高磷当量,高强度,低应力-在床身铸件生产中的技术要点
2017年12月13日
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众所周知，我国机床行业在近十几年来已有举足轻重的发展，生产机床与工具的企业有4000余家。各类型的切削加工机床产量已超过100万台，床铸铸件/机床铸件达350万t，居世界一位。其差距是的数控机床挡不住进口，以美国、日本为首的工业发达 对我国中、的数控机床的进行封锁。“2007年6月，美国开始实施的《对华 产品出口管制条例》中，增加了高度转台、五轴jingmi加工、高仿真系统等军工及高技术产业专用装备的出口限制。日本经济产业省（原通产省）限制向中国出口高度、复合加工 、五轴联动以上的高性能数控机床和五轴联动数控系统等 产品。 ”
占机床重量80以上且对机床性能有重要影响的床身铸件，与冷加工的研究相比，有较大差距。去年， 下达了“jingmi数控机床床身铸件尺寸度稳定性的课题”，以提高数控机床铸件的质量。
值得提出来的是，目前在金属切削机床灰铸铁件技术条件中规定，以机械性能为验收的依据，化学成分不作为验收依据。如用户需要可在合同中另订。长期以来，这项规定在我国不少床身铸件/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，则是易实现的。
长期以来由于我国床身铸件/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是很大的。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，导致尺寸度稳定性差，开裂倾向zengda；
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力具寿命的下降；
减震性差，导致加工度与度稳定性的降低；
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，此长彼消，质量难以稳定。在2014年中对国内具有代表性的机床生产企业调查表明，用户反馈意见中占一位是质量不稳定。
一、数控机床的发展与机床铸件质量的提高；
近50年来，机床的度已提高了100倍，已进入亚微米级及nami级超加工时代。高度与度的保持性是数控机床质量的首要指标。
1、机床度与床身铸件的刚性及减震性；
度是指被加工零件能达到的加工度。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。这些高度、高速切削、切削的数控机床对床身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、 种性能的合金材料。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、切削下仍能保持高度。从使用角度上看，床身铸件/机床铸件的刚性比强度 为重要：实践与计算表明，即使大的切削力，机床铸件的强度仍有较大的系数，但却会出现由于刚性差、抗变形的能力及减震性差而失去加工度。因此数控jingmi机床在高速切削、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。提高床身铸件/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 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，因此现代的数控机床铸件皆采用了高强度灰铸铁HT300、HT350及高强度、高刚度球墨铸铁材质。
保持加工时高度的另一因素是床身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低碳当量者。
长期以来，机床件的高刚度、高强度与要求优良的减震性的要求难以统一。前者为低碳当量，后者为高碳当量，因此jingmi机床的度要求其机床件，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 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，才能满足高刚度、高减振性的要求。
2、机床度保持性与床身铸件/机床铸件的残余应力：
机床度保持性是数控机床的重要的质量指标，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主要原因之一。
铸件中的残余应力对铸件的尺寸度稳定性的影响是很大的。在高度的机床在加工中，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。为未时效的机床铸件，残余应力较大，铸件变形大。为热时效后的机床铸件，残余应力较小，铸件变形较小。
3、床身铸件的高强度与加工性能
高度的床身铸件，大部分都是用数控加工机床进行加工的。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，每台数控皆有几百把刀具，换刀速度从十几秒到十秒、三秒，甚至达一秒。因此要求床身铸件/机床铸件有优良的切削性能，而现在的问题是低碳当量，不仅带来了铸铁的高强度，还带来了高硬度，导致了加工性能的恶化。
4、床身铸件的碳当量与铸件薄壁化及缩松缺陷；
在达到HT300力学性能下，其所含的碳当量不同，其铸造性能中的铁液流动性与铸铁的收缩相差甚大。灰铸铁碳当量与流动及残余应力。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,残余应力越大。
要床身铸件/机床铸件薄壁化，减少缩松，缩孔缺陷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、高强度灰铸件已是实现薄壁化的严重障碍及造成缩松的重要原因。
综合上述充分表明高碳当量、高强度、高刚度、低应力是数控机床铸件的核心要求。
