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)(chuang)(chuang)重量80以上(shang)且對機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)性能有(you)重要影響的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)(shen)鑄件(jian)，與(yu)冷(leng)加工(gong)的(de)研究相比，有(you)較大差距。去(qu)年， 下達了“jingmi數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)(shen)鑄件(jian)尺寸度穩定性的(de)課題”，以提(ti)高(gao)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)鑄件(jian)的(de)質量。
值(zhi)得提出來(lai)的是，目前(qian)在金(jin)屬(shu)切削機床灰鑄鐵(tie)件技術條件中規定(ding)，以(yi)機械(xie)性能為(wei)(wei)驗(yan)(yan)(yan)(yan)收的依據(ju)，化學成分(fen)(fen)不(bu)作為(wei)(wei)驗(yan)(yan)(yan)(yan)收依據(ju)。如用戶需要可在合同中另訂。長期以(yi)來(lai)，這項(xiang)規定(ding)在我(wo)國不(bu)少床身鑄件/機床鑄件生產廠造(zao)成認識(shi)上的誤區：既然以(yi)力學性能為(wei)(wei)驗(yan)(yan)(yan)(yan)收標(biao)準，而化學成分(fen)(fen)不(bu)作為(wei)(wei)驗(yan)(yan)(yan)(yan)收標(biao)準，那么，以(yi)降(jiang)低碳當量的措施達到高強度(du)，則是易實現的。
長期以(yi)來由(you)于我國床(chuang)身鑄件/機床(chuang)鑄件的(de)高(gao)強(qiang)度是(shi)(shi)在(zai)低(di)碳當量下(xia)取得(de)的(de)，它對機床(chuang)性能的(de)負面影響是(shi)(shi)很(hen)大的(de)。低(di)碳當量、高(gao)強(qiang)度產(chan)生(sheng)的(de)問題是(shi)(shi)：
收縮大，導致縮孔、縮松傾向增加；
殘余應力大，導(dao)致尺寸(cun)度(du)穩定性差，開(kai)裂傾向zengda；
流動性差，限制了鑄件薄壁化；
加工(gong)性能差，導致切削速(su)度的降低與力具壽命的下降；
減(jian)震性差，導致(zhi)加工度與度穩定(ding)性的(de)降(jiang)低；
質(zhi)量(liang)(liang)(liang)穩(wen)定性(xing)差，這是因(yin)為(wei)低碳(tan)當量(liang)(liang)(liang)導致的上(shang)述問題(ti)在生產(chan)中反復出現(xian)，此長彼消，質(zhi)量(liang)(liang)(liang)難以穩(wen)定。在2014年中對國(guo)內具有代表性(xing)的機床生產(chan)企業調查表明，用戶反饋意見中占(zhan)一位是質(zhi)量(liang)(liang)(liang)不穩(wen)定。
一、數(shu)控機床的發展與(yu)機床鑄件質量的提高(gao)；
近50年來，機(ji)床(chuang)的度已提高(gao)了100倍(bei)，已進入亞微(wei)米級及nami級超加工時代。高(gao)度與度的保持性是(shi)數控機(ji)床(chuang)質量(liang)的首要(yao)指(zhi)標。
1、機床(chuang)度與床(chuang)身(shen)鑄件的剛性及(ji)減震性；
度(du)(du)(du)是指被加工(gong)零件(jian)(jian)能(neng)達到的(de)(de)(de)(de)加工(gong)度(du)(du)(du)。因為目前數(shu)控(kong)(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)已進入航(hang)空(kong)航(hang)天、兵器、核工(gong)業、電(dian)子技(ji)術、船舶等軍工(gong)領域。重型、超重型數(shu)控(kong)(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)已進入大(da)(da)型電(dian)站設(she)備、石化冶金(jin)設(she)備、汽(qi)車制(zhi)造等。這些高(gao)度(du)(du)(du)、高(gao)速切(qie)(qie)削(xue)、切(qie)(qie)削(xue)的(de)(de)(de)(de)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)對床(chuang)(chuang)身(shen)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)剛度(du)(du)(du)與減(jian)震性(xing)(xing)提(ti)出了 高(gao)的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)：航(hang)天航(hang)空(kong)、核工(gong)業、兵器、發電(dian)設(she)備所需各種、 種性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)合金(jin)材(cai)料(liao)。加工(gong)時又“粘”又“硬(ying)”，故要求(qiu)機(ji)床(chuang)(chuang)與機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)具(ju)(ju)有(you)(you)足夠的(de)(de)(de)(de)抗變形能(neng)力，即使在高(gao)速、切(qie)(qie)削(xue)下仍能(neng)保持高(gao)度(du)(du)(du)。從使用角度(du)(du)(du)上看，床(chuang)(chuang)身(shen)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)剛性(xing)(xing)比強度(du)(du)(du) 為重要：實踐與計算表明，即使大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)削(xue)力，機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)(du)仍有(you)(you)較大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)系(xi)數(shu)，但卻會出現由于(yu)剛性(xing)(xing)差、抗變形的(de)(de)(de)(de)能(neng)力及減(jian)震性(xing)(xing)差而失(shi)去加工(gong)度(du)(du)(du)。因此數(shu)控(kong)(kong)jingmi機(ji)床(chuang)(chuang)在高(gao)速切(qie)(qie)削(xue)、切(qie)(qie)削(xue)下，機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)具(ju)(ju)有(you)(you)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)剛性(xing)(xing)與優良的(de)(de)(de)(de)減(jian)震性(xing)(xing)。
現代數控(kong)機床(chuang)(chuang)中主要(yao)受(shou)力的(de)(de)(de)機床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)，往(wang)往(wang)不(bu)是(shi)(shi)按強度(du)(du)設計的(de)(de)(de)，大(da)部分是(shi)(shi)按剛(gang)(gang)性(xing)設計的(de)(de)(de)。提(ti)高(gao)(gao)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)剛(gang)(gang)性(xing)的(de)(de)(de)措施來自兩個方面：一個是(shi)(shi)提(ti)高(gao)(gao)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)結(jie)構剛(gang)(gang)性(xing)，這(zhe) 是(shi)(shi)機床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)向雙層壁(bi)、多層壁(bi)結(jie)構發(fa)展(zhan)。形成機床(chuang)(chuang)件(jian)(jian)(jian)薄壁(bi)化，結(jie)構日益復雜的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)原(yuan)因。另一項(xiang)措施是(shi)(shi)提(ti)高(gao)(gao)機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)材質剛(gang)(gang)性(xing)，即彈(dan)性(xing)模量，而(er)彈(dan)性(xing)模量的(de)(de)(de)高(gao)(gao)低主要(yao)取決于抗拉強度(du)(du)，因此(ci)現代的(de)(de)(de)數控(kong)機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)(jian)皆采用了高(gao)(gao)強度(du)(du)灰(hui)鑄(zhu)鐵HT300、HT350及高(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)剛(gang)(gang)度(du)(du)球墨鑄(zhu)鐵材質。
保持加工時(shi)高度的(de)另一(yi)因素是(shi)床(chuang)身鑄(zhu)件具備優(you)(you)良的(de)減(jian)(jian)震性(xing)。值得提(ti)出的(de)是(shi)，在減(jian)(jian)震性(xing)能中，灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)的(de)減(jian)(jian)震性(xing)優(you)(you)于球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)，而灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)中，碳當量高的(de)減(jian)(jian)震性(xing)又優(you)(you)于低碳當量者。
長期以來，機床(chuang)件的(de)(de)高(gao)(gao)剛(gang)(gang)(gang)(gang)度(du)(du)、高(gao)(gao)強度(du)(du)與(yu)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)優良的(de)(de)減(jian)震性(xing)的(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)難以統一。前者(zhe)(zhe)為低碳當(dang)量(liang)，后者(zhe)(zhe)為高(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)，因此jingmi機床(chuang)的(de)(de)度(du)(du)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)其機床(chuang)件，既要(yao)(yao)(yao)有(you)強有(you)力的(de)(de)抗變形能力的(de)(de)材質剛(gang)(gang)(gang)(gang)性(xing)，又要(yao)(yao)(yao)有(you)優良的(de)(de)減(jian)震性(xing)，這 要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)碳當(dang)量(liang)與(yu)高(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)剛(gang)(gang)(gang)(gang)度(du)(du)在一個新的(de)(de)高(gao)(gao)度(du)(du)上達(da)到(dao)平(ping)衡。即(ji)在高(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)下達(da)到(dao)高(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)剛(gang)(gang)(gang)(gang)度(du)(du)，才(cai)能滿足高(gao)(gao)剛(gang)(gang)(gang)(gang)度(du)(du)、高(gao)(gao)減(jian)振性(xing)的(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。
2、機(ji)床(chuang)度保(bao)持性與床(chuang)身(shen)鑄件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄件(jian)的殘余應力(li)：
機(ji)(ji)(ji)床度(du)保(bao)持(chi)性(xing)是數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床的(de)重要的(de)質量(liang)指(zhi)標(biao)，目前我(wo)國(guo)與國(guo)外(wai)還有相當(dang)大(da)的(de)差距(ju)。國(guo)內數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床的(de)度(du)保(bao)持(chi)性(xing)約為一年(nian)，而國(guo)外(wai)可達(da)五年(nian)。這(zhe)是我(wo)國(guo)數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床進口量(liang)為世(shi)界一的(de)主(zhu)要原(yuan)因之一。
鑄(zhu)件中的(de)(de)(de)殘余(yu)(yu)(yu)應(ying)力(li)對鑄(zhu)件的(de)(de)(de)尺寸度穩(wen)定性的(de)(de)(de)影響是很大(da)的(de)(de)(de)。在高度的(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)在加(jia)工中，引起塑性的(de)(de)(de)，不(bu)可逆(ni)的(de)(de)(de)變形(xing)有三個(ge)因(yin)素：工作負荷、材料(liao)剛度、殘余(yu)(yu)(yu)應(ying)力(li)。這(zhe)三者中殘余(yu)(yu)(yu)應(ying)力(li)為(wei)危險，因(yin)為(wei)其應(ying)力(li)往往大(da)于工作負荷，且它是持續的(de)(de)(de)，不(bu)間斷(duan)的(de)(de)(de)。為(wei)未(wei)時(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件，殘余(yu)(yu)(yu)應(ying)力(li)較大(da)，鑄(zhu)件變形(xing)大(da)。為(wei)熱時(shi)(shi)效(xiao)后的(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)鑄(zhu)件，殘余(yu)(yu)(yu)應(ying)力(li)較小(xiao)，鑄(zhu)件變形(xing)較小(xiao)。
3、床身鑄件的高強度與加工性能
高度(du)(du)的(de)床身(shen)鑄(zhu)件，大(da)(da)部分都是(shi)用數控加(jia)(jia)工機床進行(xing)加(jia)(jia)工的(de)。目前主(zhu)軸轉(zhuan)(zhuan)速從(cong)每(mei)分鐘幾(ji)千(qian)轉(zhuan)(zhuan)，到幾(ji)萬(wan)轉(zhuan)(zhuan)，甚(shen)(shen)至達(da)十幾(ji)萬(wan)轉(zhuan)(zhuan)。切(qie)削速度(du)(du)大(da)(da)幅度(du)(du)提高，每(mei)臺(tai)數控皆有幾(ji)百把刀具，換刀速度(du)(du)從(cong)十幾(ji)秒到十秒、三秒，甚(shen)(shen)至達(da)一秒。因此要(yao)求床身(shen)鑄(zhu)件/機床鑄(zhu)件有優良的(de)切(qie)削性能(neng)，而現在的(de)問題是(shi)低(di)碳當量，不僅帶來(lai)(lai)了鑄(zhu)鐵的(de)高強度(du)(du)，還帶來(lai)(lai)了高硬度(du)(du)，導致(zhi)了加(jia)(jia)工性能(neng)的(de)惡化。
4、床身鑄(zhu)件(jian)(jian)的碳(tan)當量(liang)與鑄(zhu)件(jian)(jian)薄壁化及縮松(song)缺陷；
在達(da)到(dao)HT300力(li)學(xue)性能(neng)下(xia)，其所(suo)含的(de)碳當(dang)量(liang)不同，其鑄(zhu)造性能(neng)中的(de)鐵(tie)液流動性與鑄(zhu)鐵(tie)的(de)收縮(suo)(suo)(suo)相差甚大(da)。灰鑄(zhu)鐵(tie)碳當(dang)量(liang)與流動及殘(can)余應力(li)。不同碳當(dang)量(liang)下(xia)的(de)收縮(suo)(suo)(suo)性，因機(ji)床鑄(zhu)件一般(ban)皆(jie)為(wei)亞共(gong)晶鑄(zhu)鐵(tie)，因此碳當(dang)量(liang)越低，流動性越差，收縮(suo)(suo)(suo)越大(da),殘(can)余應力(li)越大(da)。
要床身鑄件/機(ji)床鑄件薄壁(bi)化，減(jian)少縮松(song)(song)，縮孔缺陷在高(gao)強度下提(ti)高(gao)碳當量(liang)。目前國外的(de)機(ji)床比我國機(ji)床重(zhong)量(liang)輕8-10。中型機(ji)床壁(bi)厚已達(da)(da)14-20mm。小(xiao)型機(ji)床件壁(bi)厚已達(da)(da)8-12mm。低碳當量(liang)、高(gao)強度灰鑄件已是實現薄壁(bi)化的(de)嚴(yan)重(zhong)障礙及(ji)造(zao)成縮松(song)(song)的(de)重(zhong)要原(yuan)因(yin)。
綜合上述充分(fen)表明(ming)高(gao)碳當量、高(gao)強度(du)、高(gao)剛度(du)、低應力(li)是數控機床(chuang)鑄件(jian)的核心要(yao)求。
