• 機床精度保持性與機床鑄件的殘余應力

    時間:2019-08-05 15:10 作者:東建鑄造 點擊:
    機床精度保持性是高端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一的原因之一。機床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。
    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。
    在達到HT300力學性能條件下,其所含的碳當量不同,鑄造性能中的鐵液流動性與鑄鐵的收縮相差甚大。為不同碳當量下的鐵液流動性;不同碳當量下的收縮性,因機床鑄件一般皆為亞共晶鑄鐵,因此碳當量越低,流動性越差,收縮越大。
    要使機床鑄件薄壁化,減少縮松、縮孔缺陷,必須在高強度下提高碳當量。目前國外的機床比我國機床重量輕8%~10%。中型機床壁厚已達14~20mm。小型機床件壁厚已達8~12mm。低碳當量、高強度灰鑄鐵件已是實現薄壁化的嚴重障礙及造成縮松的重要原因。因此綜合因素充分說明高碳當量、高強度、高剛度、低應力是我國高端數控機床鑄件的發展方向。
    機床鑄件在相同的強度下,碳當量高低是衡量材質優劣的重要標志。我國機床鑄件尚處在中、低碳當量、高強度階段。僅有少數機床鑄件廠已接近高碳當量、高強度材質的水平,但仍有相當距離。
    各企業對機床鑄件薄壁化、高強度、低應力、尺寸穩定性、切削性能等問題在高端機床鑄件要求中占前幾位。而這幾個問題皆與碳當量有關,說明碳當量越低,這類問題越嚴重。在生產精密機床鑄件中,選擇結構復雜的企業占71%。說明數控機床的剛性要求提高,不僅要高的材質剛性,還要對鑄件的結構進行改進,設計了雙層壁、多層壁,結構復雜的鑄件,這給生產機床鑄件的企業帶來了困難。
    重型機床超長床身的加工分為粗、半精、精加工工序。床身的粗、半精加工為單段加工,精加工是將床身整體臨床拼接裝卡后一次加工。粗加工的主要目是去除余量,對加工精度沒有嚴格要求,追求的是加工效率。由于重型機床床身外形尺寸較大,且需要切削加工的面較多,各面的切削余量也較大,因此需要切除的金屬量較多,必須選用高剛性、大功率的機床采用大進給、大切削量來加工,以盡量減少切削時間。粗加工設備的選型只要滿足上述要求并具有單段床身加工能力即可。為了提高粗加工的效率,加工時應遵循以下原則:
    1)選用高切削效率、高復合型、高剛性的機床,這是提高切削效率較主要也是較重要的措施,盡可能在一次裝卡中就將所有需要粗加工的部位加工至工藝要求;
    2)根據加工條件盡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機床的金屬切除率,而合理的選用刀具及切削用量則可以大大減少刀具的磨損,從而減少更換刀片的時間、輔助工時及空行程,這樣就大大降低了切削刀具的成本;
    3)選用簡單可靠的裝卡方法。裝卡方式的好壞直接影響加工過程的穩定性。裝卡穩定時,不但可以大大減少切削過程中的振動,同時也可適當提高刀具的切削用量,避免切削過程中工件發生移位等。
     
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