機(jī)床床身鑄件澆注的準(zhǔn)則

發(fā)布時(shí)間：2020-01-09

床身是機(jī)床主要部件，大型床身一般采用鑄造方法生產(chǎn)。對于大型床身，根據(jù)功能需要，設(shè)計(jì)的床身壁厚懸殊較大，這將造成鑄件在凝固過程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，影響床身尺寸精度和使用壽命。近年來，殘余應(yīng)力的引起業(yè)界的關(guān)注，特別是振動(dòng)時(shí)效技術(shù)因其具有、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)的確定確切了解工件殘余應(yīng)力的分布和大小。
機(jī)床床身鑄件的基本工藝條件：采用樹脂砂型鑄造方法。鑄造工藝流程為澆注溫度為1400℃，72h后落砂，自然冷卻。
鑄件凝固過程中系統(tǒng)的熱物理參數(shù)、熱邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能都隨時(shí)間而變化。
由于機(jī)床床身的尺寸較大，在初始澆注時(shí)模型的溫度并不均勻。假設(shè)開始澆注短時(shí)間0.01s范圍內(nèi)穩(wěn)態(tài)熱分析的結(jié)果作為后續(xù)瞬態(tài)熱分析的初始條件。鑄件初始溫度：1400℃，鑄型初始溫度：25℃。對鑄造過程進(jìn)行熱分析的邊界條件是鑄型與空氣之間的空氣對流。由于砂型鑄造，對流系數(shù)隨溫度變化不大，取為常數(shù)65W/m2.C。
在強(qiáng)通風(fēng)對流條件下，床身溫度變化非?？?，較初1h溫度下降高達(dá)180℃，4h后床身整體溫度已降至50℃以下，且較低溫度已接近室溫。隨后由于本身溫度較低，溫度變化相對緩慢，7h后較高溫度降至28.5℃，整體溫差只有3℃。同時(shí)可以看到鑄件在落砂后，自然對流條件下較薄部位的筋板和橫斷隔板降溫較快，較厚部位的無排屑孔導(dǎo)軌降溫較慢。
床身中在整個(gè)鑄造過程中應(yīng)力一直較大位置節(jié)點(diǎn)(床頭第 一排削孔橫隔板與豎向筋板交接位置)的等效殘余應(yīng)力變化曲線。
床身鑄件過程中較大等效殘余應(yīng)力與床身溫度場變化關(guān)系顯著。較大等效殘余應(yīng)力分布在筋板與無排屑孔的導(dǎo)軌面相交處以及在床頭箱、床尾與導(dǎo)軌面相交有筋板處，在床頭第 一排屑孔橫隔板與豎向筋板交接位置達(dá)到較大。在床身較高溫度處于400℃以上時(shí)，等效殘余應(yīng)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(chǎn)生塑性變形而形成殘余應(yīng)力累積，在400℃以下時(shí)床身整體降溫減緩，引起塑性變形可能性較小，等效殘余應(yīng)力基本不會增加。另一方面，由于床身較高溫度為400℃時(shí)正好是在澆注72h左右時(shí)間段，此時(shí)工藝要求落砂，落砂后床身受到約束減小，可以認(rèn)為之后降溫引起床身變形是在無約束條件下進(jìn)行的，因此隨著降溫可以釋放部分殘余應(yīng)力，所以床身較大等效殘余應(yīng)力逐漸緩慢減小，直至降溫到室溫時(shí)較大等效殘余應(yīng)力幾乎不再變化。這種趨勢容易看清楚。較大等效殘余應(yīng)力約為150MPa，位置處在床頭第 一排屑孔橫隔板與豎向筋板交接處，即此處易造成裂紋現(xiàn)象，這與實(shí)際生產(chǎn)相符。
鑄造方法選擇的原則：
1、優(yōu)先采用砂型鑄造，主要原因是砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短；當(dāng)濕型不能滿足要求時(shí)再考慮使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型；粘土濕型砂鑄造的鑄件重量可從幾公斤直到幾十公斤，而粘土干型生產(chǎn)的鑄件可重達(dá)幾十噸。
2、鑄造方法應(yīng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng)，低壓鑄造、壓鑄、離心鑄造等鑄造方法，因設(shè)備和模具的價(jià)格昂貴，所以只適合批量生產(chǎn)。
3、造型方法應(yīng)適合工廠條件，例如同樣是生產(chǎn)大型機(jī)床床身等鑄件，一般采用組芯造型法，不制作模樣和砂箱，在地坑中組芯；而另外的工廠則采用砂箱造型法，制作模樣；不同的企業(yè)生產(chǎn)條件（包括設(shè)備、場地、員工素質(zhì)等）、生產(chǎn)習(xí)慣、所積累的經(jīng)驗(yàn)各不一樣，應(yīng)該根據(jù)這些條件考慮適合做什么產(chǎn)品和不適合（或不能）做什么產(chǎn)品。
4、要兼顧鑄件的精度要求和成本，機(jī)床鑄件的質(zhì)量主要包括外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量和使用質(zhì)量。
機(jī)床鑄件澆注的準(zhǔn)則：
1、機(jī)床鑄件清理。機(jī)床鑄件清理實(shí)質(zhì)就是對鑄件的美 容，所謂清理就是使鑄件表面質(zhì)量得以提高。
對于小件，先用六角滾筒進(jìn)行一次粗清理，再用拋丸清理轉(zhuǎn)臺對其二次精處理，然后用自帶除塵設(shè)備的砂輪機(jī)精整，合格后刷防銹漆入庫。對于中、大件先用震動(dòng)落砂機(jī)去涂大塊砂團(tuán)，然后送入拋丸清理室拋丸清理，然后人工用手提砂輪機(jī)精整，合格刷防銹漆入庫。
2、鑄鐵熔煉及澆注鐵水質(zhì)量對鑄件表面質(zhì)量影響，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是鐵水中雜質(zhì)的含量，特別是氧化鐵含量，它易在鑄件表面產(chǎn)生夾渣或渣氣孔；二是鐵水中氣體含量，氣體含量高易使鑄件在表面或皮下產(chǎn)生氣孔。我們采取的主要措施是提高鐵水溫度，建立完善的沖天爐檢測系統(tǒng)，沖天爐處于正常狀態(tài)。
3、“高溫靜置，低溫澆注”是澆注的控制準(zhǔn)則，以降低鑄件的氣孔、縮孔及表面粘砂缺陷。提高鑄造技術(shù)水平，出口機(jī)床鑄件表面質(zhì)量
4、合理確定分型面盡量減少分型面，以減少因分型面所形成的飛邊、表面凹凸等鑄造表面缺陷；提高坭芯的整體性，減少坭芯之間的接合數(shù)目，減少坭芯之間或坭芯與型之間的配合間隙，以提高大型鑄件的表面凹凸度及輪廓清晰度。
5、工藝參數(shù)的選擇工藝參數(shù)對鑄件尺寸精度以及輪廓清晰度有較大的影響。經(jīng)過多次工藝試驗(yàn)，對每一工藝參數(shù)都認(rèn)真選擇。
6、廣泛地應(yīng)用的鑄造工藝成果，提高鑄造工藝水平，以減少鑄造缺陷，特別是機(jī)床鑄件表面缺陷。