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)床重量(liang)80以(yi)上(shang)且對機(ji)床性(xing)能有重要影響(xiang)的(de)床身鑄件，與冷加工的(de)研究相比，有較大差距。去年， 下達了“jingmi數控機(ji)床床身鑄件尺寸(cun)度穩定(ding)性(xing)的(de)課(ke)題”，以(yi)提高數控機(ji)床鑄件的(de)質量(liang)。
值得提出來的(de)是(shi)，目前在(zai)金屬切削機(ji)床灰鑄鐵件(jian)技術條(tiao)件(jian)中(zhong)規定，以(yi)機(ji)械性(xing)(xing)能(neng)為驗收(shou)(shou)(shou)的(de)依據(ju)，化學成分不(bu)作(zuo)為驗收(shou)(shou)(shou)依據(ju)。如用戶(hu)需要(yao)可在(zai)合同中(zhong)另訂。長(chang)期(qi)以(yi)來，這項規定在(zai)我國不(bu)少(shao)床身鑄件(jian)/機(ji)床鑄件(jian)生產廠造成認識上的(de)誤區：既(ji)然以(yi)力學性(xing)(xing)能(neng)為驗收(shou)(shou)(shou)標準(zhun)，而化學成分不(bu)作(zuo)為驗收(shou)(shou)(shou)標準(zhun)，那么，以(yi)降(jiang)低碳當(dang)量的(de)措施(shi)達到高強(qiang)度，則是(shi)易實現的(de)。
長期以來由于我(wo)國(guo)床(chuang)身鑄件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄件(jian)的高(gao)強度是(shi)在低(di)碳當量下取得的，它對機(ji)床(chuang)性能的負面影響是(shi)很大的。低(di)碳當量、高(gao)強度產生的問(wen)題是(shi)：
收縮(suo)(suo)大，導致縮(suo)(suo)孔、縮(suo)(suo)松傾(qing)向(xiang)增加；
殘余應力大，導致尺寸度穩定(ding)性差，開(kai)裂傾向zengda；
流動(dong)性差，限制了鑄件薄壁化(hua)；
加工性(xing)能(neng)差，導致切削(xue)速度的降(jiang)(jiang)低與(yu)力具壽命的下降(jiang)(jiang)；
減(jian)震性差，導(dao)致加工度與度穩定性的降低；
質量(liang)(liang)(liang)穩定性差(cha)，這是因(yin)為低碳當量(liang)(liang)(liang)導致的上(shang)述問(wen)題在生產中(zhong)(zhong)(zhong)反(fan)復出(chu)現，此(ci)長彼消，質量(liang)(liang)(liang)難以穩定。在2014年中(zhong)(zhong)(zhong)對國內(nei)具有代(dai)表性的機(ji)床生產企業調(diao)查表明，用戶反(fan)饋意見中(zhong)(zhong)(zhong)占一位是質量(liang)(liang)(liang)不穩定。
一、數控機(ji)床的發展與機(ji)床鑄件質量的提高(gao)；
近50年來，機床(chuang)的度已提高了100倍，已進入亞(ya)微米級及nami級超加(jia)工時代。高度與度的保持性(xing)是數控機床(chuang)質量的首(shou)要指標(biao)。
1、機床(chuang)度與床(chuang)身鑄件的剛性及減震(zhen)性；
度(du)是指被加工零件(jian)(jian)(jian)能達到的(de)(de)加工度(du)。因為(wei)(wei)目前數控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)已(yi)進(jin)入航空航天、兵器、核(he)工業、電(dian)(dian)子技(ji)術(shu)、船(chuan)舶等軍工領域。重型、超重型數控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)已(yi)進(jin)入大(da)型電(dian)(dian)站設備(bei)、石(shi)化冶金(jin)設備(bei)、汽(qi)車(che)制(zhi)造等。這些高度(du)、高速(su)(su)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)、切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)的(de)(de)數控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)對床(chuang)身鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛度(du)與減(jian)震性(xing)提(ti)出了(le) 高的(de)(de)要(yao)求：航天航空、核(he)工業、兵器、發電(dian)(dian)設備(bei)所需各種、 種性(xing)能的(de)(de)合金(jin)材(cai)料。加工時又“粘”又“硬”，故要(yao)求機(ji)(ji)(ji)床(chuang)與機(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)具有(you)足夠的(de)(de)抗變形能力(li)，即使在高速(su)(su)、切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)下仍(reng)能保持高度(du)。從(cong)使用角度(du)上看，床(chuang)身鑄件(jian)(jian)(jian)/機(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛性(xing)比強(qiang)度(du) 為(wei)(wei)重要(yao)：實踐(jian)與計算表明，即使大(da)的(de)(de)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)力(li)，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)強(qiang)度(du)仍(reng)有(you)較(jiao)大(da)的(de)(de)系數，但卻會出現由(you)于剛性(xing)差、抗變形的(de)(de)能力(li)及減(jian)震性(xing)差而(er)失去加工度(du)。因此數控jingmi機(ji)(ji)(ji)床(chuang)在高速(su)(su)切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)、切(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)下，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)具有(you)較(jiao)高的(de)(de)剛性(xing)與優(you)良的(de)(de)減(jian)震性(xing)。
現代數控(kong)機床(chuang)(chuang)中主(zhu)要受力的(de)(de)(de)機床(chuang)(chuang)件(jian)，往(wang)往(wang)不是(shi)按強(qiang)度(du)設(she)計的(de)(de)(de)，大(da)部(bu)分是(shi)按剛性(xing)(xing)設(she)計的(de)(de)(de)。提(ti)高(gao)床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄件(jian)剛性(xing)(xing)的(de)(de)(de)措施來自(zi)兩個(ge)方(fang)面：一(yi)個(ge)是(shi)提(ti)高(gao)鑄件(jian)的(de)(de)(de)結構(gou)剛性(xing)(xing)，這 是(shi)機床(chuang)(chuang)件(jian)向雙層壁、多層壁結構(gou)發展。形成機床(chuang)(chuang)件(jian)薄壁化，結構(gou)日益復雜的(de)(de)(de)重要原(yuan)因(yin)。另一(yi)項措施是(shi)提(ti)高(gao)機床(chuang)(chuang)鑄件(jian)的(de)(de)(de)材(cai)質剛性(xing)(xing)，即彈性(xing)(xing)模(mo)量，而(er)彈性(xing)(xing)模(mo)量的(de)(de)(de)高(gao)低主(zhu)要取決(jue)于抗拉強(qiang)度(du)，因(yin)此(ci)現代的(de)(de)(de)數控(kong)機床(chuang)(chuang)鑄件(jian)皆(jie)采用了(le)高(gao)強(qiang)度(du)灰鑄鐵(tie)(tie)HT300、HT350及高(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)剛度(du)球墨鑄鐵(tie)(tie)材(cai)質。
保持加工時(shi)高度的另(ling)一(yi)因(yin)素是床身鑄件具備優良(liang)的減震(zhen)性。值得提出的是，在減震(zhen)性能(neng)中，灰(hui)鑄鐵的減震(zhen)性優于球墨(mo)鑄鐵，而灰(hui)鑄鐵中，碳當(dang)量高的減震(zhen)性又優于低碳當(dang)量者。
長(chang)期以來，機床(chuang)件的(de)高剛度(du)(du)(du)(du)、高強(qiang)度(du)(du)(du)(du)與要(yao)(yao)(yao)求(qiu)優良的(de)減(jian)震性(xing)的(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)難以統一。前(qian)者為低碳(tan)當(dang)量，后(hou)者為高碳(tan)當(dang)量，因此jingmi機床(chuang)的(de)度(du)(du)(du)(du)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)其機床(chuang)件，既要(yao)(yao)(yao)有強(qiang)有力的(de)抗變形能(neng)力的(de)材質剛性(xing)，又要(yao)(yao)(yao)有優良的(de)減(jian)震性(xing)，這 要(yao)(yao)(yao)求(qiu)碳(tan)當(dang)量與高強(qiang)度(du)(du)(du)(du)、高剛度(du)(du)(du)(du)在(zai)一個新(xin)的(de)高度(du)(du)(du)(du)上(shang)達(da)到平衡。即(ji)在(zai)高碳(tan)當(dang)量下達(da)到高強(qiang)度(du)(du)(du)(du)、高剛度(du)(du)(du)(du)，才(cai)能(neng)滿足高剛度(du)(du)(du)(du)、高減(jian)振性(xing)的(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)。
2、機床(chuang)(chuang)度(du)保持性與床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件/機床(chuang)(chuang)鑄件的(de)殘余應力：
機床(chuang)度保持性是數(shu)控(kong)機床(chuang)的(de)(de)重要(yao)的(de)(de)質量指標，目(mu)前我國與(yu)國外還有相(xiang)當大的(de)(de)差距。國內(nei)數(shu)控(kong)機床(chuang)的(de)(de)度保持性約為一年(nian)(nian)，而國外可達五年(nian)(nian)。這(zhe)是我國數(shu)控(kong)機床(chuang)進口量為世界(jie)一的(de)(de)主要(yao)原因(yin)之一。
鑄件(jian)中的(de)(de)殘(can)余應(ying)(ying)力(li)對鑄件(jian)的(de)(de)尺(chi)寸度(du)穩定性的(de)(de)影響是很(hen)大(da)的(de)(de)。在(zai)高(gao)度(du)的(de)(de)機(ji)床在(zai)加(jia)工中，引(yin)起(qi)塑性的(de)(de)，不(bu)(bu)可逆的(de)(de)變形(xing)有(you)三個(ge)因(yin)素(su)：工作負(fu)荷、材料(liao)剛(gang)度(du)、殘(can)余應(ying)(ying)力(li)。這(zhe)三者(zhe)中殘(can)余應(ying)(ying)力(li)為危險(xian)，因(yin)為其應(ying)(ying)力(li)往往大(da)于工作負(fu)荷，且它是持(chi)續的(de)(de)，不(bu)(bu)間斷的(de)(de)。為未時效的(de)(de)機(ji)床鑄件(jian)，殘(can)余應(ying)(ying)力(li)較(jiao)大(da)，鑄件(jian)變形(xing)大(da)。為熱時效后(hou)的(de)(de)機(ji)床鑄件(jian)，殘(can)余應(ying)(ying)力(li)較(jiao)小(xiao)，鑄件(jian)變形(xing)較(jiao)小(xiao)。
3、床(chuang)身鑄件的高強(qiang)度與加工性能
高(gao)度(du)(du)的(de)床身(shen)鑄(zhu)(zhu)件(jian)，大部分(fen)都是(shi)(shi)用數控加工機床進行(xing)加工的(de)。目(mu)前主軸(zhou)轉速(su)從每分(fen)鐘幾(ji)千轉，到幾(ji)萬轉，甚至達十幾(ji)萬轉。切削(xue)速(su)度(du)(du)大幅(fu)度(du)(du)提高(gao)，每臺數控皆有幾(ji)百把刀(dao)具(ju)，換(huan)刀(dao)速(su)度(du)(du)從十幾(ji)秒(miao)(miao)到十秒(miao)(miao)、三秒(miao)(miao)，甚至達一秒(miao)(miao)。因此要求床身(shen)鑄(zhu)(zhu)件(jian)/機床鑄(zhu)(zhu)件(jian)有優良的(de)切削(xue)性能，而(er)現在的(de)問(wen)題是(shi)(shi)低碳(tan)當量(liang)，不僅(jin)帶來(lai)(lai)了(le)鑄(zhu)(zhu)鐵的(de)高(gao)強(qiang)度(du)(du)，還帶來(lai)(lai)了(le)高(gao)硬度(du)(du)，導致了(le)加工性能的(de)惡化。
4、床身鑄(zhu)件(jian)的碳當量與鑄(zhu)件(jian)薄壁化及縮松缺陷；
在達到HT300力學性能(neng)下，其(qi)所含的(de)(de)碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)不同(tong)，其(qi)鑄造(zao)性能(neng)中的(de)(de)鐵(tie)液(ye)流(liu)動性與(yu)鑄鐵(tie)的(de)(de)收縮相差(cha)甚大(da)。灰鑄鐵(tie)碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)與(yu)流(liu)動及(ji)殘余應力。不同(tong)碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)下的(de)(de)收縮性，因(yin)機床鑄件一般皆為亞(ya)共晶鑄鐵(tie)，因(yin)此(ci)碳(tan)當(dang)量(liang)(liang)越(yue)低，流(liu)動性越(yue)差(cha)，收縮越(yue)大(da),殘余應力越(yue)大(da)。
要床(chuang)(chuang)身鑄件/機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件薄壁(bi)化，減少(shao)縮松，縮孔缺陷在(zai)高(gao)強度下提(ti)高(gao)碳(tan)當量(liang)。目前國(guo)外的機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)比(bi)我國(guo)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)重(zhong)量(liang)輕8-10。中型(xing)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)壁(bi)厚已達14-20mm。小型(xing)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)件壁(bi)厚已達8-12mm。低碳(tan)當量(liang)、高(gao)強度灰鑄件已是(shi)實現(xian)薄壁(bi)化的嚴重(zhong)障(zhang)礙及造成縮松的重(zhong)要原因。
綜合上(shang)述(shu)充分表明高(gao)碳當量、高(gao)強度(du)、高(gao)剛度(du)、低(di)應(ying)力是數控機床(chuang)鑄件的(de)核心要求。
