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机床精度保持性与机床铸件的残余应力

时间:2019-08-05 15:10 作者:东建铸造 点击: 次
机床精度保持性是高端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一的原因之一。机床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。
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。
在达到HT300力学性能条件下,其所含的碳当量不同,铸造性能中的铁液流动性与铸铁的收缩相差甚大。为不同碳当量下的铁液流动性;不同碳当量下的收缩性,因机床铸件一般皆为亚共晶铸铁,因此碳当量越低,流动性越差,收缩越大。
要使机床铸件薄壁化,减少缩松、缩孔缺陷,必须在高强度下提高碳当量。目前国外的机床比我国机床重量轻8%~10%。中型机床壁厚已达14~20mm。小型机床件壁厚已达8~12mm。低碳当量、高强度灰铸铁件已是实现薄壁化的严重障碍及造成缩松的重要原因。因此综合因素充分说明高碳当量、高强度、高刚度、低应力是我国高端数控机床铸件的发展方向。
机床铸件在相同的强度下,碳当量高低是衡量材质优劣的重要标志。我国机床铸件尚处在中、低碳当量、高强度阶段。仅有少数机床铸件厂已接近高碳当量、高强度材质的水平,但仍有相当距离。
各企业对机床铸件薄壁化、高强度、低应力、尺寸稳定性、切削性能等问题在高端机床铸件要求中占前几位。而这几个问题皆与碳当量有关,说明碳当量越低,这类问题越严重。在生产精密机床铸件中,选择结构复杂的企业占71%。说明数控机床的刚性要求提高,不仅要高的材质刚性,还要对铸件的结构进行改进,设计了双层壁、多层壁,结构复杂的铸件,这给生产机床铸件的企业带来了困难。
重型机床超长床身的加工分为粗、半精、精加工工序。床身的粗、半精加工为单段加工,精加工是将床身整体临床拼接装卡后一次加工。粗加工的主要目是去除余量,对加工精度没有严格要求,追求的是加工效率。由于重型机床床身外形尺寸较大,且需要切削加工的面较多,各面的切削余量也较大,因此需要切除的金属量较多,必须选用高刚性、大功率的机床采用大进给、大切削量来加工,以尽量减少切削时间。粗加工设备的选型只要满足上述要求并具有单段床身加工能力即可。为了提高粗加工的效率,加工时应遵循以下原则:
1)选用高切削效率、高复合型、高刚性的机床,这是提高切削效率较主要也是较重要的措施,尽可能在一次装卡中就将所有需要粗加工的部位加工至工艺要求;
2)根据加工条件尽可能采用合理的切削刀具及切削用量。切削刀具可以大大提高机床的金属切除率,而合理的选用刀具及切削用量则可以大大减少刀具的磨损,从而减少更换刀片的时间、辅助工时及空行程,这样就大大降低了切削刀具的成本;
3)选用简单可靠的装卡方法。装卡方式的好坏直接影响加工过程的稳定性。装卡稳定时,不但可以大大减少切削过程中的振动,同时也可适当提高刀具的切削用量,避免切削过程中工件发生移位等。
 
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