数控机床铸件性能的技术控制

竺 堡 竺l I R 机床是装备制造业中的主要产品 也是各行业广 采用的加工设备 随着汽车 航空航天 军事 以及 0 造业的整体发展 对机床产品的要求也越来越高 高 数控机床产品成为机床行业的主流 国外的数控机床 品技术水平高 发展速度快 近几年 国内的高档数 机床自主研发能力也不断提高 技术水平获得阶段性 破 与国外同行业的差距逐渐缩小 由于机床的结构 和许多主要部件都是以铸件为坯料的 因此机床铸件 好坏 对机床的质量 寿命 精度保持性都有重要的 响 对机床铸件的性能要求主要有以下几个方面 1 较高的抗压强度与抗拉强度 2 良好的精度稳定性 3 高的弹性模量 4 良好的耐磨性 5 较好的减震性 6 良好的切削性能 7 良好的铸造性能 8 较高的尺寸精度 较低的表面粗糙度 国内外生产机床铸件主要从化学成分 力学性 金相组织 尺寸精度和时效处理等几方面进行控 0 1 化学成分 采用数控机床加工零件时 要保证其较高的精度 功口 工初期 中期 后期尺寸精度的一致性 就要求铸 的硬度 加工性能的稳定 虽然数控机床有 自动测 I 生 笠 塑垫 丝 丝 堕 磊 工 热 加 工 v w me t a l w o r k in g1 9 5 0 c o m 量 刀具磨损自动补偿等功能 但铸件硬度与加工性能 的波动大小仍会对加工精度的稳定性产生影响 实践证 明 保持铸件化学成分的稳定是保证铸件硬度 加工性 能稳定的重要措施 因此 熔炼铁液的c S i Mo 含量 质量分数 波动均不应超过 O 1 C 的波动范围为 0 0 5 1 国内外化学成分与碳当量的控制 表l 为 日 本吉田铸工所机床铸件控制的目 标成分 表1日本吉田铸工所三个高牌号铸件的 化学成分 质量分数 铸铁牌号 C S i Mn P S F C3 5 3 1 5 1 8 5 O 8 5 0 3 5 0 1 o 0 F C3 O 3 2 0 1 9 O O 8 0 0 3 5 O 1 o 0 F C2 5 3 3 0 1 9 5 0 5 0 O 3 5 O 1 0 0 注 带导 轨的机床件则加入Cu Cr 含量为W 0 6 Wc O 3 表2 为日本吉 田铸工所C S i 的波动范围与我国机 床铸件C S i 波动范围之对比 表2 C S 晗 量 质量分数 波动范围对比 牌号 C 波动值 c S i 波动值 s i 日本F C3 0 3 1 5 3 2 5 0 1 1 8 0 2 o 0 0 2 中国H T 3 0 0 2 9 O 3 3 O 0 4 1 4 0 2 1 0 O 7 日本F C3 5 3 1 0 3 2 0 0 1 1 7 5 1 9 5 O 2 中国H T 3 5 0 2 8 0 3 1 0 0 3 1 3 O 1 9 0 0 6 表3 为美国约翰 迪尔公司生产2 7 5 MP a 级牌号的成 分精确度控制 其化学成分精度为 w 0 0 5 0 1 0 T op ic I R I 竺 堡 些 表3美国约翰 迪尔公司生产2 7 5 MP a 级牌号的化学成分 质量分数 项 目 C E C S i Mn P S C r Cu MO Ni 最高 上限成 分 4 1 3 3 4 2 2 2 2 o 7 0 o 0 7 0 O 1 0 o 4 0 O 9 5 0 5 0 l l 2 0 控制 上限成分 4 0 7 3 3 7 2 1 9 0 6 5 o 0 5 2 0 0 8 o 3 7 0 9 2 o 4 3 1 1 3 目标 成分 4 O 1 3 3 2 2 1 2 O 6 0 o 0 4 2 0 O 6 0 3 O 0 8 5 0 36 1 0 6 控制 下限成分 3 9 5 3 2 7 2 0 7 0 5 5 o 0 3 2 o 0 5 0 2 3 o 7 8 0 33 1 O 3 最低下 限成分 3 8 9 3 2 2 2 0 2 o 4 0 O 0l O 0 0 3 O 2 O 0 7 5 0 3 0 1 0 0 从以上对比中可以看出 同牌号的铸铁 日本的 碳当量高 如表4 所示 表4 日本企业控制碳当量对比 牌号 碳 当量CE 平均碳当量C E FC3 O 3 8 l 3 8 5 3 8 3 HT3 0 0 3 6 O 3 7 6 3 6 8 FC3 5 3 7 5 3 78 3 7 6 HT3 5 0 3 43 3 5 3 3 4 8 其铸造性能加工性能则优于国内 更重要的是化 学成分控制的精确度也优于我们 我国 W 的波动范围 为0 3 0 4 Ws 的波动范围规定为0 6 0 7 而国外 波动范围为0 1 左右 w 被 动范围为0 2 左 右 2 强度与碳当量目前 国外数控机床铸件大 多数采用HT 3 5 0 HT 3 0 0 高强度灰铸铁 比我国高1 2 个牌号 但是在提高铸件强度的同时往往伴随着碳当量 的降低 收缩的增大 流动性的降低 以及铸造性能的 恶化 而且国外机床铸件在向高强度发展的同时 还向 轻量化方向发展 铸件的主要壁厚从过去的2 0 2 5 mm 减至1 4 2 0 ram 切削力小的机床 其床身主要壁厚仅 8 1 0 mm 所以在保证同一强度下有较高的碳 当量或 在同一碳当量下有较高的强度 国外在配料中增加废钢 的同时 采用高温熔炼渗碳及强有力的孕育措施等 获 得高温优质铁液 可在较高的碳当量下获得高的机械强 度 又如在一定的碳当量下 将S i C L 从0 4 O 5 提高 No 7 0 8 不仅可以提高机械强度 还可增加弹性模 量 因此控制化学成分尤其是碳当量 是保持强度的同 时具有优良铸造性能的重要指标 这对于机床铸件的轻 量化 避免铸造性能的恶化而导致废品率的上升及能源 的浪费是十分重要的 2 力学性能 目前我 国机床主要铸件 如床身 工作 台 立 柱 横梁等 一般采用H T 2 0 0 H T 2 5 0 H T 3 0 0 三个牌 号 国外机床大部分采用抗拉强度3 0 0 MP a 或3 5 0 MP a 的 高强度灰铸铁 比我国机床铸件高1 2 个牌号 从使用 角度上看 机床铸件的刚性比其强度更重要 计算表 明 即使达到机床最大切削力 高牌号铸铁件的抗压强 度 抗拉强度仍有较大的安全系数 却会出现因其刚度 差 抗变形能力不够而使强力高速切削的数控机床失去 加工精度 因此 对现代数控机床铸件材质的刚性指标 很重要 即灰铸铁的弹性模量越大 材质抗变形能力也 越大 铸铁弹性模量在强力切削下对数控机床保持精度 的稳定性的作用越来越重要 弹性模量与强度有着密切 的关系 强度越高 弹模量也越高 如表5 所示 但不能以强度的测试来代替弹性模量的测试 因 为即使是同样的强度 弹性模数也有高低之分 熔炼配 料中的废钢量 渗碳的机制 高温熔炼 孕育强化及化 学成分中的s i c L 以及金相组织中的石墨数量 大小 等都是影响弹性模量的重要因素 国内外灰铸铁的弹 性模量对比见表6 铸件在受力时抗拉强度越高 弹性模量下降的幅 值越小 这是高刚度机床要求铸铁更高强度的原因 也 是国外数控机床提高铸件牌号的原因所在 通常机床铸 件在使用中 其使用应力很少超过抗拉强度的1 4 铸 件设计者往往用应力为1 4 o 时的弹性模量来代替牌号 的弹性模量 3 金相组织 国外先进的铸造厂密烘铸铁比我国的孕育铸铁强 表5灰铸铁的弹性模量与强度的关系 cr b M P a J 1 5 5 l 8 5 2 1 5 1 2 6 5 3 1 O 3 5 5 4 0 0 弹 性 模 量 G P a I 1 0 3 5 l 1 1 7 1 2 O 0 1 2 9 7 1 3 7 9 1 4 l 4 1 4 4 8 磊肛 竺 箜 苎 l R e w 一 表6 国内外灰铸铁的弹性模量对比 弹性 模量 MP a 铸铁牌号 推荐弹性模量 MP a 中国 英国密烘铸 铁 一 级 l l o o o o HT2 5 0 1 2 00 0 0 l 1 5 O O H 0 合格 1 O O O 0 0 一 级 1 2 5 O o o HT3 0 0 1 3 5 0 0 0 l 3 O o o O 合格 1 1 5 0 o o 一 级 l 3 5 O 0 o H T3 5 0 1 4 5 0 0 0 1 4 o o o0 合格 1 2 5 O o 0 度要高 如果从金相组织观察 虽同为A型石墨 同 样的碳当量 但石墨更细小 分布更均匀 同为珠光 体 但片间距更小 珠光体更致密 相当于索氏体 托氏体 例如碳当量同为3 2 7 粗大石墨抗拉强度为 2 0 5 MP a 细小石墨可达 I 2 9 5 MP a 石墨相同 但珠光 体粗细可使强度相差3 0 1 0 0 MP a 至于弹性模量 石 墨数量对其影响最大 目前国内机床铸件金相组织要求 石墨形态应为A 型 石墨长度4 5 级 基本组织中珠光 体含量应不少于9 5 珠光体片的间距 在放大5 0 0 倍 时观察应不大于l m m 碳化物数量不多于3 4 尺寸精度 我国机床铸造厂绝大部分皆采用了树脂砂造型 其铸件尺寸高精度可达C T 8 C T 1 0 任意6 0 0 mm内平 面度 1 5 ram 而实际情况是大部分机床铸造工厂是在 C T 9 CT 1 0 范围内 6 0 0 ram内平面度 2 mm 少部分 达 I C T 9 稳定达 IJ C T 8 的为极少数 国外机床铸件普 遍达 II C T 8 任意6 0 0 m m内平面度 l m m 目前国内上 柔性加工生产线的铸件皆要达 I C T 8 级 任意6 0 0 mm 内 平面度3 8 5 MP a 5 9 0 6 2 0 6 结语 在当前全球竞争 日 益激烈的环境下 只有不断提 高装备制造业的技术水平 加大科技投入 切实推动科 技 自 主创新 加强人才的培养 提高科技水平 增加产 品的技术含量和市场价值 才能使我国的铸造水平从铸 造大国向铸造强国迈进 MW 2 0 1 0 0 5 1 0 薄壁筒体加强工艺环设计应用 无心磨床磨鼓形面的方法 厚板生产线冷床辊道导向支撑台加工工艺 避免喇叭口的研孔方法 在车床上同时加工两平行孔 铸钢泵联轴器锥销孔加工 B N S 刀具高速切削铬硬铸铁 内孔油槽多用铰刀 剃前滚刀凸角顶圆弧的设计 麻花钻的拓宽使用 改善数控车削零件加工质量的方法 径向全接触定心夹具 囵 堕 笪 塑垫 丝 璺 堡 参 磊 工热 加 工 www