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(zhong)量(liang)80以(yi)上且對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)性能有重(zhong)要影響的(de)(de)床(chuang)(chuang)身鑄件，與冷加工(gong)的(de)(de)研究相比，有較大差距。去(qu)年， 下達了“jingmi數控機(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身鑄件尺寸度穩定(ding)性的(de)(de)課題”，以(yi)提高(gao)數控機(ji)床(chuang)(chuang)鑄件的(de)(de)質量(liang)。
值得提出來(lai)的(de)是，目前(qian)在(zai)(zai)金屬切削機(ji)(ji)床灰(hui)鑄鐵件(jian)技術條件(jian)中(zhong)規定，以機(ji)(ji)械性能為驗收的(de)依(yi)(yi)據，化(hua)學(xue)成(cheng)分不(bu)作為驗收依(yi)(yi)據。如用戶需要(yao)可在(zai)(zai)合同中(zhong)另(ling)訂。長期(qi)以來(lai)，這項規定在(zai)(zai)我國不(bu)少床身鑄件(jian)/機(ji)(ji)床鑄件(jian)生產廠(chang)造成(cheng)認識上的(de)誤區：既然以力(li)學(xue)性能為驗收標準(zhun)，而化(hua)學(xue)成(cheng)分不(bu)作為驗收標準(zhun)，那么，以降低碳當量(liang)的(de)措施達到高強度，則是易實現的(de)。
長期以來(lai)由于我國床身鑄件/機床鑄件的(de)高強度(du)是(shi)在低(di)碳當(dang)量(liang)下(xia)取得的(de)，它對機床性能的(de)負面(mian)影響是(shi)很(hen)大(da)的(de)。低(di)碳當(dang)量(liang)、高強度(du)產生的(de)問題是(shi)：
收縮(suo)大，導致縮(suo)孔、縮(suo)松(song)傾向增加(jia)；
殘余應力大，導致尺(chi)寸(cun)度穩定性(xing)差，開裂傾向zengda；
流動性差，限制了鑄件薄壁化(hua)；
加工性(xing)能差，導致切削速度的降低與力具壽命的下降；
減震性差，導(dao)致加工度與度穩定性的降低；
質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)穩定(ding)性差，這是因為低碳(tan)當量(liang)(liang)導致的(de)上述問題在生產中反復(fu)出(chu)現，此長彼消(xiao)，質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)難以(yi)穩定(ding)。在2014年中對國(guo)內(nei)具有代表性的(de)機床(chuang)生產企業調查表明，用戶反饋意見中占(zhan)一(yi)位是質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)不穩定(ding)。
一、數控(kong)機床的發展與機床鑄件質量(liang)的提高；
近(jin)50年來(lai)，機(ji)床的度已(yi)提高了100倍，已(yi)進(jin)入亞微米級及nami級超加工時(shi)代。高度與度的保(bao)持(chi)性是數控機(ji)床質量的首要(yao)指標。
1、機(ji)床度與床身鑄件的剛性及減震性；
度(du)是指(zhi)被加(jia)工(gong)(gong)零件(jian)(jian)能(neng)(neng)達到的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)度(du)。因(yin)為目前(qian)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)已進入航空航天(tian)、兵(bing)器(qi)、核工(gong)(gong)業、電(dian)子(zi)技(ji)術、船舶等軍工(gong)(gong)領域。重型(xing)、超重型(xing)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)已進入大型(xing)電(dian)站設備(bei)(bei)、石化(hua)冶金設備(bei)(bei)、汽車(che)制造等。這(zhe)些(xie)高(gao)度(du)、高(gao)速(su)切(qie)削(xue)(xue)、切(qie)削(xue)(xue)的(de)(de)(de)數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)對床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)剛(gang)度(du)與(yu)減震(zhen)(zhen)性(xing)提出了 高(gao)的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)：航天(tian)航空、核工(gong)(gong)業、兵(bing)器(qi)、發電(dian)設備(bei)(bei)所需各種、 種性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)合金材料(liao)。加(jia)工(gong)(gong)時又“粘”又“硬”，故要(yao)求(qiu)機(ji)床(chuang)(chuang)與(yu)機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)具有足夠的(de)(de)(de)抗(kang)變形(xing)能(neng)(neng)力，即使(shi)在高(gao)速(su)、切(qie)削(xue)(xue)下仍能(neng)(neng)保持高(gao)度(du)。從使(shi)用角度(du)上看(kan)，床(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件(jian)(jian)/機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)比強度(du) 為重要(yao)：實(shi)踐與(yu)計算表(biao)明，即使(shi)大的(de)(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)力，機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)強度(du)仍有較大的(de)(de)(de)系數，但卻(que)會出現由于剛(gang)性(xing)差、抗(kang)變形(xing)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)力及減震(zhen)(zhen)性(xing)差而失去加(jia)工(gong)(gong)度(du)。因(yin)此數控(kong)jingmi機(ji)床(chuang)(chuang)在高(gao)速(su)切(qie)削(xue)(xue)、切(qie)削(xue)(xue)下，機(ji)床(chuang)(chuang)鑄(zhu)件(jian)(jian)具有較高(gao)的(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)與(yu)優良的(de)(de)(de)減震(zhen)(zhen)性(xing)。
現代數(shu)控(kong)機(ji)床中主要(yao)受(shou)力的(de)(de)機(ji)床件(jian)(jian)，往(wang)往(wang)不是按強(qiang)(qiang)度設(she)計的(de)(de)，大(da)部分是按剛(gang)性(xing)(xing)(xing)設(she)計的(de)(de)。提高(gao)(gao)床身鑄(zhu)件(jian)(jian)/機(ji)床鑄(zhu)件(jian)(jian)剛(gang)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)措施(shi)來自兩(liang)個方面(mian)：一(yi)個是提高(gao)(gao)鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)結構(gou)剛(gang)性(xing)(xing)(xing)，這 是機(ji)床件(jian)(jian)向雙(shuang)層(ceng)壁(bi)(bi)、多層(ceng)壁(bi)(bi)結構(gou)發(fa)展。形(xing)成機(ji)床件(jian)(jian)薄壁(bi)(bi)化，結構(gou)日益復雜(za)的(de)(de)重要(yao)原因(yin)。另一(yi)項措施(shi)是提高(gao)(gao)機(ji)床鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)材(cai)質(zhi)剛(gang)性(xing)(xing)(xing)，即(ji)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)模量(liang)，而彈(dan)性(xing)(xing)(xing)模量(liang)的(de)(de)高(gao)(gao)低主要(yao)取決(jue)于抗拉強(qiang)(qiang)度，因(yin)此現代的(de)(de)數(shu)控(kong)機(ji)床鑄(zhu)件(jian)(jian)皆采用了高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度灰鑄(zhu)鐵HT300、HT350及(ji)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度、高(gao)(gao)剛(gang)度球墨鑄(zhu)鐵材(cai)質(zhi)。
保持加(jia)工時高度的另一因素(su)是(shi)床身鑄件(jian)具備(bei)優良的減(jian)震性(xing)(xing)。值得(de)提出的是(shi)，在減(jian)震性(xing)(xing)能(neng)中(zhong)，灰(hui)鑄鐵(tie)的減(jian)震性(xing)(xing)優于球墨鑄鐵(tie)，而灰(hui)鑄鐵(tie)中(zhong)，碳當(dang)量高的減(jian)震性(xing)(xing)又(you)優于低碳當(dang)量者。
長期以(yi)來(lai)，機(ji)床件(jian)的高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度、高(gao)(gao)(gao)強度與要(yao)(yao)求(qiu)優(you)良的減(jian)震性的要(yao)(yao)求(qiu)難以(yi)統(tong)一(yi)(yi)。前者為低碳(tan)當量(liang)(liang)，后者為高(gao)(gao)(gao)碳(tan)當量(liang)(liang)，因此jingmi機(ji)床的度要(yao)(yao)求(qiu)其機(ji)床件(jian)，既要(yao)(yao)有(you)強有(you)力(li)的抗變形能(neng)力(li)的材質(zhi)剛(gang)性，又要(yao)(yao)有(you)優(you)良的減(jian)震性，這 要(yao)(yao)求(qiu)碳(tan)當量(liang)(liang)與高(gao)(gao)(gao)強度、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度在一(yi)(yi)個新的高(gao)(gao)(gao)度上達到平(ping)衡。即(ji)在高(gao)(gao)(gao)碳(tan)當量(liang)(liang)下達到高(gao)(gao)(gao)強度、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度，才能(neng)滿(man)足(zu)高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度、高(gao)(gao)(gao)減(jian)振性的要(yao)(yao)求(qiu)。
2、機床度保持性與床身鑄件(jian)/機床鑄件(jian)的殘余(yu)應力：
機(ji)床(chuang)度保持性(xing)是數控(kong)(kong)機(ji)床(chuang)的重要(yao)的質量(liang)指標，目前我國(guo)與國(guo)外(wai)還有(you)相(xiang)當大(da)的差距(ju)。國(guo)內數控(kong)(kong)機(ji)床(chuang)的度保持性(xing)約為(wei)一年，而國(guo)外(wai)可達五(wu)年。這是我國(guo)數控(kong)(kong)機(ji)床(chuang)進(jin)口量(liang)為(wei)世界一的主要(yao)原因之一。
鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)中的(de)殘(can)余(yu)應力對鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)尺寸(cun)度(du)(du)穩(wen)定(ding)性的(de)影響是(shi)很大的(de)。在高度(du)(du)的(de)機床(chuang)在加工(gong)中，引起塑性的(de)，不(bu)可(ke)逆的(de)變形有三個因素(su)：工(gong)作負荷(he)(he)、材料剛(gang)度(du)(du)、殘(can)余(yu)應力。這(zhe)三者中殘(can)余(yu)應力為(wei)(wei)危險，因為(wei)(wei)其應力往往大于工(gong)作負荷(he)(he)，且(qie)它是(shi)持續的(de)，不(bu)間斷的(de)。為(wei)(wei)未(wei)時效的(de)機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)余(yu)應力較(jiao)大，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變形大。為(wei)(wei)熱時效后的(de)機床(chuang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)，殘(can)余(yu)應力較(jiao)小，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)變形較(jiao)小。
3、床身鑄件的高強度與加工(gong)性能
高(gao)度(du)(du)的(de)床(chuang)身鑄件，大部分(fen)都是(shi)用數控加(jia)(jia)工(gong)(gong)機床(chuang)進行加(jia)(jia)工(gong)(gong)的(de)。目(mu)前主軸轉速從每分(fen)鐘幾千轉，到幾萬(wan)轉，甚至達十幾萬(wan)轉。切(qie)削(xue)速度(du)(du)大幅度(du)(du)提(ti)高(gao)，每臺數控皆有幾百(bai)把刀(dao)具，換刀(dao)速度(du)(du)從十幾秒(miao)到十秒(miao)、三秒(miao)，甚至達一秒(miao)。因此要求床(chuang)身鑄件/機床(chuang)鑄件有優良的(de)切(qie)削(xue)性能(neng)，而現在(zai)的(de)問題是(shi)低(di)碳當(dang)量，不僅(jin)帶來了(le)鑄鐵的(de)高(gao)強度(du)(du)，還(huan)帶來了(le)高(gao)硬度(du)(du)，導致了(le)加(jia)(jia)工(gong)(gong)性能(neng)的(de)惡化(hua)。
4、床身鑄件(jian)的碳當量與鑄件(jian)薄壁化及縮(suo)松缺陷；
在達到HT300力學性(xing)(xing)能下，其所含的(de)碳當(dang)量(liang)(liang)(liang)不(bu)同，其鑄(zhu)造性(xing)(xing)能中(zhong)的(de)鐵(tie)(tie)(tie)液流(liu)(liu)動(dong)性(xing)(xing)與(yu)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)的(de)收縮相差甚(shen)大。灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)碳當(dang)量(liang)(liang)(liang)與(yu)流(liu)(liu)動(dong)及殘余應(ying)力。不(bu)同碳當(dang)量(liang)(liang)(liang)下的(de)收縮性(xing)(xing)，因(yin)機床鑄(zhu)件一般皆為亞(ya)共(gong)晶(jing)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)，因(yin)此碳當(dang)量(liang)(liang)(liang)越低，流(liu)(liu)動(dong)性(xing)(xing)越差，收縮越大,殘余應(ying)力越大。
要床(chuang)(chuang)(chuang)身鑄(zhu)件/機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)鑄(zhu)件薄(bo)壁(bi)化(hua)，減少縮(suo)(suo)(suo)松(song)，縮(suo)(suo)(suo)孔缺陷在高強度下提高碳當量(liang)。目前國(guo)外的(de)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)比我國(guo)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)重量(liang)輕8-10。中型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)壁(bi)厚已達14-20mm。小型(xing)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)件壁(bi)厚已達8-12mm。低碳當量(liang)、高強度灰鑄(zhu)件已是實現薄(bo)壁(bi)化(hua)的(de)嚴重障礙及造成縮(suo)(suo)(suo)松(song)的(de)重要原因。
綜合上述充分(fen)表明高碳當(dang)量、高強度(du)、高剛度(du)、低應力(li)是數控機床鑄件(jian)的核心要求。
