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(lái)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(lèi)型的切削加工機(jī)床產(chǎn)量已超過(guò)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(kāi)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(zhuān)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(lái)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(lái),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(lái)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(wèn)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(kāi)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(wèn)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(jiàn)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(lái),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(chē)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(lái)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(lái),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(wèn)題是低碳當(dāng)量,不僅帶來(lái)了鑄鐵的高強(qiáng)度,還帶來(lái)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。