高精度的數(shù)控機床是現(xiàn)代機床的重要標志，其高精度指零部件的加工精度及其穩(wěn)定性高，這要求機床鑄件有較低的鑄造應(yīng)力和良好的尺寸精度穩(wěn)定性。但
床身鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般導(dǎo)軌較長，壁厚差較大，在凝固、冷卻過程中由于溫度場不均勻，容易產(chǎn)生熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、組織應(yīng)力等而導(dǎo)致變形，嚴重影響其尺寸精度及保持性。然而，近年來關(guān)于機床鑄件的殘余應(yīng)力及尺寸穩(wěn)定性的研究報道很少，因鑄件的殘余應(yīng)力引起的變形甚至開裂成為鑄造行業(yè)的共性技術(shù)問題之一。
床身鑄件采用水平阻流設(shè)計，橫澆道內(nèi)流體速度較大，末端延長段斜度較小，不能壓實流體，液體容易卷氣，導(dǎo)致氣體進入導(dǎo)管和型腔，且水平阻流導(dǎo)致紊流傾向增加，充型不平穩(wěn)，排渣效果差，鑄件容易形成氣孔和夾渣，造成應(yīng)力不平衡，在后續(xù)的加工中容易引起變形。
床身導(dǎo)軌的溫度場比其他部位大，且距離澆道越遠、壁厚越大處溫度越高，越容易產(chǎn)生熱應(yīng)力；鑄件底部方孔附近和扁冒口位置溫度場都比較低，凝固速度較快，冒口基本不能起到補縮作用，只是起到排氣作用；鑄件上箱鐵液凝固較快，原因是方口位置和芯子接觸，熱傳導(dǎo)系數(shù)大，冷卻較快；而下箱床身導(dǎo)軌凝固較慢，且由于存在較大的壁厚差，溫度分布不均勻，凝固時間相差較大，容易產(chǎn)生相變應(yīng)力和組織應(yīng)力。
在澆道上出現(xiàn)縮松缺陷，但不影響鑄件的質(zhì)量；床身的橫導(dǎo)軌、豎導(dǎo)軌、節(jié)點等溫差較大之處也出現(xiàn)縮松，容易引起收縮應(yīng)力，可通過放置冷鐵使鑄件實現(xiàn)順序凝固或利用內(nèi)澆道的補縮作用加以減小、消除。床身的橫導(dǎo)軌有明顯的彎曲變形，導(dǎo)軌根部受到的拉應(yīng)力比較大，約160~180MPa，應(yīng)力集中也比較大，需要后續(xù)的組合時效處理來消除；導(dǎo)軌面上受壓應(yīng)力，約-70~180MPa；豎導(dǎo)軌較短，應(yīng)力相對較小，拉應(yīng)力約14~26MPa，壓應(yīng)力約-27~52MPa，因此變形也較小。
受床身鑄件結(jié)構(gòu)的影響，所測位置的殘余應(yīng)力多為壓應(yīng)力，測量值基本都在數(shù)值模擬所預(yù)測的范圍之內(nèi)；床身鑄件在200℃和500℃下打箱后的較大殘余應(yīng)力分別為-95.7MPa和-172.9MPa，后者明顯比前者大，較低的打箱溫度有利于減小鑄件的殘余應(yīng)力；球鐵滑枕鑄件粗加工前的較大殘余應(yīng)力為-65.5MPa(比灰鑄鐵床身鑄件小)，由于機械加工容易產(chǎn)生機械應(yīng)力，粗加工后的較大殘余應(yīng)力為-156.5MPa，明顯增大。
超長床身的鑄造一般采用地坑造型，其工藝設(shè)計及過程控制需要注意以下幾個方面：
1)收縮率的控制
床身的收縮率一般長度方向取1.0%，寬度方向取0.8，高度方向取0.5%，考慮到脹箱等因素，寬度方向可以不留縮尺，甚至可以考慮將模樣尺寸人為減小，以保證鑄件的凈尺寸在出件后符合要求。
2)留反變形量
根據(jù)鑄件導(dǎo)軌的長度不等，導(dǎo)軌面上需要留凸起的反變形量5~25mm。當(dāng)床身長度小于五米時，每一米鑄件留1~2mm反變形量，當(dāng)床身長度大于五米時，每一米鑄件留反變形量1.5~2.5mm。有些床身的結(jié)構(gòu)由于很不均勻，可能還會出現(xiàn)側(cè)方向的彎曲，因此也需要在導(dǎo)軌側(cè)面甚至整個床身側(cè)面上都要留反變形量。
3)加工余量的預(yù)留
為了保證超長床身余量足夠，一般在反變形量的基礎(chǔ)上還需要再留一定的加工余量，加工余量不宜太大，不然加工完后導(dǎo)軌面會出現(xiàn)硬度不夠的狀況，一般留10一20mm。
4)澆注系統(tǒng)的設(shè)計
床身的澆注方式都是把導(dǎo)軌放在下面，鐵水從床身兩端由導(dǎo)軌長度方向進入，長度特別長的床身導(dǎo)軌可以采用底返雨淋澆注系統(tǒng)，采用這種方式可以保證鐵水的流程不會太長，能有效防止出現(xiàn)砂眼、疏松、氣孔、裂紋等鑄造缺陷，保證床身的導(dǎo)軌上不存在影響床身使用性能的氣孔、砂眼等鑄造缺陷。
5)冒口的設(shè)計
床身的冒口形式以采用耳冒口居多，在厚大的部位要用冷鐵進行包敷，為防止形成接觸熱節(jié)，冒口的放置位置還應(yīng)避開厚大的部位。
6)模板的設(shè)計
長度較長床身的模板可做成2至3段，每段之間采用用燕尾銷來連接。如果不用外模純粹用砂芯組合起來的話，需要人為的將形成外型的砂芯分成幾段，以便于制芯、下芯操作的方便。
超長床身的鑄造要充分考慮零件的結(jié)構(gòu)特點，合理的選取各種工藝參數(shù)，正確調(diào)整鐵水的配方并保證鐵水的溫度，這樣就可以將床身成功的鑄造出來。
4結(jié)論
(1)水平阻流設(shè)計充型不平穩(wěn)、有紊流傾向、容易卷氣、不利于排渣，可采用去除阻流片設(shè)計優(yōu)化澆注系統(tǒng)。
(2)床身鑄件溫度場分布不均勻，上箱凝固比下箱快，床身導(dǎo)軌及節(jié)點處容易產(chǎn)生熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、組織應(yīng)力，鑄件上出現(xiàn)縮松缺陷也易引起收縮應(yīng)力。
(3)床身橫導(dǎo)軌有較大的殘余應(yīng)力：拉應(yīng)力160~180MPa，壓應(yīng)力-70~-180MPa；豎導(dǎo)軌的殘余應(yīng)力相對較?。豪瓚?yīng)力14~26MPa，壓應(yīng)力-27~-52MPa；床身在長度方向變形量較大，在寬度和高度方向的變形量較小，沒有發(fā)生撓曲變形。
(4)盲孔法測量的殘余應(yīng)力結(jié)果與數(shù)值模擬基本相符，灰鑄鐵件的殘余應(yīng)力比球墨鑄鐵件大，較低的打箱溫度有利于減小殘余應(yīng)力，而粗加工容易增大殘余應(yīng)力。
