(jian)薄壁(bi)化及(ji)縮松缺陷(xian)；
在達(da)到HT300力學性(xing)能下，其所含的碳(tan)當(dang)量不同，其鑄造性(xing)能中的鐵(tie)液(ye)流(liu)動(dong)(dong)性(xing)與鑄鐵(tie)的收縮(suo)相差(cha)甚大。灰(hui)鑄鐵(tie)碳(tan)當(dang)量與流(liu)動(dong)(dong)及(ji)殘余應(ying)力。不同碳(tan)當(dang)量下的收縮(suo)性(xing)，因(yin)機(ji)床(chuang)鑄件一般皆(jie)為亞(ya)共晶鑄鐵(tie)，因(yin)此碳(tan)當(dang)量越低，流(liu)動(dong)(dong)性(xing)越差(cha)，收縮(suo)越大,殘余應(ying)力越大。
要床身鑄(zhu)件(jian)(jian)/機(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)(jian)薄壁(bi)化(hua)，減少(shao)縮松(song)，縮孔缺陷在高強度(du)下提高碳(tan)(tan)當量。目前國外的(de)(de)機(ji)(ji)床比(bi)我國機(ji)(ji)床重量輕8-10。中型機(ji)(ji)床壁(bi)厚(hou)已達14-20mm。小型機(ji)(ji)床件(jian)(jian)壁(bi)厚(hou)已達8-12mm。低碳(tan)(tan)當量、高強度(du)灰鑄(zhu)件(jian)(jian)已是實現(xian)薄壁(bi)化(hua)的(de)(de)嚴(yan)重障礙及造成縮松(song)的(de)(de)重要原(yuan)因。
綜合上述充分(fen)表(biao)明(ming)高碳當量、高強度、高剛(gang)度、低應(ying)力是數控機床鑄件的核心要求(qiu)。
