進入21世紀以來,隨著科技進步、產品升級以及 重點工程、地方投資項目的不斷推進,國民經濟各行業對機床產品的需求水平都進一步提高,機床產品也正在迅速發展,國內外均研制了很多大型高精端數控機床,它是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等加工的 手段,它對一個 的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業有著舉足輕重的影響力。該類機床大型鑄件主要有床身、立柱、工作臺、橫梁、主軸箱體、尾座體等,立柱是其的關鍵部分,對主軸箱起支撐作用,滿足主軸箱的Z向運動,要求立柱鑄件要有較好的剛性和熱穩定性。立柱設計為A形結構, 排除機床在加工過程產生的偏移擺動,保證了機床的加工精度。同時對其質量有著嚴格要求,立柱表面導軌具有導向精度高、耐磨性能好、足夠的剛度等技術特點,同時要求鑄件尺寸精度高,導軌表面不允許有縮孔、縮松、裂紋、氣孔、夾渣等鑄造缺陷,這些缺陷將嚴重影響立柱的耐磨性能和剛度,進而影響其使用壽命,嚴重時導致機床加工中心失去控制,產生 事故。
提高機床鑄件質量的核心是高碳當量、高強度、高剛度與低應力近50年來,機床的精度已提高了100倍,已進入亞微米級及納米級超精加工時代。高精度與精度的保持性是數控機床質量的重要指標。
(1)機床精度與機床鑄件的剛性
精度是指被加工零件能達到的加工精度。重型、超重型數控機床已進入大型電站設備、石化冶金設備、汽車制造等行業。這些高精度、高速切削、強力切削的數控機床對機床鑄件的剛度與減震性提出了 高的要求:航天航空、核工業、兵器、發電設備所需各種特殊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、強力切削下仍能保持高精度。從使用角度上看,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,但卻會出現由于剛性差、抗變形能力及減震性差而失去加工精度。因此 數控精密機床在高速切削、強力切削下,機床鑄件 具有較高的剛性與優良的減震性。現代數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。提高機床鑄件剛性的措施來自兩個方面:一個是提高鑄件的結構剛性,這就是機床件向雙層壁、多層壁結構發展,形成機床件薄壁化,結構日益復雜的重要原因。另一項措施是提高機床鑄件的材質剛性,即彈性模量,而彈性模量的高低主要取決于抗拉強度。因此現代的 數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。保持加工時高精度的另一因素是機床鑄件 具備優良的減震性。值得提出的是,在減震性能中,灰鑄鐵的減震性優于球墨鑄鐵,而灰鑄鐵中,碳當量高的減震性又優于碳當量低的。實踐表明,高碳當量、低強度灰鑄鐵吸震率高,其次是低碳當量、高強度灰鑄鐵,球墨鑄鐵次于灰鑄鐵,碳鋼 低,這也是機床件大部分是灰鑄鐵的原因。長期以來,機床件的高剛度、高強度與優良的減震性難以統一。前者要求低碳當量,后者要求高碳當量,因此 精密機床的精度要求其鑄件既要有強有力的抗變形能力的材質剛性,又要有優良的減震性,這就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。
(2)機床精度保持性與機床鑄件的殘余應力
機床精度保持性是 數控機床 重要的質量指標,目前我國與國外還有相當大的差距。國內數控機床的精度保持性約為一年,而國外可達五年。這是我國數控機床進口量為世界 的原因之一。鑄件中的殘余應力對鑄件尺寸精度穩定性的影響是很大的。高精度的機床在加工中,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,且它是持續的,不間斷的。未經熱時效的機床鑄件,殘余應力較大,鑄件變形大。經過熱時效后的機床鑄件,殘余應力較小,鑄件變形較小。
在灰鑄件中,殘余應力與強度及碳當量有著密切的關系,它隨碳當量的降低而增大,隨抗拉強度的增大而增大。因此,在相當長的一段時間,我國機床件的低碳當量、高強度所帶來較高的殘余應力一直未能得到很好的解決。一些國外用戶購買我國機床鑄件后往往堆放半年或一年后再用,進行自然時效,降低與釋放殘余應力。因此,實現高碳當量、高強度的主要途徑是高剛度,低應力的精度保持性。
滄公備:13090002006124 |
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