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機床鑄件的剛性及減震性、殘余應力

時間:2018-08-04 23:38 作者:東建鑄造 點擊: 次
在金屬切削機床灰鑄鐵件技術條件中規定,以力學性能作為驗收的依據,化學成分不作為驗收依據,如用戶需要可在合同中說明。長期以來,這項規定在我國不少機床鑄件生產廠造成認識上的誤區:既然以力學性能為驗收標準,而化學成分不作為驗收標準,那么,以降低碳當量的措施達到高強度,則是較易實現的。長期以來由于我國機床鑄件的高強度是在低碳當量下取得的,它對機床性能的負面影響很大,低碳當量、高強度產生的問題是:收縮大,導致縮孔、縮松傾向增加;殘余應力大,導致尺寸精度穩定性差,開裂傾向增大;流動性差,限制了鑄件薄壁化;加工性能差,導致切削速度的降低與刀具壽命的下降;減震性差,導致加工精度與精度穩定性的降低;質量穩定性差,這是因為低碳當量導致的上述問題在生產中反復出現,質量難以穩定。在2014年對國內有代表性的機床生產企業調研表明,用戶反饋意見中占前茅位的是質量不穩定。
1、機床精度與機床鑄件的剛性及減震性
精度是指被加工零件能達到的加工精度。因為目前   數控機床已進入航空航天、兵器、核工業、電子技術、船舶等軍工領域。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,即使較大的切削力,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。
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,碳鋼較低,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   數控機床較重要的質量指標,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前茅的原因之一。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,這三者中殘余應力較為危險,因為其應力往往大于工作負荷,且它是持續的,不間斷的。為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。
3、機床鑄件的高強度與加工性能
高精度的機床鑄件,大部分都是用數控加工中心機床進行加工的。目前主軸轉速從每分鐘幾千轉到幾萬轉,甚至達十幾萬轉。切削速度大幅度提高,每臺數控中心皆有幾百把刀具,換刀速度從十幾秒到10s,3s,甚至達1s。因此要求機床鑄件具有優良的切削性能。而現在的問題是低碳當量,在提高鑄鐵的強度的同時,也導致了高硬度及加工性能的惡化。
機床鑄件包括床身、工作臺、立柱、龍門頂、連接梁、底座。材質均為   細膩的灰口鑄鐵HT200-HT250,   的配比,   高的抗拉抗彎強度,    流行的熱處理工藝,使鑄件應力變形減少到較小度。長久使用   趨于穩定。影響機床鑄件質量的因素如下:
①大型機床鑄件的設計工藝性。進行設計時,除了要根據工作條件和金屬材料性能來確定機床鑄件幾何形狀、尺寸大小外,還   從鑄造工藝特性的角度來考慮設計的合理性,即明顯的尺寸效應和凝固、收縮、應力等問題,以避免或減少鑄件的成分偏析、變形、開裂等缺陷的產生。
②合理的鑄造工藝。即根據鑄件結構、重量和尺寸大小,鑄造特性和生產條件,選擇合適的分型面和造型、造芯方法,合理設置鑄造筋、冷鐵、冒口和澆注系統等。以保證獲得   機床鑄件。
③鑄造用原材料的質量。金屬爐料、耐火材料、燃料、熔劑、變質劑以及鑄造砂、型砂粘結劑、涂料等材料的質量不合標準,會使鑄件產生氣孔、小孔、夾渣、粘砂等缺陷,影響鑄件外觀質量和內部質量,嚴重時會使鑄件報廢。
④工藝操作,要制定合理的工藝操作規程,提高工人的技術水平,使工藝規程得到正確實施。
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