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(chuang)(chuang)重(zhong)量(liang)(liang)80以上且(qie)對機(ji)床(chuang)(chuang)性(xing)能有重(zhong)要影響的(de)(de)床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件(jian)，與冷加工的(de)(de)研究(jiu)相(xiang)比，有較大差距。去年， 下達了“jingmi數(shu)控機(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件(jian)尺寸度(du)穩定性(xing)的(de)(de)課題(ti)”，以提高數(shu)控機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)的(de)(de)質量(liang)(liang)。
值(zhi)得提(ti)出來的(de)是，目前在金屬(shu)切削機床(chuang)(chuang)灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)件(jian)(jian)技術條件(jian)(jian)中(zhong)規定(ding)，以機械性能為(wei)(wei)驗收(shou)的(de)依據，化(hua)學成分不作為(wei)(wei)驗收(shou)依據。如用戶(hu)需要可(ke)在合同中(zhong)另訂(ding)。長(chang)期以來，這項規定(ding)在我國不少床(chuang)(chuang)身(shen)鑄(zhu)件(jian)(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)生產廠造成認識上的(de)誤區：既然以力學性能為(wei)(wei)驗收(shou)標(biao)(biao)準，而化(hua)學成分不作為(wei)(wei)驗收(shou)標(biao)(biao)準，那么，以降低碳當量的(de)措施(shi)達到高(gao)強度，則是易(yi)實現的(de)。
長(chang)期以(yi)來(lai)由于我國(guo)床身(shen)鑄件/機床鑄件的(de)(de)高強度是在(zai)低(di)(di)碳當(dang)量下(xia)取得的(de)(de)，它對(dui)機床性能的(de)(de)負面影響是很大的(de)(de)。低(di)(di)碳當(dang)量、高強度產生的(de)(de)問題是：
收(shou)縮大，導致縮孔、縮松傾向增加；
殘余應力大(da)，導致(zhi)尺寸(cun)度穩定性差(cha)，開裂傾向zengda；
流動性差，限(xian)制(zhi)了(le)鑄件薄(bo)壁(bi)化；
加工性能差，導致切削速度的降(jiang)低與力具壽命的下(xia)降(jiang)；
減震性差，導致加工(gong)度與度穩定(ding)性的(de)降低；
質(zhi)量穩定(ding)(ding)性(xing)差，這(zhe)是因(yin)為(wei)低碳當(dang)量導致的上述問題在生產(chan)中反復出現，此長彼消，質(zhi)量難以穩定(ding)(ding)。在2014年中對國內具有代表性(xing)的機床生產(chan)企業調查表明(ming)，用戶反饋意見(jian)中占(zhan)一位是質(zhi)量不穩定(ding)(ding)。
一、數控機(ji)床(chuang)的(de)發展與機(ji)床(chuang)鑄件質量的(de)提高；
近(jin)50年來，機(ji)床的度已提高了(le)100倍(bei)，已進入亞微米級及nami級超加工時代。高度與度的保持(chi)性(xing)是數控機(ji)床質量(liang)的首要指標。
1、機(ji)床度與床身鑄(zhu)件的剛(gang)性(xing)及減震性(xing)；
度(du)(du)是指被加工(gong)零件(jian)能達到(dao)的(de)(de)(de)(de)加工(gong)度(du)(du)。因(yin)為目前數控機床(chuang)(chuang)(chuang)已(yi)進(jin)入航空航天、兵器、核(he)工(gong)業(ye)、電子技(ji)術、船舶等軍工(gong)領域。重型(xing)、超重型(xing)數控機床(chuang)(chuang)(chuang)已(yi)進(jin)入大型(xing)電站設備(bei)(bei)、石化冶金設備(bei)(bei)、汽車制造等。這(zhe)些(xie)高(gao)度(du)(du)、高(gao)速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)的(de)(de)(de)(de)數控機床(chuang)(chuang)(chuang)對床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)剛度(du)(du)與減(jian)震(zhen)性(xing)(xing)(xing)提出了 高(gao)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求：航天航空、核(he)工(gong)業(ye)、兵器、發(fa)電設備(bei)(bei)所需各種(zhong)、 種(zhong)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)合金材料(liao)。加工(gong)時又“粘”又“硬”，故要(yao)求機床(chuang)(chuang)(chuang)與機床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)具有足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)抗變形能力(li)，即使(shi)(shi)在(zai)高(gao)速、切(qie)削(xue)下仍(reng)能保(bao)持(chi)高(gao)度(du)(du)。從使(shi)(shi)用(yong)角度(du)(du)上看(kan)，床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)剛性(xing)(xing)(xing)比強度(du)(du) 為重要(yao)：實踐與計算表明，即使(shi)(shi)大的(de)(de)(de)(de)切(qie)削(xue)力(li)，機床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)仍(reng)有較大的(de)(de)(de)(de)系數，但卻會出現由于剛性(xing)(xing)(xing)差(cha)(cha)、抗變形的(de)(de)(de)(de)能力(li)及減(jian)震(zhen)性(xing)(xing)(xing)差(cha)(cha)而失去加工(gong)度(du)(du)。因(yin)此數控jingmi機床(chuang)(chuang)(chuang)在(zai)高(gao)速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)下，機床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)具有較高(gao)的(de)(de)(de)(de)剛性(xing)(xing)(xing)與優良的(de)(de)(de)(de)減(jian)震(zhen)性(xing)(xing)(xing)。
現(xian)代數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)中主(zhu)要受力的(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)，往往不是按(an)強(qiang)度設計的(de)(de)(de)，大部分是按(an)剛(gang)(gang)性(xing)設計的(de)(de)(de)。提(ti)高(gao)(gao)床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)剛(gang)(gang)性(xing)的(de)(de)(de)措施來自(zi)兩個方面：一(yi)(yi)個是提(ti)高(gao)(gao)鑄件(jian)的(de)(de)(de)結(jie)構剛(gang)(gang)性(xing)，這 是機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)向(xiang)雙層壁、多(duo)層壁結(jie)構發展。形(xing)成(cheng)機(ji)床(chuang)(chuang)件(jian)薄壁化，結(jie)構日益復雜的(de)(de)(de)重要原因(yin)。另一(yi)(yi)項措施是提(ti)高(gao)(gao)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)的(de)(de)(de)材質剛(gang)(gang)性(xing)，即彈性(xing)模量(liang)，而彈性(xing)模量(liang)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)低主(zhu)要取決于抗拉強(qiang)度，因(yin)此(ci)現(xian)代的(de)(de)(de)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)皆采(cai)用了高(gao)(gao)強(qiang)度灰鑄鐵HT300、HT350及高(gao)(gao)強(qiang)度、高(gao)(gao)剛(gang)(gang)度球墨鑄鐵材質。
保持(chi)加工(gong)時高(gao)度的另一因素是床(chuang)身鑄(zhu)件具備(bei)優良的減震性。值得提(ti)出(chu)的是，在減震性能中(zhong)，灰鑄(zhu)鐵的減震性優于球墨鑄(zhu)鐵，而灰鑄(zhu)鐵中(zhong)，碳當量高(gao)的減震性又(you)優于低碳當量者(zhe)。
長期以來，機床(chuang)件(jian)的(de)(de)(de)高(gao)剛(gang)度(du)(du)、高(gao)強(qiang)度(du)(du)與要(yao)求(qiu)優良的(de)(de)(de)減震性(xing)的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)難以統一。前者(zhe)為低碳(tan)當量(liang)(liang)，后者(zhe)為高(gao)碳(tan)當量(liang)(liang)，因此jingmi機床(chuang)的(de)(de)(de)度(du)(du)要(yao)求(qiu)其機床(chuang)件(jian)，既(ji)要(yao)有(you)強(qiang)有(you)力(li)(li)的(de)(de)(de)抗變(bian)形能力(li)(li)的(de)(de)(de)材(cai)質剛(gang)性(xing)，又要(yao)有(you)優良的(de)(de)(de)減震性(xing)，這 要(yao)求(qiu)碳(tan)當量(liang)(liang)與高(gao)強(qiang)度(du)(du)、高(gao)剛(gang)度(du)(du)在(zai)(zai)一個新的(de)(de)(de)高(gao)度(du)(du)上達(da)(da)到平衡。即在(zai)(zai)高(gao)碳(tan)當量(liang)(liang)下(xia)達(da)(da)到高(gao)強(qiang)度(du)(du)、高(gao)剛(gang)度(du)(du)，才(cai)能滿足高(gao)剛(gang)度(du)(du)、高(gao)減振(zhen)性(xing)的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)。
2、機床度保持性與(yu)床身鑄件/機床鑄件的殘余應力：
機床(chuang)度(du)保持性(xing)是(shi)數控(kong)(kong)機床(chuang)的(de)重要(yao)的(de)質量指標，目前我(wo)國(guo)與國(guo)外(wai)還有(you)相當大的(de)差距(ju)。國(guo)內數控(kong)(kong)機床(chuang)的(de)度(du)保持性(xing)約為(wei)一年(nian)，而國(guo)外(wai)可達五年(nian)。這是(shi)我(wo)國(guo)數控(kong)(kong)機床(chuang)進口(kou)量為(wei)世界一的(de)主(zhu)要(yao)原因之一。
鑄(zhu)件(jian)中(zhong)(zhong)的殘(can)(can)余(yu)應(ying)力對鑄(zhu)件(jian)的尺(chi)寸度(du)穩定性的影(ying)響是很大(da)的。在(zai)(zai)高度(du)的機床在(zai)(zai)加(jia)工(gong)中(zhong)(zhong)，引(yin)起(qi)塑性的，不(bu)可逆的變形有三個(ge)因素：工(gong)作負(fu)荷、材(cai)料剛度(du)、殘(can)(can)余(yu)應(ying)力。這(zhe)三者中(zhong)(zhong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)力為(wei)危險(xian)，因為(wei)其應(ying)力往往大(da)于工(gong)作負(fu)荷，且它是持續的，不(bu)間斷的。為(wei)未時(shi)效的機床鑄(zhu)件(jian)，殘(can)(can)余(yu)應(ying)力較(jiao)大(da)，鑄(zhu)件(jian)變形大(da)。為(wei)熱時(shi)效后的機床鑄(zhu)件(jian)，殘(can)(can)余(yu)應(ying)力較(jiao)小(xiao)，鑄(zhu)件(jian)變形較(jiao)小(xiao)。
3、床身鑄件的高強度(du)與加工性(xing)能(neng)
高(gao)度(du)(du)的(de)(de)床身(shen)(shen)鑄件(jian)，大部分都是用數控加(jia)(jia)工機(ji)(ji)床進行加(jia)(jia)工的(de)(de)。目前主軸(zhou)轉(zhuan)速(su)(su)從(cong)每分鐘幾(ji)(ji)千轉(zhuan)，到幾(ji)(ji)萬轉(zhuan)，甚至(zhi)達(da)十(shi)幾(ji)(ji)萬轉(zhuan)。切削(xue)速(su)(su)度(du)(du)大幅度(du)(du)提高(gao)，每臺數控皆有幾(ji)(ji)百把刀具，換刀速(su)(su)度(du)(du)從(cong)十(shi)幾(ji)(ji)秒(miao)(miao)到十(shi)秒(miao)(miao)、三秒(miao)(miao)，甚至(zhi)達(da)一(yi)秒(miao)(miao)。因此要求床身(shen)(shen)鑄件(jian)/機(ji)(ji)床鑄件(jian)有優良的(de)(de)切削(xue)性能，而(er)現在的(de)(de)問題是低碳當量，不僅帶來(lai)了鑄鐵的(de)(de)高(gao)強度(du)(du)，還帶來(lai)了高(gao)硬度(du)(du)，導致了加(jia)(jia)工性能的(de)(de)惡化。
4、床(chuang)身(shen)鑄件的(de)碳當(dang)量與鑄件薄壁化及縮松缺陷；
在達到HT300力(li)學性能下(xia)，其所(suo)含的碳當量(liang)不(bu)同(tong)，其鑄(zhu)造性能中(zhong)的鐵(tie)液(ye)流(liu)動性與鑄(zhu)鐵(tie)的收縮相差甚大。灰鑄(zhu)鐵(tie)碳當量(liang)與流(liu)動及殘余(yu)應(ying)力(li)。不(bu)同(tong)碳當量(liang)下(xia)的收縮性，因機床鑄(zhu)件一般皆為亞共(gong)晶鑄(zhu)鐵(tie)，因此碳當量(liang)越(yue)(yue)低(di)，流(liu)動性越(yue)(yue)差，收縮越(yue)(yue)大,殘余(yu)應(ying)力(li)越(yue)(yue)大。
要床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)薄壁(bi)(bi)化(hua)，減少縮(suo)(suo)松(song)，縮(suo)(suo)孔缺陷在高強度(du)下提(ti)高碳當量(liang)(liang)。目前國(guo)外的(de)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)比我國(guo)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)重(zhong)量(liang)(liang)輕8-10。中型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)壁(bi)(bi)厚已(yi)達14-20mm。小型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件(jian)壁(bi)(bi)厚已(yi)達8-12mm。低碳當量(liang)(liang)、高強度(du)灰鑄(zhu)件(jian)已(yi)是(shi)實現薄壁(bi)(bi)化(hua)的(de)嚴重(zhong)障礙及(ji)造成縮(suo)(suo)松(song)的(de)重(zhong)要原因。
綜(zong)合上述充分表明(ming)高(gao)碳當量(liang)、高(gao)強度(du)、高(gao)剛度(du)、低應力是數(shu)控機床鑄件的核心要求(qiu)。
