高碳当量高强度高刚度低应力是高端数控精密机床铸件的发展方向目前我国机床铸件质量的现状与发展方向.docxVIP

高碳当量、高强度、高刚度、低应力 是高端数控精密机床铸件的发展方向——目前我国机床铸件质量的现状与发展方向马敬仲1(原北京机床一厂，北京)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，机床铸件达350万t，居世界第一位。其差距是高端的数控 机床挡不住进口，以美国、日本为首的工业发达国家对我国中、高端的数控机床的进口进行封锁。 “2007年6月，美国开始实施的《对华高科技产品出口管制条例》中，增加了高精度转台、五轴精密加 工中心、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”国出口高精度、复合加工、五轴联动以上的高性能数控机床和五轴联动高档数控系统等产品。为了生产出高端的数控机床的精度与精度保持性，机床行业在北京建立了超精密机床工程技术研究 中心。在成都成立了精密工具工程技术研究中心。在湖南建立了超硬材料及制品工程技术研究中心。在 沈阳建立了高档数控工程研究中心。并进行了多科目的科学研究与攻关。如“纳米级加工技术及设 备”，“机床工艺造型设计技术”， “虚拟轴机床技术”，“磁悬浮轴承高速主轴单元”等。但占机床 重量80％以上且对机床性能有重要影响的机床铸件，与冷加工的研究相比，有较大差距。去年，国家下达 了“精密数控机床铸件尺寸精度稳定性的课题”，以提高数控机床铸件的质量。在金属切削机床灰铸铁件技术条件中规定，以力学性能为验收的依据，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，则是最 易实现的。长期以来由于我国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很 大，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，导致尺寸精度稳定性差，开裂倾向增大； 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，导致加工精度与精度稳定性的降低；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年中对国内有代表性的机床生产企业调查表明，用户反馈意见中占第一位是质量不稳定。1提高高端数控精密机床铸件质量的核心是高碳当量、高强度、高刚度与低应力近50年来，机床的精度已提高了100倍，已进入亚微米级及纳米级超精加工时代。高精度与精度的保持性是数控机床质量的首要指标。 1．1．机床精度与机床铸件的刚性及减震性精度是指被加工零件能达到的加工精度。因为目前高档数控机床已进入航空航天、兵器、核工业、1基金项目：国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项资助项目(2012Z 作者简介：马敬仲，原北京机床一厂总锻验师，为本项目顾问。53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。这些高精度、高速切削、强力切削的数控机床对机床铸件的刚度与减震性提出了更高的要求：航天 航空、核工业、兵器、发电设备所需各种特殊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、强力切削下仍能保持高精度。从使用角度上看，机床铸 件的刚性比强度更为重要：实践与计算表明，即使最大的切削力，机床铸件的强度仍有较大的安全系 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精度。因此高端数控精密机床在高速 切削、强力切削下，机床铸件必须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，这就是机床件向双层壁、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，见表1。因此现代的高端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。表1铸铁的强度与弹性模量类别灰铸铁球墨铸铁 抗拉强度155185215265310355400400—650(MPa)弹性模量103，5111．7120．0129．7137．9141．4144．8160—180(GPa)保持加工时的高精度的另一因素是机床铸件必须具 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。由图1．可知，高碳当量、低强度灰铸铁吸震率高，其 次是低碳当量、高强度灰铸铁、球墨铸铁次于灰铸铁，碳 钢最低，这也