高磷當量,高強度,低應力-在床身鑄件生產(chǎn)中的技術(shù)要點
2017年12月13日
新聞詳情
眾所周知，我國機床行業(yè)在近十幾年來已有舉足輕重的發(fā)展，生產(chǎn)機床與工具的企業(yè)有4000余家。各類型的切削加工機床產(chǎn)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(shù)控機床擋不住進口，以美國、日本為首的工業(yè)發(fā)達 對我國中、的數(shù)控機床的進行封鎖。“2007年6月，美國開始實施的《對華 產(chǎn)品出口管制條例》中，增加了高度轉(zhuǎn)臺、五軸jingmi加工、高仿真系統(tǒng)等軍工及高技術(shù)產(chǎn)業(yè)專用裝備的出口限制。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省（原通產(chǎn)省）限制向中國出口高度、復合加工 、五軸聯(lián)動以上的高性能數(shù)控機床和五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)等 產(chǎn)品。 ”
占機床重量80以上且對機床性能有重要影響的床身鑄件，與冷加工的研究相比，有較大差距。去年， 下達了“jingmi數(shù)控機床床身鑄件尺寸度穩(wěn)定性的課題”，以提高數(shù)控機床鑄件的質(zhì)量。
值得提出來的是，目前在金屬切削機床灰鑄鐵件技術(shù)條件中規(guī)定，以機械性能為驗收的依據(jù)，化學成分不作為驗收依據(jù)。如用戶需要可在合同中另訂。長期以來，這項規(guī)定在我國不少床身鑄件/機床鑄件生產(chǎn)廠造成認識上的誤區(qū)：既然以力學性能為驗收標準，而化學成分不作為驗收標準，那么，以降低碳當量的措施達到高強度，則是易實現(xiàn)的。
長期以來由于我國床身鑄件/機床鑄件的高強度是在低碳當量下取得的，它對機床性能的負面影響是很大的。低碳當量、高強度產(chǎn)生的問題是：
收縮大，導致縮孔、縮松傾向增加；
殘余應力大，導致尺寸度穩(wěn)定性差，開裂傾向zengda；
流動性差，限制了鑄件薄壁化；
加工性能差，導致切削速度的降低與力具壽命的下降；
減震性差，導致加工度與度穩(wěn)定性的降低；
質(zhì)量穩(wěn)定性差，這是因為低碳當量導致的上述問題在生產(chǎn)中反復出現(xiàn)，此長彼消，質(zhì)量難以穩(wěn)定。在2014年中對國內(nèi)具有代表性的機床生產(chǎn)企業(yè)調(diào)查表明，用戶反饋意見中占一位是質(zhì)量不穩(wěn)定。
一、數(shù)控機床的發(fā)展與機床鑄件質(zhì)量的提高；
近50年來，機床的度已提高了100倍，已進入亞微米級及nami級超加工時代。高度與度的保持性是數(shù)控機床質(zhì)量的首要指標。
1、機床度與床身鑄件的剛性及減震性；
度是指被加工零件能達到的加工度。因為目前數(shù)控機床已進入航空航天、兵器、核工業(yè)、電子技術(shù)、船舶等軍工領域。重型、超重型數(shù)控機床已進入大型電站設備、石化冶金設備、汽車制造等。這些高度、高速切削、切削的數(shù)控機床對床身鑄件的剛度與減震性提出了 高的要求：航天航空、核工業(yè)、兵器、發(fā)電設備所需各種、 種性能的合金材料。加工時又“粘”又“硬”，故要求機床與機床鑄件具有足夠的抗變形能力，即使在高速、切削下仍能保持高度。從使用角度上看，床身鑄件/機床鑄件的剛性比強度 為重要：實踐與計算表明，即使大的切削力，機床鑄件的強度仍有較大的系數(shù)，但卻會出現(xiàn)由于剛性差、抗變形的能力及減震性差而失去加工度。因此數(shù)控jingmi機床在高速切削、切削下，機床鑄件具有較高的剛性與優(yōu)良的減震性。
現(xiàn)代數(shù)控機床中主要受力的機床件，往往不是按強度設計的，大部分是按剛性設計的。提高床身鑄件/機床鑄件剛性的措施來自兩個方面：一個是提高鑄件的結(jié)構(gòu)剛性，這 是機床件向雙層壁、多層壁結(jié)構(gòu)發(fā)展。形成機床件薄壁化，結(jié)構(gòu)日益復雜的重要原因。另一項措施是提高機床鑄件的材質(zhì)剛性，即彈性模量，而彈性模量的高低主要取決于抗拉強度，因此現(xiàn)代的數(shù)控機床鑄件皆采用了高強度灰鑄鐵HT300、HT350及高強度、高剛度球墨鑄鐵材質(zhì)。
保持加工時高度的另一因素是床身鑄件具備優(yōu)良的減震性。值得提出的是，在減震性能中，灰鑄鐵的減震性優(yōu)于球墨鑄鐵，而灰鑄鐵中，碳當量高的減震性又優(yōu)于低碳當量者。
長期以來，機床件的高剛度、高強度與要求優(yōu)良的減震性的要求難以統(tǒng)一。前者為低碳當量，后者為高碳當量，因此jingmi機床的度要求其機床件，既要有強有力的抗變形能力的材質(zhì)剛性，又要有優(yōu)良的減震性，這 要求碳當量與高強度、高剛度在一個新的高度上達到平衡。即在高碳當量下達到高強度、高剛度，才能滿足高剛度、高減振性的要求。
2、機床度保持性與床身鑄件/機床鑄件的殘余應力：
機床度保持性是數(shù)控機床的重要的質(zhì)量指標，目前我國與國外還有相當大的差距。國內(nèi)數(shù)控機床的度保持性約為一年，而國外可達五年。這是我國數(shù)控機床進口量為世界一的主要原因之一。
鑄件中的殘余應力對鑄件的尺寸度穩(wěn)定性的影響是很大的。在高度的機床在加工中，引起塑性的，不可逆的變形有三個因素：工作負荷、材料剛度、殘余應力。這三者中殘余應力為危險，因為其應力往往大于工作負荷，且它是持續(xù)的，不間斷的。為未時效的機床鑄件，殘余應力較大，鑄件變形大。為熱時效后的機床鑄件，殘余應力較小，鑄件變形較小。
3、床身鑄件的高強度與加工性能
高度的床身鑄件，大部分都是用數(shù)控加工機床進行加工的。目前主軸轉(zhuǎn)速從每分鐘幾千轉(zhuǎn)，到幾萬轉(zhuǎn)，甚至達十幾萬轉(zhuǎn)。切削速度大幅度提高，每臺數(shù)控皆有幾百把刀具，換刀速度從十幾秒到十秒、三秒，甚至達一秒。因此要求床身鑄件/機床鑄件有優(yōu)良的切削性能，而現(xiàn)在的問題是低碳當量，不僅帶來了鑄鐵的高強度，還帶來了高硬度，導致了加工性能的惡化。
4、床身鑄件的碳當量與鑄件薄壁化及縮松缺陷；
在達到HT300力學性能下，其所含的碳當量不同，其鑄造性能中的鐵液流動性與鑄鐵的收縮相差甚大。灰鑄鐵碳當量與流動及殘余應力。不同碳當量下的收縮性，因機床鑄件一般皆為亞共晶鑄鐵，因此碳當量越低，流動性越差，收縮越大,殘余應力越大。
要床身鑄件/機床鑄件薄壁化，減少縮松，縮孔缺陷在高強度下提高碳當量。目前國外的機床比我國機床重量輕8-10。中型機床壁厚已達14-20mm。小型機床件壁厚已達8-12mm。低碳當量、高強度灰鑄件已是實現(xiàn)薄壁化的嚴重障礙及造成縮松的重要原因。
綜合上述充分表明高碳當量、高強度、高剛度、低應力是數(shù)控機床鑄件的核心要求。
