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)(ji)床重(zhong)(zhong)量80以上且對(dui)機(ji)(ji)(ji)床性能有重(zhong)(zhong)要(yao)影響的床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，與冷加工的研究相比，有較大差(cha)距。去年， 下(xia)達了“jingmi數(shu)控(kong)機(ji)(ji)(ji)床床身鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)尺寸度穩定性的課(ke)題”，以提(ti)高數(shu)控(kong)機(ji)(ji)(ji)床鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的質(zhi)量。
值(zhi)得(de)提出來(lai)的(de)(de)是，目前在(zai)金(jin)屬切削機(ji)床灰鑄鐵(tie)件(jian)技術條件(jian)中(zhong)規(gui)定(ding)，以機(ji)械性能為(wei)(wei)(wei)驗收的(de)(de)依據(ju)(ju)，化學成(cheng)分不作(zuo)為(wei)(wei)(wei)驗收依據(ju)(ju)。如(ru)用戶(hu)需要可(ke)在(zai)合同中(zhong)另(ling)訂。長期(qi)以來(lai)，這(zhe)項(xiang)規(gui)定(ding)在(zai)我國不少床身鑄件(jian)/機(ji)床鑄件(jian)生(sheng)產廠(chang)造(zao)成(cheng)認識上的(de)(de)誤(wu)區：既(ji)然(ran)以力學性能為(wei)(wei)(wei)驗收標準，而化學成(cheng)分不作(zuo)為(wei)(wei)(wei)驗收標準，那(nei)么，以降低碳(tan)當量的(de)(de)措施達到高強度，則是易(yi)實(shi)現的(de)(de)。
長期以來由于(yu)我國床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)的高(gao)強(qiang)度是在低碳(tan)當量下(xia)取得的，它對機(ji)床(chuang)(chuang)性(xing)能的負面影響是很大(da)的。低碳(tan)當量、高(gao)強(qiang)度產生的問題是：
收縮(suo)大，導致縮(suo)孔、縮(suo)松傾向(xiang)增加；
殘余應(ying)力大，導致尺寸度穩定性差，開裂(lie)傾(qing)向zengda；
流動(dong)性(xing)差，限制了(le)鑄(zhu)件薄(bo)壁化；
加工性(xing)能(neng)差，導(dao)致切削(xue)速度的降低與力具壽(shou)命的下降；
減震性差，導(dao)致加工度與度穩定性的降低(di)；
質(zhi)量穩(wen)定(ding)性差(cha)，這(zhe)是因為低碳當量導致的上述問題(ti)在生(sheng)產(chan)中(zhong)反復出現，此長彼消，質(zhi)量難以穩(wen)定(ding)。在2014年中(zhong)對國(guo)內具有代表性的機床生(sheng)產(chan)企業調查表明，用戶(hu)反饋意(yi)見(jian)中(zhong)占(zhan)一位是質(zhi)量不穩(wen)定(ding)。
一、數控機(ji)床的發展(zhan)與機(ji)床鑄件質(zhi)量的提高；
近50年來(lai)，機(ji)床(chuang)的度(du)已提高(gao)了100倍，已進入亞微(wei)米(mi)級及(ji)nami級超加工時代(dai)。高(gao)度(du)與度(du)的保持性是(shi)數(shu)控機(ji)床(chuang)質量的首(shou)要指標(biao)。
1、機床度與床身鑄件的(de)剛性及減震性；
度(du)(du)是(shi)指被加(jia)工零件(jian)(jian)能(neng)達到的(de)(de)加(jia)工度(du)(du)。因為目(mu)前數控(kong)機床(chuang)已(yi)進(jin)入航(hang)空航(hang)天、兵器、核工業(ye)、電子技術(shu)、船舶等(deng)軍工領域。重(zhong)型、超(chao)重(zhong)型數控(kong)機床(chuang)已(yi)進(jin)入大(da)型電站設(she)備(bei)、石化冶金(jin)設(she)備(bei)、汽車制造(zao)等(deng)。這(zhe)些高(gao)(gao)度(du)(du)、高(gao)(gao)速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)的(de)(de)數控(kong)機床(chuang)對床(chuang)身(shen)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)剛(gang)度(du)(du)與(yu)(yu)減震(zhen)(zhen)性(xing)(xing)提出了 高(gao)(gao)的(de)(de)要求：航(hang)天航(hang)空、核工業(ye)、兵器、發電設(she)備(bei)所需各種、 種性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)合金(jin)材料(liao)。加(jia)工時又(you)“粘”又(you)“硬(ying)”，故要求機床(chuang)與(yu)(yu)機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)具有足夠的(de)(de)抗(kang)變(bian)形(xing)能(neng)力，即使在高(gao)(gao)速、切(qie)削(xue)下仍(reng)能(neng)保持高(gao)(gao)度(du)(du)。從使用角(jiao)度(du)(du)上看，床(chuang)身(shen)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)/機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)剛(gang)性(xing)(xing)比(bi)強度(du)(du) 為重(zhong)要：實(shi)踐(jian)與(yu)(yu)計算表明，即使大(da)的(de)(de)切(qie)削(xue)力，機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)強度(du)(du)仍(reng)有較大(da)的(de)(de)系數，但卻會(hui)出現由(you)于剛(gang)性(xing)(xing)差、抗(kang)變(bian)形(xing)的(de)(de)能(neng)力及減震(zhen)(zhen)性(xing)(xing)差而失去(qu)加(jia)工度(du)(du)。因此數控(kong)jingmi機床(chuang)在高(gao)(gao)速切(qie)削(xue)、切(qie)削(xue)下，機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)具有較高(gao)(gao)的(de)(de)剛(gang)性(xing)(xing)與(yu)(yu)優良的(de)(de)減震(zhen)(zhen)性(xing)(xing)。
現代數控機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)中主(zhu)(zhu)要(yao)受(shou)力的機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)件(jian)，往往不是按強度(du)設計的，大部分是按剛性(xing)設計的。提(ti)高(gao)(gao)床(chuang)身鑄(zhu)件(jian)/機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)剛性(xing)的措施(shi)來(lai)自兩個(ge)方面：一個(ge)是提(ti)高(gao)(gao)鑄(zhu)件(jian)的結(jie)構(gou)剛性(xing)，這 是機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)件(jian)向(xiang)雙層壁(bi)、多(duo)層壁(bi)結(jie)構(gou)發展。形成機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)件(jian)薄壁(bi)化(hua)，結(jie)構(gou)日益復雜的重要(yao)原因。另(ling)一項(xiang)措施(shi)是提(ti)高(gao)(gao)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)的材質剛性(xing)，即彈性(xing)模量，而彈性(xing)模量的高(gao)(gao)低主(zhu)(zhu)要(yao)取決于抗拉(la)強度(du)，因此現代的數控機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)鑄(zhu)件(jian)皆采用(yong)了高(gao)(gao)強度(du)灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)HT300、HT350及高(gao)(gao)強度(du)、高(gao)(gao)剛度(du)球墨鑄(zhu)鐵(tie)材質。
保持加工時高度的另一因(yin)素是床身鑄(zhu)件具(ju)備(bei)優良的減震性(xing)。值得(de)提出的是，在減震性(xing)能中，灰鑄(zhu)鐵(tie)的減震性(xing)優于球墨鑄(zhu)鐵(tie)，而灰鑄(zhu)鐵(tie)中，碳當量高的減震性(xing)又優于低(di)碳當量者。
長期以來，機(ji)床(chuang)件的(de)(de)(de)(de)(de)高剛(gang)(gang)度(du)、高強(qiang)度(du)與要(yao)求(qiu)(qiu)優良的(de)(de)(de)(de)(de)減震(zhen)性的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)難以統(tong)一。前者(zhe)為低碳當(dang)量，后者(zhe)為高碳當(dang)量，因此jingmi機(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)(de)(de)度(du)要(yao)求(qiu)(qiu)其(qi)機(ji)床(chuang)件，既要(yao)有(you)強(qiang)有(you)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)抗變(bian)形(xing)能(neng)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)質剛(gang)(gang)性，又要(yao)有(you)優良的(de)(de)(de)(de)(de)減震(zhen)性，這 要(yao)求(qiu)(qiu)碳當(dang)量與高強(qiang)度(du)、高剛(gang)(gang)度(du)在一個新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)高度(du)上達(da)到(dao)平衡。即在高碳當(dang)量下達(da)到(dao)高強(qiang)度(du)、高剛(gang)(gang)度(du)，才能(neng)滿(man)足(zu)高剛(gang)(gang)度(du)、高減振性的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)。
2、機床度保持性與(yu)床身(shen)鑄(zhu)件/機床鑄(zhu)件的殘余(yu)應(ying)力：
機(ji)(ji)床度保持(chi)性(xing)是(shi)數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床的(de)重要的(de)質量指(zhi)標(biao)，目前我國(guo)與(yu)國(guo)外(wai)還有相當大的(de)差(cha)距。國(guo)內數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床的(de)度保持(chi)性(xing)約為一(yi)年，而國(guo)外(wai)可(ke)達五年。這是(shi)我國(guo)數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床進口(kou)量為世(shi)界一(yi)的(de)主(zhu)要原因(yin)之一(yi)。
鑄件(jian)(jian)中(zhong)的(de)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)對鑄件(jian)(jian)的(de)尺寸度(du)穩定性(xing)的(de)影響是很(hen)大(da)的(de)。在(zai)高度(du)的(de)機(ji)床(chuang)在(zai)加(jia)工中(zhong)，引起塑性(xing)的(de)，不(bu)可逆的(de)變形(xing)(xing)有三(san)(san)個(ge)因素：工作(zuo)負荷、材料(liao)剛度(du)、殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)。這三(san)(san)者中(zhong)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)為危險，因為其應(ying)(ying)力(li)(li)往(wang)往(wang)大(da)于工作(zuo)負荷，且它是持續(xu)的(de)，不(bu)間(jian)斷的(de)。為未時效的(de)機(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)，殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)較大(da)，鑄件(jian)(jian)變形(xing)(xing)大(da)。為熱時效后的(de)機(ji)床(chuang)鑄件(jian)(jian)，殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)較小(xiao)，鑄件(jian)(jian)變形(xing)(xing)較小(xiao)。
3、床身鑄件的高強度與加工性(xing)能
高(gao)度的(de)(de)床(chuang)身(shen)鑄件(jian)，大部分(fen)都是(shi)用(yong)數控加工機床(chuang)進行加工的(de)(de)。目前主軸轉(zhuan)(zhuan)速(su)從(cong)每分(fen)鐘幾(ji)千轉(zhuan)(zhuan)，到幾(ji)萬轉(zhuan)(zhuan)，甚(shen)至(zhi)(zhi)達(da)十幾(ji)萬轉(zhuan)(zhuan)。切(qie)削速(su)度大幅度提(ti)高(gao)，每臺數控皆有(you)幾(ji)百把刀(dao)具，換刀(dao)速(su)度從(cong)十幾(ji)秒到十秒、三秒，甚(shen)至(zhi)(zhi)達(da)一秒。因此(ci)要求床(chuang)身(shen)鑄件(jian)/機床(chuang)鑄件(jian)有(you)優(you)良的(de)(de)切(qie)削性(xing)能，而現在(zai)的(de)(de)問題是(shi)低碳當量(liang)，不僅(jin)帶(dai)來了(le)鑄鐵(tie)的(de)(de)高(gao)強度，還帶(dai)來了(le)高(gao)硬度，導致了(le)加工性(xing)能的(de)(de)惡化(hua)。
4、床身(shen)鑄件的(de)碳當量與鑄件薄壁化及縮松缺(que)陷；
在達到HT300力學性(xing)能下，其(qi)所含的(de)(de)碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)不同，其(qi)鑄造性(xing)能中(zhong)的(de)(de)鐵(tie)液流(liu)動性(xing)與(yu)鑄鐵(tie)的(de)(de)收(shou)縮(suo)相差甚(shen)大(da)(da)。灰鑄鐵(tie)碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)與(yu)流(liu)動及殘余(yu)應(ying)力。不同碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)下的(de)(de)收(shou)縮(suo)性(xing)，因(yin)機(ji)床鑄件(jian)一般皆為亞共晶鑄鐵(tie)，因(yin)此碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)越低，流(liu)動性(xing)越差，收(shou)縮(suo)越大(da)(da),殘余(yu)應(ying)力越大(da)(da)。
要床(chuang)身鑄(zhu)(zhu)件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)薄(bo)壁(bi)化(hua)，減少縮松(song)，縮孔缺陷(xian)在高(gao)強度下提(ti)高(gao)碳(tan)當(dang)量(liang)。目前國(guo)外的機(ji)床(chuang)比我國(guo)機(ji)床(chuang)重(zhong)量(liang)輕8-10。中型機(ji)床(chuang)壁(bi)厚已(yi)達(da)14-20mm。小型機(ji)床(chuang)件(jian)壁(bi)厚已(yi)達(da)8-12mm。低碳(tan)當(dang)量(liang)、高(gao)強度灰鑄(zhu)(zhu)件(jian)已(yi)是實現薄(bo)壁(bi)化(hua)的嚴重(zhong)障礙及(ji)造(zao)成(cheng)縮松(song)的重(zhong)要原因。
綜合上述充分(fen)表明高碳當量(liang)、高強(qiang)度、高剛度、低(di)應力是數控機(ji)床(chuang)鑄件的(de)核(he)心要求(qiu)。
