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)重量(liang)80以上且對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)性能有重要影響(xiang)的(de)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)，與冷(leng)加工的(de)研(yan)究相(xiang)比，有較大差(cha)距。去年(nian)， 下達了“jingmi數控機(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)尺寸(cun)度(du)穩定性的(de)課題(ti)”，以提高數控機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)的(de)質量(liang)。
值得(de)提出來的(de)(de)是(shi)，目(mu)前在金屬切(qie)削機(ji)床(chuang)灰鑄鐵(tie)件(jian)技(ji)術條件(jian)中規(gui)定(ding)，以(yi)機(ji)械性能為(wei)驗(yan)(yan)收(shou)(shou)的(de)(de)依(yi)據，化(hua)學成分不(bu)作(zuo)為(wei)驗(yan)(yan)收(shou)(shou)依(yi)據。如用戶(hu)需(xu)要(yao)可在合同中另(ling)訂。長期以(yi)來，這項規(gui)定(ding)在我國不(bu)少床(chuang)身鑄件(jian)/機(ji)床(chuang)鑄件(jian)生(sheng)產廠造成認識(shi)上的(de)(de)誤(wu)區：既然(ran)以(yi)力(li)學性能為(wei)驗(yan)(yan)收(shou)(shou)標(biao)準，而化(hua)學成分不(bu)作(zuo)為(wei)驗(yan)(yan)收(shou)(shou)標(biao)準，那么，以(yi)降低碳當量的(de)(de)措施(shi)達(da)到高強度(du)，則是(shi)易實現的(de)(de)。
長期以來由于我國床(chuang)身鑄件(jian)(jian)/機床(chuang)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)高強(qiang)度是(shi)在低(di)(di)碳(tan)當量下取得的(de)(de)(de)，它對機床(chuang)性能的(de)(de)(de)負面(mian)影(ying)響是(shi)很大的(de)(de)(de)。低(di)(di)碳(tan)當量、高強(qiang)度產生(sheng)的(de)(de)(de)問題是(shi)：
收縮大，導致縮孔(kong)、縮松傾向增加(jia)；
殘余應力大，導致尺(chi)寸度穩(wen)定性差，開裂(lie)傾向zengda；
流(liu)動性差(cha)，限制了(le)鑄(zhu)件薄(bo)壁化；
加工性能差，導致切削速度的降(jiang)低(di)與(yu)力具(ju)壽命的下(xia)降(jiang)；
減震性差，導致(zhi)加工度與度穩定性的降(jiang)低(di)；
質量(liang)(liang)穩(wen)定性差(cha)，這是因(yin)為低碳當量(liang)(liang)導致的上述問題在生產(chan)中反復出現(xian)，此長彼消，質量(liang)(liang)難以穩(wen)定。在2014年中對國內具有代表(biao)(biao)性的機床(chuang)生產(chan)企業調查表(biao)(biao)明(ming)，用(yong)戶反饋意(yi)見(jian)中占一位是質量(liang)(liang)不穩(wen)定。
一、數控機床的發展與(yu)機床鑄(zhu)件質量的提高(gao)；
近50年(nian)來，機(ji)床的度已提高了100倍，已進入(ru)亞微(wei)米級及nami級超加工時代。高度與度的保持性是(shi)數控機(ji)床質量的首要指(zhi)標。
1、機床度(du)與(yu)床身鑄件的剛性及減震性；
度(du)是指被(bei)加(jia)工零(ling)件(jian)(jian)(jian)能(neng)達到的(de)(de)加(jia)工度(du)。因(yin)為目前數(shu)(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已(yi)進入(ru)航空航天、兵(bing)器、核(he)工業、電(dian)子技術(shu)、船舶等軍工領域。重型、超(chao)重型數(shu)(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已(yi)進入(ru)大(da)型電(dian)站設備(bei)、石(shi)化冶金設備(bei)、汽車制造等。這些高(gao)(gao)(gao)(gao)度(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)速切(qie)削(xue)(xue)、切(qie)削(xue)(xue)的(de)(de)數(shu)(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)對床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛(gang)度(du)與減(jian)震(zhen)性提出了 高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)要(yao)求(qiu)：航天航空、核(he)工業、兵(bing)器、發電(dian)設備(bei)所需各種、 種性能(neng)的(de)(de)合金材(cai)料(liao)。加(jia)工時又“粘”又“硬(ying)”，故要(yao)求(qiu)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)與機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)具有(you)足夠的(de)(de)抗(kang)變(bian)形(xing)能(neng)力，即使在高(gao)(gao)(gao)(gao)速、切(qie)削(xue)(xue)下(xia)仍(reng)能(neng)保(bao)持(chi)高(gao)(gao)(gao)(gao)度(du)。從使用角度(du)上看，床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)(jian)(jian)/機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)剛(gang)性比強度(du) 為重要(yao)：實踐與計算表明，即使大(da)的(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)力，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)強度(du)仍(reng)有(you)較大(da)的(de)(de)系數(shu)(shu)，但卻會出現由于(yu)剛(gang)性差(cha)、抗(kang)變(bian)形(xing)的(de)(de)能(neng)力及(ji)減(jian)震(zhen)性差(cha)而失去加(jia)工度(du)。因(yin)此(ci)數(shu)(shu)控(kong)(kong)jingmi機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)在高(gao)(gao)(gao)(gao)速切(qie)削(xue)(xue)、切(qie)削(xue)(xue)下(xia)，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)(jian)具有(you)較高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)剛(gang)性與優良(liang)的(de)(de)減(jian)震(zhen)性。
現代(dai)數(shu)控(kong)機床(chuang)(chuang)中主(zhu)要(yao)(yao)(yao)受力的(de)(de)(de)機床(chuang)(chuang)件(jian)，往往不是(shi)(shi)(shi)按(an)強(qiang)(qiang)度(du)設計(ji)的(de)(de)(de)，大部分(fen)是(shi)(shi)(shi)按(an)剛性(xing)設計(ji)的(de)(de)(de)。提高(gao)(gao)床(chuang)(chuang)身(shen)鑄(zhu)件(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)剛性(xing)的(de)(de)(de)措施(shi)來自兩個(ge)方面：一(yi)個(ge)是(shi)(shi)(shi)提高(gao)(gao)鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)結(jie)構剛性(xing)，這 是(shi)(shi)(shi)機床(chuang)(chuang)件(jian)向(xiang)雙層壁、多層壁結(jie)構發展。形成機床(chuang)(chuang)件(jian)薄壁化，結(jie)構日益復雜的(de)(de)(de)重要(yao)(yao)(yao)原因(yin)。另一(yi)項措施(shi)是(shi)(shi)(shi)提高(gao)(gao)機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)材質(zhi)剛性(xing)，即彈性(xing)模(mo)(mo)量，而(er)彈性(xing)模(mo)(mo)量的(de)(de)(de)高(gao)(gao)低主(zhu)要(yao)(yao)(yao)取決于抗拉強(qiang)(qiang)度(du)，因(yin)此現代(dai)的(de)(de)(de)數(shu)控(kong)機床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)皆采(cai)用了(le)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)灰鑄(zhu)鐵HT300、HT350及高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)、高(gao)(gao)剛度(du)球(qiu)墨鑄(zhu)鐵材質(zhi)。
保持加工時高度的另一因素(su)是床身鑄(zhu)件具備優良的減(jian)(jian)震(zhen)性(xing)(xing)(xing)。值得提出的是，在減(jian)(jian)震(zhen)性(xing)(xing)(xing)能中，灰(hui)鑄(zhu)鐵的減(jian)(jian)震(zhen)性(xing)(xing)(xing)優于球墨鑄(zhu)鐵，而(er)灰(hui)鑄(zhu)鐵中，碳(tan)當量高的減(jian)(jian)震(zhen)性(xing)(xing)(xing)又優于低碳(tan)當量者。
長期以(yi)來，機床(chuang)件(jian)的(de)(de)高(gao)(gao)剛度(du)(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)與要(yao)(yao)求優(you)良(liang)的(de)(de)減震性(xing)的(de)(de)要(yao)(yao)求難以(yi)統一。前者為(wei)低碳當(dang)量(liang)，后者為(wei)高(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)，因此jingmi機床(chuang)的(de)(de)度(du)(du)(du)(du)(du)要(yao)(yao)求其機床(chuang)件(jian)，既要(yao)(yao)有強(qiang)(qiang)(qiang)有力(li)的(de)(de)抗變形能力(li)的(de)(de)材質(zhi)剛性(xing)，又要(yao)(yao)有優(you)良(liang)的(de)(de)減震性(xing)，這 要(yao)(yao)求碳當(dang)量(liang)與高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)剛度(du)(du)(du)(du)(du)在一個新的(de)(de)高(gao)(gao)度(du)(du)(du)(du)(du)上達到(dao)平衡。即在高(gao)(gao)碳當(dang)量(liang)下(xia)達到(dao)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)剛度(du)(du)(du)(du)(du)，才能滿足高(gao)(gao)剛度(du)(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)減振性(xing)的(de)(de)要(yao)(yao)求。
2、機床(chuang)(chuang)度保持性(xing)與床(chuang)(chuang)身鑄件(jian)(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄件(jian)(jian)的殘余應(ying)力：
機(ji)床度保(bao)持(chi)性是(shi)數(shu)控(kong)機(ji)床的(de)重要的(de)質量指標，目前我國與國外還有相當大的(de)差距(ju)。國內(nei)數(shu)控(kong)機(ji)床的(de)度保(bao)持(chi)性約為一年，而國外可達五年。這是(shi)我國數(shu)控(kong)機(ji)床進口量為世界一的(de)主要原(yuan)因之一。
鑄件(jian)中的(de)(de)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)對鑄件(jian)的(de)(de)尺寸度穩定(ding)性(xing)的(de)(de)影響(xiang)是很大的(de)(de)。在高度的(de)(de)機床在加工(gong)中，引起塑性(xing)的(de)(de)，不可逆的(de)(de)變(bian)形有三(san)(san)個因素：工(gong)作負荷(he)、材(cai)料剛(gang)度、殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)。這三(san)(san)者中殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)為(wei)危險，因為(wei)其應(ying)(ying)力(li)往(wang)往(wang)大于(yu)工(gong)作負荷(he)，且它(ta)是持(chi)續(xu)的(de)(de)，不間斷的(de)(de)。為(wei)未(wei)時(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)機床鑄件(jian)，殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)較大，鑄件(jian)變(bian)形大。為(wei)熱時(shi)效(xiao)(xiao)后的(de)(de)機床鑄件(jian)，殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)較小，鑄件(jian)變(bian)形較小。
3、床身(shen)鑄件的高強度與加(jia)工性能
高(gao)(gao)(gao)度的(de)(de)(de)床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件(jian)，大(da)部分(fen)都是(shi)用(yong)數(shu)控加工機床(chuang)(chuang)進行加工的(de)(de)(de)。目前主(zhu)軸轉(zhuan)速從每(mei)分(fen)鐘幾(ji)(ji)(ji)(ji)千(qian)轉(zhuan)，到幾(ji)(ji)(ji)(ji)萬轉(zhuan)，甚(shen)至達十(shi)幾(ji)(ji)(ji)(ji)萬轉(zhuan)。切削速度大(da)幅度提(ti)高(gao)(gao)(gao)，每(mei)臺數(shu)控皆(jie)有(you)幾(ji)(ji)(ji)(ji)百把刀具，換刀速度從十(shi)幾(ji)(ji)(ji)(ji)秒(miao)到十(shi)秒(miao)、三秒(miao)，甚(shen)至達一秒(miao)。因此(ci)要求(qiu)床(chuang)(chuang)身(shen)鑄件(jian)/機床(chuang)(chuang)鑄件(jian)有(you)優良的(de)(de)(de)切削性能，而現在的(de)(de)(de)問題是(shi)低碳當量，不僅(jin)帶(dai)來了(le)鑄鐵(tie)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)強度，還(huan)帶(dai)來了(le)高(gao)(gao)(gao)硬度，導(dao)致了(le)加工性能的(de)(de)(de)惡化。
4、床身鑄件(jian)的碳當量與(yu)鑄件(jian)薄壁化及縮(suo)松缺(que)陷；
在達到HT300力學性(xing)能(neng)下(xia)，其(qi)所含的(de)碳(tan)(tan)當(dang)(dang)量(liang)不同(tong)(tong)，其(qi)鑄(zhu)造性(xing)能(neng)中的(de)鐵(tie)液(ye)流(liu)動性(xing)與(yu)鑄(zhu)鐵(tie)的(de)收(shou)縮相差(cha)甚(shen)大(da)。灰鑄(zhu)鐵(tie)碳(tan)(tan)當(dang)(dang)量(liang)與(yu)流(liu)動及殘(can)(can)余(yu)應力。不同(tong)(tong)碳(tan)(tan)當(dang)(dang)量(liang)下(xia)的(de)收(shou)縮性(xing)，因(yin)機床鑄(zhu)件一般(ban)皆為亞共晶鑄(zhu)鐵(tie)，因(yin)此碳(tan)(tan)當(dang)(dang)量(liang)越(yue)低，流(liu)動性(xing)越(yue)差(cha)，收(shou)縮越(yue)大(da),殘(can)(can)余(yu)應力越(yue)大(da)。
要(yao)床(chuang)身鑄件/機(ji)床(chuang)鑄件薄(bo)壁化(hua)，減(jian)少縮(suo)松(song)(song)，縮(suo)孔缺陷在高強度(du)下提高碳當(dang)量(liang)。目前國(guo)外的(de)(de)機(ji)床(chuang)比(bi)我國(guo)機(ji)床(chuang)重(zhong)量(liang)輕8-10。中型機(ji)床(chuang)壁厚已達14-20mm。小型機(ji)床(chuang)件壁厚已達8-12mm。低碳當(dang)量(liang)、高強度(du)灰鑄件已是實現(xian)薄(bo)壁化(hua)的(de)(de)嚴(yan)重(zhong)障礙(ai)及造成縮(suo)松(song)(song)的(de)(de)重(zhong)要(yao)原因。
綜合上述充分表明(ming)高碳當量(liang)、高強度、高剛(gang)度、低應力是數控機床鑄件(jian)的核(he)心要求。
