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)(ji)床(chuang)重(zhong)量(liang)80以上(shang)且對機(ji)(ji)床(chuang)性能(neng)有(you)重(zhong)要影響的(de)床(chuang)身鑄件(jian)，與冷(leng)加工的(de)研究相比，有(you)較(jiao)大(da)差距。去(qu)年， 下達了“jingmi數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)床(chuang)身鑄件(jian)尺寸度穩定性的(de)課題”，以提高數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)的(de)質量(liang)。
值得提出(chu)來(lai)的(de)是，目(mu)前在(zai)金(jin)屬(shu)切削機床灰鑄鐵件(jian)技(ji)術(shu)條(tiao)件(jian)中(zhong)(zhong)規定，以機械性(xing)能為(wei)驗收的(de)依(yi)(yi)據，化學成(cheng)(cheng)分不作為(wei)驗收依(yi)(yi)據。如用戶(hu)需要可在(zai)合同中(zhong)(zhong)另(ling)訂。長期以來(lai)，這項規定在(zai)我(wo)國不少床身鑄件(jian)/機床鑄件(jian)生產廠(chang)造(zao)成(cheng)(cheng)認識(shi)上的(de)誤區(qu)：既(ji)然(ran)以力學性(xing)能為(wei)驗收標(biao)準(zhun)，而化學成(cheng)(cheng)分不作為(wei)驗收標(biao)準(zhun)，那么，以降(jiang)低碳當量的(de)措施達(da)到高強度(du)，則(ze)是易(yi)實現的(de)。
長(chang)期以來由(you)于我國(guo)床身鑄件/機床鑄件的(de)高強度(du)是(shi)在低(di)碳(tan)當量下取得的(de)，它對機床性能的(de)負面影響是(shi)很大的(de)。低(di)碳(tan)當量、高強度(du)產(chan)生的(de)問題是(shi)：
收(shou)縮大(da)，導致縮孔(kong)、縮松(song)傾(qing)向(xiang)增加；
殘余應力(li)大，導致(zhi)尺寸(cun)度穩定性差(cha)，開裂傾(qing)向zengda；
流動性(xing)差(cha)，限制(zhi)了鑄件薄壁化(hua)；
加(jia)工性能差，導致切(qie)削速度的(de)降(jiang)(jiang)低與力(li)具壽(shou)命的(de)下(xia)降(jiang)(jiang)；
減震性(xing)差，導(dao)致加工(gong)度與(yu)度穩(wen)定性(xing)的(de)降低；
質(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)穩定性(xing)差，這(zhe)是(shi)(shi)因為低碳當量(liang)(liang)(liang)(liang)導致(zhi)的上述問題在生產中(zhong)反(fan)(fan)復出現，此長彼(bi)消，質(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)難(nan)以(yi)穩定。在2014年中(zhong)對國內具有代(dai)表性(xing)的機床生產企(qi)業(ye)調查表明，用戶反(fan)(fan)饋意見(jian)中(zhong)占一位是(shi)(shi)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)不穩定。
一、數控機床(chuang)的(de)(de)發展與(yu)機床(chuang)鑄件(jian)質量的(de)(de)提高；
近50年(nian)來，機(ji)床的度已(yi)提高(gao)(gao)了100倍，已(yi)進入亞微米級及nami級超加工(gong)時代。高(gao)(gao)度與度的保(bao)持性是數控(kong)機(ji)床質量的首要指標。
1、機床(chuang)度與床(chuang)身鑄件的(de)剛性及減震性；
度是(shi)指被加(jia)工(gong)(gong)零(ling)件(jian)(jian)(jian)能(neng)(neng)達(da)到的(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)度。因為目前數(shu)(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)已進(jin)入航(hang)空航(hang)天、兵器(qi)、核(he)工(gong)(gong)業、電(dian)(dian)子技術、船舶等軍(jun)工(gong)(gong)領域(yu)。重(zhong)型、超重(zhong)型數(shu)(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)已進(jin)入大型電(dian)(dian)站設備、石化冶金設備、汽車制造等。這(zhe)些高(gao)度、高(gao)速切削、切削的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)對床(chuang)身(shen)鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)(gang)度與(yu)(yu)減(jian)震性提出了 高(gao)的(de)(de)(de)(de)要求：航(hang)天航(hang)空、核(he)工(gong)(gong)業、兵器(qi)、發電(dian)(dian)設備所(suo)需各種、 種性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)合金材料。加(jia)工(gong)(gong)時又“粘(zhan)”又“硬”，故要求機(ji)(ji)床(chuang)與(yu)(yu)機(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)具有(you)足夠的(de)(de)(de)(de)抗(kang)變形能(neng)(neng)力，即使在高(gao)速、切削下仍(reng)(reng)能(neng)(neng)保持高(gao)度。從使用角度上看，床(chuang)身(shen)鑄件(jian)(jian)(jian)/機(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)(gang)性比強(qiang)度 為重(zhong)要：實踐與(yu)(yu)計算表明，即使大的(de)(de)(de)(de)切削力，機(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度仍(reng)(reng)有(you)較大的(de)(de)(de)(de)系(xi)數(shu)(shu)，但卻會出現(xian)由于剛(gang)(gang)性差、抗(kang)變形的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力及減(jian)震性差而(er)失去加(jia)工(gong)(gong)度。因此(ci)數(shu)(shu)控jingmi機(ji)(ji)床(chuang)在高(gao)速切削、切削下，機(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)具有(you)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)剛(gang)(gang)性與(yu)(yu)優良的(de)(de)(de)(de)減(jian)震性。
現代數(shu)控(kong)機(ji)床中主要受力的機(ji)床件，往(wang)往(wang)不是按(an)強(qiang)(qiang)度(du)設計的，大部分(fen)是按(an)剛(gang)性設計的。提(ti)高(gao)(gao)床身鑄(zhu)件/機(ji)床鑄(zhu)件剛(gang)性的措施(shi)來自兩個方面：一個是提(ti)高(gao)(gao)鑄(zhu)件的結構(gou)剛(gang)性，這 是機(ji)床件向雙(shuang)層壁、多(duo)層壁結構(gou)發展。形成機(ji)床件薄(bo)壁化，結構(gou)日益復雜的重要原因(yin)。另一項措施(shi)是提(ti)高(gao)(gao)機(ji)床鑄(zhu)件的材(cai)質剛(gang)性，即彈性模(mo)量，而彈性模(mo)量的高(gao)(gao)低主要取決于抗拉強(qiang)(qiang)度(du)，因(yin)此現代的數(shu)控(kong)機(ji)床鑄(zhu)件皆采用了高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)灰鑄(zhu)鐵(tie)HT300、HT350及高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)、高(gao)(gao)剛(gang)度(du)球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)材(cai)質。
保持(chi)加工時高度的(de)另一因素(su)是床身鑄(zhu)件具(ju)備優良的(de)減震(zhen)性。值得提出(chu)的(de)是，在(zai)減震(zhen)性能中(zhong)，灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)的(de)減震(zhen)性優于球墨鑄(zhu)鐵(tie)，而灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)，碳當(dang)量高的(de)減震(zhen)性又優于低碳當(dang)量者。
長期以來，機床件(jian)的高(gao)剛(gang)(gang)(gang)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)與要求優(you)良(liang)的減震性(xing)(xing)的要求難以統一(yi)。前者為(wei)低碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)(liang)，后者為(wei)高(gao)碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)(liang)，因此(ci)jingmi機床的度(du)(du)(du)(du)要求其機床件(jian)，既要有強(qiang)有力的抗變形能力的材(cai)質剛(gang)(gang)(gang)性(xing)(xing)，又要有優(you)良(liang)的減震性(xing)(xing)，這 要求碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)(liang)與高(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)剛(gang)(gang)(gang)度(du)(du)(du)(du)在(zai)一(yi)個新的高(gao)度(du)(du)(du)(du)上達到(dao)平(ping)衡。即(ji)在(zai)高(gao)碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)(liang)下達到(dao)高(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)剛(gang)(gang)(gang)度(du)(du)(du)(du)，才能滿足高(gao)剛(gang)(gang)(gang)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)減振性(xing)(xing)的要求。
2、機床度(du)保持(chi)性與(yu)床身鑄(zhu)件/機床鑄(zhu)件的殘余應力：
機床(chuang)度(du)保(bao)持性(xing)是數(shu)(shu)控(kong)(kong)機床(chuang)的(de)重要的(de)質(zhi)量(liang)指(zhi)標，目前我(wo)國與(yu)國外(wai)還(huan)有(you)相當大的(de)差(cha)距。國內數(shu)(shu)控(kong)(kong)機床(chuang)的(de)度(du)保(bao)持性(xing)約為一(yi)年，而國外(wai)可達(da)五年。這是我(wo)國數(shu)(shu)控(kong)(kong)機床(chuang)進口量(liang)為世界一(yi)的(de)主要原因之一(yi)。
鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)殘(can)余(yu)應(ying)力(li)對鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)尺寸度穩(wen)定性(xing)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)是很大的(de)(de)(de)(de)。在(zai)高(gao)度的(de)(de)(de)(de)機(ji)床在(zai)加工(gong)中(zhong)，引起塑性(xing)的(de)(de)(de)(de)，不(bu)(bu)可逆的(de)(de)(de)(de)變(bian)形有三個因素：工(gong)作(zuo)負(fu)荷(he)、材(cai)料(liao)剛(gang)度、殘(can)余(yu)應(ying)力(li)。這三者中(zhong)殘(can)余(yu)應(ying)力(li)為危(wei)險，因為其應(ying)力(li)往往大于工(gong)作(zuo)負(fu)荷(he)，且它(ta)是持續的(de)(de)(de)(de)，不(bu)(bu)間斷的(de)(de)(de)(de)。為未時效(xiao)的(de)(de)(de)(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)，殘(can)余(yu)應(ying)力(li)較(jiao)大，鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)變(bian)形大。為熱(re)時效(xiao)后的(de)(de)(de)(de)機(ji)床鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)，殘(can)余(yu)應(ying)力(li)較(jiao)小(xiao)，鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)變(bian)形較(jiao)小(xiao)。
3、床身鑄件的高強度與加工性能
高度(du)(du)的床身(shen)(shen)鑄件(jian)，大(da)部分都(dou)是(shi)用數(shu)(shu)控加工機(ji)床進行加工的。目前(qian)主軸轉(zhuan)速(su)從每(mei)分鐘幾(ji)(ji)千轉(zhuan)，到(dao)幾(ji)(ji)萬(wan)轉(zhuan)，甚(shen)至(zhi)達十幾(ji)(ji)萬(wan)轉(zhuan)。切削(xue)速(su)度(du)(du)大(da)幅度(du)(du)提高，每(mei)臺數(shu)(shu)控皆有幾(ji)(ji)百把(ba)刀具，換刀速(su)度(du)(du)從十幾(ji)(ji)秒(miao)到(dao)十秒(miao)、三秒(miao)，甚(shen)至(zhi)達一秒(miao)。因此要求床身(shen)(shen)鑄件(jian)/機(ji)床鑄件(jian)有優良的切削(xue)性能，而(er)現在的問題是(shi)低(di)碳當量，不(bu)僅(jin)帶(dai)來了鑄鐵的高強(qiang)度(du)(du)，還帶(dai)來了高硬度(du)(du)，導致了加工性能的惡化。
4、床身鑄件(jian)的(de)碳當量(liang)與(yu)鑄件(jian)薄壁化及縮松缺陷(xian)；
在達到HT300力學性(xing)能下，其所含(han)的(de)(de)碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)不(bu)同，其鑄(zhu)造性(xing)能中的(de)(de)鐵液(ye)流動性(xing)與鑄(zhu)鐵的(de)(de)收縮相差(cha)甚大。灰(hui)鑄(zhu)鐵碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)與流動及(ji)殘(can)余應力。不(bu)同碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)下的(de)(de)收縮性(xing)，因機(ji)床鑄(zhu)件一般皆為亞共晶(jing)鑄(zhu)鐵，因此碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)越低，流動性(xing)越差(cha)，收縮越大,殘(can)余應力越大。
要床身鑄(zhu)件(jian)(jian)/機(ji)(ji)床鑄(zhu)件(jian)(jian)薄壁(bi)(bi)化，減少縮(suo)松，縮(suo)孔(kong)缺陷在高強度下(xia)提高碳當量。目前國外的(de)機(ji)(ji)床比我國機(ji)(ji)床重(zhong)(zhong)量輕(qing)8-10。中(zhong)型機(ji)(ji)床壁(bi)(bi)厚(hou)已(yi)達14-20mm。小型機(ji)(ji)床件(jian)(jian)壁(bi)(bi)厚(hou)已(yi)達8-12mm。低(di)碳當量、高強度灰鑄(zhu)件(jian)(jian)已(yi)是實現薄壁(bi)(bi)化的(de)嚴重(zhong)(zhong)障礙及造成縮(suo)松的(de)重(zhong)(zhong)要原因(yin)。
綜(zong)合上述充(chong)分表明高碳當量、高強度、高剛度、低應(ying)力是(shi)數控機床鑄件的核心要求。
