高磷當(dāng)量,高強(qiáng)度,低應(yīng)力-在床身鑄件生產(chǎn)中的技術(shù)要點(diǎn)
2017年12月13日
新聞詳情
眾所周知，我國(guó)機(jī)床行業(yè)在近十幾年來已有舉足輕重的發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)床與工具的企業(yè)有4000余家。各類型的切削加工機(jī)床產(chǎn)量已超過100萬(wàn)臺(tái)，床鑄鑄件/機(jī)床鑄件達(dá)350萬(wàn)t，居世界一位。其差距是的數(shù)控機(jī)床擋不住進(jìn)口，以美國(guó)、日本為首的工業(yè)發(fā)達(dá) 對(duì)我國(guó)中、的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)行封鎖。“2007年6月，美國(guó)開始實(shí)施的《對(duì)華 產(chǎn)品出口管制條例》中，增加了高度轉(zhuǎn)臺(tái)、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(jì)產(chǎn)業(yè)?。ㄔóa(chǎn)?。┫拗葡蛑袊?guó)出口高度、復(fù)合加工 、五軸聯(lián)動(dòng)以上的高性能數(shù)控機(jī)床和五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)等 產(chǎn)品。 ”
占機(jī)床重量80以上且對(duì)機(jī)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(dá)了“jingmi數(shù)控機(jī)床床身鑄件尺寸度穩(wěn)定性的課題”，以提高數(shù)控機(jī)床鑄件的質(zhì)量。
值得提出來的是，目前在金屬切削機(jī)床灰鑄鐵件技術(shù)條件中規(guī)定，以機(jī)械性能為驗(yàn)收的依據(jù)，化學(xué)成分不作為驗(yàn)收依據(jù)。如用戶需要可在合同中另訂。長(zhǎng)期以來，這項(xiàng)規(guī)定在我國(guó)不少床身鑄件/機(jī)床鑄件生產(chǎn)廠造成認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)：既然以力學(xué)性能為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而化學(xué)成分不作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，那么，以降低碳當(dāng)量的措施達(dá)到高強(qiáng)度，則是易實(shí)現(xiàn)的。
長(zhǎng)期以來由于我國(guó)床身鑄件/機(jī)床鑄件的高強(qiáng)度是在低碳當(dāng)量下取得的，它對(duì)機(jī)床性能的負(fù)面影響是很大的。低碳當(dāng)量、高強(qiáng)度產(chǎn)生的問題是：
收縮大，導(dǎo)致縮孔、縮松傾向增加；
殘余應(yīng)力大，導(dǎo)致尺寸度穩(wěn)定性差，開裂傾向zengda；
流動(dòng)性差，限制了鑄件薄壁化；
加工性能差，導(dǎo)致切削速度的降低與力具壽命的下降；
減震性差，導(dǎo)致加工度與度穩(wěn)定性的降低；
質(zhì)量穩(wěn)定性差，這是因?yàn)榈吞籍?dāng)量導(dǎo)致的上述問題在生產(chǎn)中反復(fù)出現(xiàn)，此長(zhǎng)彼消，質(zhì)量難以穩(wěn)定。在2014年中對(duì)國(guó)內(nèi)具有代表性的機(jī)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(jī)床的發(fā)展與機(jī)床鑄件質(zhì)量的提高；
近50年來，機(jī)床的度已提高了100倍，已進(jìn)入亞微米級(jí)及nami級(jí)超加工時(shí)代。高度與度的保持性是數(shù)控機(jī)床質(zhì)量的首要指標(biāo)。
1、機(jī)床度與床身鑄件的剛性及減震性；
度是指被加工零件能達(dá)到的加工度。因?yàn)槟壳皵?shù)控機(jī)床已進(jìn)入航空航天、兵器、核工業(yè)、電子技術(shù)、船舶等軍工領(lǐng)域。重型、超重型數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入大型電站設(shè)備、石化冶金設(shè)備、汽車制造等。這些高度、高速切削、切削的數(shù)控機(jī)床對(duì)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(shè)備所需各種、 種性能的合金材料。加工時(shí)又“粘”又“硬”，故要求機(jī)床與機(jī)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(jī)床鑄件的剛性比強(qiáng)度 為重要：實(shí)踐與計(jì)算表明，即使大的切削力，機(jī)床鑄件的強(qiáng)度仍有較大的系數(shù)，但卻會(huì)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(jī)床在高速切削、切削下，機(jī)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(jī)床中主要受力的機(jī)床件，往往不是按強(qiáng)度設(shè)計(jì)的，大部分是按剛性設(shè)計(jì)的。提高床身鑄件/機(jī)床鑄件剛性的措施來自兩個(gè)方面：一個(gè)是提高鑄件的結(jié)構(gòu)剛性，這 是機(jī)床件向雙層壁、多層壁結(jié)構(gòu)發(fā)展。形成機(jī)床件薄壁化，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的重要原因。另一項(xiàng)措施是提高機(jī)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(qiáng)度，因此現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床鑄件皆采用了高強(qiáng)度灰鑄鐵HT300、HT350及高強(qiáng)度、高剛度球墨鑄鐵材質(zhì)。
保持加工時(shí)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(dāng)量高的減震性又優(yōu)于低碳當(dāng)量者。
長(zhǎng)期以來，機(jī)床件的高剛度、高強(qiáng)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(dāng)量，后者為高碳當(dāng)量，因此jingmi機(jī)床的度要求其機(jī)床件，既要有強(qiáng)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(dāng)量與高強(qiáng)度、高剛度在一個(gè)新的高度上達(dá)到平衡。即在高碳當(dāng)量下達(dá)到高強(qiáng)度、高剛度，才能滿足高剛度、高減振性的要求。
2、機(jī)床度保持性與床身鑄件/機(jī)床鑄件的殘余應(yīng)力：
機(jī)床度保持性是數(shù)控機(jī)床的重要的質(zhì)量指標(biāo)，目前我國(guó)與國(guó)外還有相當(dāng)大的差距。國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的度保持性約為一年，而國(guó)外可達(dá)五年。這是我國(guó)數(shù)控機(jī)床進(jìn)口量為世界一的主要原因之一。
鑄件中的殘余應(yīng)力對(duì)鑄件的尺寸度穩(wěn)定性的影響是很大的。在高度的機(jī)床在加工中，引起塑性的，不可逆的變形有三個(gè)因素：工作負(fù)荷、材料剛度、殘余應(yīng)力。這三者中殘余應(yīng)力為危險(xiǎn)，因?yàn)槠鋺?yīng)力往往大于工作負(fù)荷，且它是持續(xù)的，不間斷的。為未時(shí)效的機(jī)床鑄件，殘余應(yīng)力較大，鑄件變形大。為熱時(shí)效后的機(jī)床鑄件，殘余應(yīng)力較小，鑄件變形較小。
3、床身鑄件的高強(qiáng)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(jī)床進(jìn)行加工的。目前主軸轉(zhuǎn)速?gòu)拿糠昼妿浊мD(zhuǎn)，到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，甚至達(dá)十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)。切削速度大幅度提高，每臺(tái)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(dá)一秒。因此要求床身鑄件/機(jī)床鑄件有優(yōu)良的切削性能，而現(xiàn)在的問題是低碳當(dāng)量，不僅帶來了鑄鐵的高強(qiáng)度，還帶來了高硬度，導(dǎo)致了加工性能的惡化。
4、床身鑄件的碳當(dāng)量與鑄件薄壁化及縮松缺陷；
在達(dá)到HT300力學(xué)性能下，其所含的碳當(dāng)量不同，其鑄造性能中的鐵液流動(dòng)性與鑄鐵的收縮相差甚大?；诣T鐵碳當(dāng)量與流動(dòng)及殘余應(yīng)力。不同碳當(dāng)量下的收縮性，因機(jī)床鑄件一般皆為亞共晶鑄鐵，因此碳當(dāng)量越低，流動(dòng)性越差，收縮越大,殘余應(yīng)力越大。
要床身鑄件/機(jī)床鑄件薄壁化，減少縮松，縮孔缺陷在高強(qiáng)度下提高碳當(dāng)量。目前國(guó)外的機(jī)床比我國(guó)機(jī)床重量輕8-10。中型機(jī)床壁厚已達(dá)14-20mm。小型機(jī)床件壁厚已達(dá)8-12mm。低碳當(dāng)量、高強(qiáng)度灰鑄件已是實(shí)現(xiàn)薄壁化的嚴(yán)重障礙及造成縮松的重要原因。
綜合上述充分表明高碳當(dāng)量、高強(qiáng)度、高剛度、低應(yīng)力是數(shù)控機(jī)床鑄件的核心要求。
