機床鑄件的發(fā)展技術和發(fā)展概況

　　一、提高機床鑄件質(zhì)量的關鍵技術
 　　目前機床鑄件大部分仍為灰鑄鐵，國內(nèi)外實踐證明，高碳當量、高強度是灰鑄鐵的發(fā)展方向，它是灰鑄鐵在高強度下獲得低的鑄造應力，良好的加工性、鑄造性的重要途徑，是這三方面達到綜合平衡的重要措施。但是，在高碳當量下獲得高強度不是一個簡單的成分調(diào)整，而是要控制好熔煉與孕育環(huán)節(jié)，尤其是提高灰鑄鐵的冶金質(zhì)量，它是生產(chǎn)高碳當量、高強度鑄鐵的基礎。
 　　熔煉環(huán)節(jié)
 　?。?）碳當量的控制。國內(nèi)外機床鑄件碳當量對比，可以看出，國內(nèi)機床鑄件的碳當量比國外的低。
 　?。?）硅碳比的控制。國內(nèi)機床鑄件的硅碳比也比國外的低。建議   好將硅碳比控制在0.55~0.62。
 　?。?）合金化的控制。鐵液中加入合金元素能增加奧氏體枝晶數(shù)量，增加并細化珠光體，強化鐵素體，細化石墨，細化共晶團，改善截面敏感性。國外主要機床件加入合金已規(guī)范化，一般為w（Cu）0.4%~0.6%或w（Cr）0.2%~0.4%。國內(nèi)20世紀80年代曾頒布過機床合金鑄鐵規(guī)范，但執(zhí)行一段時間后，未再繼續(xù)。目前各廠機床鑄件合金化各異，未納入規(guī)范，生產(chǎn)中對加入合金元素的作用認識也不足。在高碳當量下   加入某些穩(wěn)定珠光體的合金元素以增加其強度與硬度，減少截面敏感性。低合金化是高碳當量，高強度灰鑄鐵不可缺少的措施。常加的合金元素有Cu、Cr、Sb、Sn，并常用Cu與Cr、Cu與Sb、Cu與Sn進行組合，加入合金元素的質(zhì)量分數(shù)推薦如下組合：0.4%~0.6%Cu與0.2%~0.4%Cr、0.4%~0.6%Cu與0.02%~0.04%Sb、0.4%~0.6%Cu與0.02%~0.04%Sn。
  　　二、我國機床鑄件的發(fā)展概況
（1）機床鑄件的材質(zhì)。20世紀80年代以前，我國機床鑄件幾乎都是灰鑄鐵，牌號為HT200、HT250，比國外低1-2個牌號。20世紀90年代后能生產(chǎn)HT300鑄件，21世紀初開始生產(chǎn)HT350鑄件。2009年對有   規(guī)模的11個機床鑄造廠數(shù)據(jù)結(jié)果表明，能生產(chǎn)HT300鑄件的占100%，能生產(chǎn)HT350鑄件的占55%。材質(zhì)是HT300的加工中心床身。近代高精度機床對機床鑄件的材質(zhì)剛度要求越來越高，我國近年來采用高強度、高彈性模量的球墨鑄鐵材質(zhì)來生產(chǎn)機床鑄件的也日益增多。生產(chǎn)大型機床也可采用高剛度的碳鋼材質(zhì)，具有無需用模樣、成本低、制造周期短、工序簡便等優(yōu)點。
 　?。?）機床鑄件結(jié)構(gòu)剛度的提高與薄壁化的趨勢。為了提高機床抗變形的能力，不僅要增加材質(zhì)的彈性模量，也在不斷提高鑄件的結(jié)構(gòu)剛度，在受力的機床鑄件上多采用雙層壁或多層壁的結(jié)構(gòu)。為了減輕機床重量，機床鑄件的薄壁化是必然趨勢。
 　?。?）重型、超重型機床的發(fā)展與機床鑄件的大型化。隨著船舶、航空、石油、礦山、化工、冶金的發(fā)展對重型機床需求日益增加。
 　　三、機床鑄件的相關現(xiàn)狀
 　　1、減振性。近50年來，機床的加工精度提高了100倍，發(fā)達   的機床已進入亞微米、納米級的水平，對機床鑄件的尺寸精度穩(wěn)定性及減振性有較高的要求。同等強度下，高碳當量的灰鑄鐵較低碳當量的減振性優(yōu)越，因為片狀石墨在應力下產(chǎn)生的微觀塑性變形與位錯加速了振動的衰減，較多的石墨有利于減振性的提高。
 　　2、加工性能。低碳當量高強度灰鑄鐵使機床鑄件加工性能惡化。在同強度下，具有較低的硬度是我們希望的，但在低碳當量高強度下是難以達到的。表5是硬度與切削性能的關系?；较虬l(fā)展，生產(chǎn)40~150t的重型鑄件日益增多。數(shù)據(jù)中有72%的企業(yè)認為現(xiàn)代機床對機床鑄件在大型化方面的要求提高了。因生產(chǎn)大斷面、大噸位鑄件導致強度低、硬度低、截面敏感性差、組織不均勻的問題時有發(fā)生，尤其是生產(chǎn)灰鑄鐵重型鑄件時，其碳當量的降低，致使縮松、內(nèi)應力增加，薄壁處滲碳體增多及裂紋等傾向   為突出。大型鑄件的試棒性能與本體性能相差甚遠，往往試棒合格，而本體鑄件石墨粗大，性能下降，導軌組織不均勻，導致淬火后硬度不均，并產(chǎn)生微裂紋。大型鑄件一般不會輕易報廢，故焊補、修補工作量加大，回用品增多，質(zhì)量下降。
 　　3、消除鑄造應力的時效處理。在數(shù)據(jù)的企業(yè)中，采用熱時效的企業(yè)占70%，振動時效的占20%，自然時效的占10%。在時效過程中，時效不到位，時效流于形式，甚至有增加新應力及熱時效后斷裂的現(xiàn)象。用熱時效消除鑄造應力的效果與升溫速度、保溫溫度、降溫速度關系密切，執(zhí)行不到位往往事倍功半。退火窯內(nèi)的溫度差應為±20℃，溫差過大導致鑄造應力增加，工件在退火窯中的擺放方式，放置位置也與消除應力關系密切，執(zhí)行不到位，效果相差甚遠[8]。
 　　4、球墨鑄鐵材質(zhì)。隨著大型數(shù)控機床的發(fā)展，球墨鑄鐵機床件的數(shù)量急劇增加。該材質(zhì)在增加機床鑄件強度、剛度的同時，減輕了機床重量，但因球墨鑄鐵材質(zhì)制造的特殊性，也帶來了縮松，夾渣，球化不良等一系列問題。機床球墨鑄鐵件往往是大件，同樣存在大斷面球鐵易產(chǎn)生的種種問題。目前生產(chǎn)40~150t的球墨鑄鐵機床件日益增多，目前國內(nèi)生產(chǎn)的大噸位，大斷面球墨鑄鐵件有很多是用在機床上的。大斷面球墨鑄鐵件產(chǎn)生的球化衰退、組織異常、石墨球數(shù)減少、形狀畸變及球化衰退等問題時有發(fā)生。
 　　5、彈性模量。國內(nèi)企業(yè)未列入內(nèi)控指標。彈性模量是機床鑄件材質(zhì)的重要性能指標，但在   近的數(shù)據(jù)中，未見國內(nèi)企業(yè)進行測試。