机床铸件的刚性及减震性、残余应力

时间:2018-08-04 23:38 作者:东建铸造 点击: 次
在金属切削机床灰铸铁件技术条件中规定,以力学性能作为验收的依据,化学成分不作为验收依据,如用户需要可在合同中说明。长期以来,这项规定在我国不少机床铸件生产厂造成认识上的误区:既然以力学性能为验收标准,而化学成分不作为验收标准,那么,以降低碳当量的措施达到高强度,则是较易实现的。长期以来由于我国机床铸件的高强度是在低碳当量下取得的,它对机床性能的负面影响很大,低碳当量、高强度产生的问题是:收缩大,导致缩孔、缩松倾向增加;残余应力大,导致尺寸精度稳定性差,开裂倾向增大;流动性差,限制了铸件薄壁化;加工性能差,导致切削速度的降低与刀具寿命的下降;减震性差,导致加工精度与精度稳定性的降低;质量稳定性差,这是因为低碳当量导致的上述问题在生产中反复出现,质量难以稳定。在2014年对国内有代表性的机床生产企业调研表明,用户反馈意见中占前茅位的是质量不稳定。
1、机床精度与机床铸件的刚性及减震性
精度是指被加工零件能达到的加工精度。因为目前   数控机床已进入航空航天、兵器、核工业、电子技术、船舶等军工领域。重型、超重型数控机床已进入大型电站设备、石化冶金设备、汽车制造等行业。
这些高精度、高速切削、强力切削的数控机床对机床铸件的刚度与减震性提出了   高的要求:航天航空、核工业、兵器、发电设备所需各种特殊性能的合金材料加工时又“粘”又“硬”,故要求机床与机床铸件具有足够的抗变形能力,即使在高速、强力切削下仍能保持高精度。从使用角度上看,机床铸件的刚性比强度   为重要。实践与计算表明,即使较大的切削力,机床铸件的强度仍有较大的   系数,但却会出现由于刚性差、抗变形能力及减震性差而失去加工精度。因此   数控精密机床在高速切削、强力切削下,机床铸件   具有较高的刚性与优良的减震性。
现代数控机床中主要受力的机床件,往往不是按强度设计的,大部分是按刚性设计的。提高机床铸件刚性的措施来自两个方面:一个是提高铸件的结构刚性,这就是机床件向双层壁、多层壁结构发展,形成机床件薄壁化,结构日益复杂的重要原因。另一项措施是提高机床铸件的材质刚性,即弹性模量,而弹性模量的高低主要取决于抗拉强度。
保持加工时高精度的另一因素是机床铸件   具备优良的减震性。值得提出的是,在减震性能中,灰铸铁的减震性优于球墨铸铁,而灰铸铁中,碳当量高的减震性又优于碳当量低的。实践表明,高碳当量、低强度灰铸铁吸震率高,其次是低碳当量、高强度灰铸铁,球墨铸铁次于灰铸铁,碳钢较低,这也是机床件大部分是灰铸铁的原因。长期以来,机床件的高刚度、高强度与优良的减震性难以统一。前者要求低碳当量,后者要求高碳当量,因此   精密机床的精度要求其铸件既要有强有力的抗变形能力的材质刚性,又要有优良的减震性,这就要求碳当量与高强度、高刚度在一个新的高度上达到平衡。即在高碳当量下达到高强度、高刚度。
2、机床精度保持性与机床铸件的残余应力
机床精度保持性是   数控机床较重要的质量指标,目前我国与国外还有相当大的差距。国内数控机床的精度保持性约为一年,而国外可达五年。这是我国数控机床进口量为世界前茅的原因之一。铸件中的残余应力对铸件尺寸精度稳定性的影响是很大的。高精度的机床在加工中,引起塑性的,不可逆的变形有三个因素:工作负荷、材料刚度、残余应力,这三者中残余应力较为危险,因为其应力往往大于工作负荷,且它是持续的,不间断的。为经过热时效后的机床铸件,残余应力较小,铸件变形较小。在灰铸件中,残余应力与强度及碳当量有着密切的关系,它随碳当量的降低而增大,随抗拉强度的增大而增大。
因此,在相当长的一段时间,我国机床件的低碳当量、高强度所带来较高的残余应力一直未能得到很好的解决。一些国外用户购买我国机床铸件后往往堆放半年或一年后再用,进行自然时效,降低与释放残余应力。因此,实现高碳当量、高强度的主要途径是高刚度,低应力的精度保持性。
3、机床铸件的高强度与加工性能
高精度的机床铸件,大部分都是用数控加工中心机床进行加工的。目前主轴转速从每分钟几千转到几万转,甚至达十几万转。切削速度大幅度提高,每台数控中心皆有几百把刀具,换刀速度从十几秒到10s,3s,甚至达1s。因此要求机床铸件具有优良的切削性能。而现在的问题是低碳当量,在提高铸铁的强度的同时,也导致了高硬度及加工性能的恶化。
机床铸件包括床身、工作台、立柱、龙门顶、连接梁、底座。材质均为   细腻的灰口铸铁HT200-HT250,   的配比,   高的抗拉抗弯强度,    流行的热处理工艺,使铸件应力变形减少到较小度。长久使用   趋于稳定。影响机床铸件质量的因素如下:
①大型机床铸件的设计工艺性。进行设计时,除了要根据工作条件和金属材料性能来确定机床铸件几何形状、尺寸大小外,还   从铸造工艺特性的角度来考虑设计的合理性,即明显的尺寸效应和凝固、收缩、应力等问题,以避免或减少铸件的成分偏析、变形、开裂等缺陷的产生。
②合理的铸造工艺。即根据铸件结构、重量和尺寸大小,铸造特性和生产条件,选择合适的分型面和造型、造芯方法,合理设置铸造筋、冷铁、冒口和浇注系统等。以保证获得   机床铸件。
③铸造用原材料的质量。金属炉料、耐火材料、燃料、熔剂、变质剂以及铸造砂、型砂粘结剂、涂料等材料的质量不合标准,会使铸件产生气孔、小孔、夹渣、粘砂等缺陷,影响铸件外观质量和内部质量,严重时会使铸件报废。
④工艺操作,要制定合理的工艺操作规程,提高工人的技术水平,使工艺规程得到正确实施。
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