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  • 機床床身的精度及保持性的要求

    時間:2019-08-16 15:17 作者:東建鑄造 點擊:
    隨著機械零部件加工精度的要求不斷提高,對機床床身的精度及其保持性的要求也隨之提高。但床身鑄件一般較長,壁厚相差較大,在凝固、冷卻過程中容易產生鑄造應力和鑄件變形,嚴重影響其尺寸精度及其保持性。
    鑄造應力和鑄件的變形對鑄件質量有很大影響。鑄造應力是鑄件在生產、存放、加工以及使用過程中產生變形和裂紋的主要原因,還會降低鑄件的使用性能。有殘余應力的鑄件放置時間過長或經機械加工后會變形,使鑄件失去精度,尤其對尺寸精度要求高的鑄件影響更大。因此,在鑄件生產過程中應該盡量降低鑄造應力,減少變形。
    熱時效前后殘余應力對比情況可見,熱時效可大幅度降低鑄件的殘余應力,但如果升溫、保溫和降溫過程中工藝參數選擇不當,不但應力得不到消除,反而會增大鑄件的應力。對于壁厚差別很大、開裂傾向嚴重的鑄件,升溫速度減緩至30~50℃為宜。因為鑄件應力的產生是從350℃以上的彈塑性溫度內開始的,時效后的降溫要防止在這個溫度區造成不均勻的塑性變形,在350℃以上,退火鑄件的降溫速度一般在30℃/h;在350℃以下,降溫速度雖對殘余應力無明顯影響,但緩慢的降溫速度(10 ℃/h)可以起到強化基體的作用,200℃以下方可加快冷卻速度。
    床身鑄造過程中較大等效殘余應力與床身溫度場變化關系顯著,較大等效殘余應力分布在筋板與無排屑孔的導軌面相交處以及在床頭箱、床尾與導軌面相交有筋板處,在床頭一排屑孔橫隔板與豎向筋板交接位置達到較大。在床身較高溫度處于400℃以上時,等效殘余應力隨床身較高溫度降低而急劇增加.在臨界溫度以下隨床身較高溫度降低而緩慢降低。這一方面是由于鑄鐵彈塑性變形的臨界溫度為400℃,在400℃以上鑄件因局部降溫不均勻會產生塑性變形而形成殘余應力累積,在400℃以下時床身整體降溫減緩,引起塑性變形可能性較小,等效殘余應力基本不會增加。另一方面,由于床身較高溫度為400℃時正好是在澆注72h左右時間段,此時工藝要求落砂,落砂后床身受到約束減小,可以認為之后降溫引起床身變形是在無約束條件下進行的,因此隨著降溫可以釋放部分殘余應力,所以床身較大等效殘余應力逐漸緩慢減小,直至降溫到室溫時較大等效殘余應力幾乎不再變化。這種趨勢。較大等效殘余應力約為150MPa,位置處在床頭一排屑孔橫隔板與豎向筋板交接處,即此處易造成裂紋現象,這與實際生產相符。
    同時給出鑄件處于30℃以下時的沿床身長度方向的變形和高度方向的變形,沿高度方向較大變形為約9mm,兩端上翹。沿長度方向收縮約30mm。這與實際生產基本相符,高度方向翹起約15mm,收縮量約45mm,但模擬結果偏小,這主要是由于模擬中很難實現床身完全處于自由伸縮狀態,從而變形較小。
    機床鑄件澆注要求澆注系統能平穩快澆,能擋渣,不產生渦流、飛濺和沖刷砂型等,有利于形成順序凝固;但薄壁鑄件,則要求內澆道開在薄壁處,以利于形成同時凝固。
    澆注系統多為底注或垂直縫隙式;對于復雜的大型床身鑄件,多采用底注和頂注聯合;不高于100mm的一半皮帶輪鑄件等,可采用頂式。為了擋渣,常采用帶過濾網(過濾網放在緩沖槽與橫澆道的搭接處)緩流式澆注系統。
    直澆道可分為三種;圓錐形、片狀和蛇狀。
    1圓錐形; 澆道太粗時,容易產生渦流,從而易使鑄件形成氧化夾雜和氣孔。適用于中小型機床鑄件。澆道直徑好不要超過50mm,若必須采用較大的直澆道截面積時,應改為數個較小的直澆道或采用其它形式(如片狀排列式)直澆道。
    2片狀; 金屬液流動平穩,不易產生渦流,有利于防止鑄件形成氧化夾雜和氣孔。常用于大,中型鑄件。片狀澆道冷卻快,故選取斷面時,應比園斷面大。
    3蛇形; 澆道阻力由澆道曲折控制。金屬液平穩無沖擊力和渦流產生,需要做專用的澆道芯盒。多采用大、中型鑄件。
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