机床铸件的发展技术和发展概况

　　一、提高机床铸件质量的关键技术
 　　目前机床铸件大部分仍为灰铸铁，国内外实践证明，高碳当量、高强度是灰铸铁的发展方向，它是灰铸铁在高强度下获得低的铸造应力，良好的加工性、铸造性的重要途径，是这三方面达到综合平衡的重要措施。但是，在高碳当量下获得高强度不是一个简单的成分调整，而是要控制好熔炼与孕育环节，尤其是提高灰铸铁的冶金质量，它是生产高碳当量、高强度铸铁的基础。
 　　熔炼环节
 　　（1）碳当量的控制。国内外机床铸件碳当量对比，可以看出，国内机床铸件的碳当量比国外的低。
 　　（2）硅碳比的控制。国内机床铸件的硅碳比也比国外的低。建议   好将硅碳比控制在0.55~0.62。
 　　（3）合金化的控制。铁液中加入合金元素能增加奥氏体枝晶数量，增加并细化珠光体，强化铁素体，细化石墨，细化共晶团，改善截面敏感性。国外主要机床件加入合金已规范化，一般为w（Cu）0.4%~0.6%或w（Cr）0.2%~0.4%。国内20世纪80年代曾颁布过机床合金铸铁规范，但执行一段时间后，未再继续。目前各厂机床铸件合金化各异，未纳入规范，生产中对加入合金元素的作用认识也不足。在高碳当量下   加入某些稳定珠光体的合金元素以增加其强度与硬度，减少截面敏感性。低合金化是高碳当量，高强度灰铸铁不可缺少的措施。常加的合金元素有Cu、Cr、Sb、Sn，并常用Cu与Cr、Cu与Sb、Cu与Sn进行组合，加入合金元素的质量分数推荐如下组合：0.4%~0.6%Cu与0.2%~0.4%Cr、0.4%~0.6%Cu与0.02%~0.04%Sb、0.4%~0.6%Cu与0.02%~0.04%Sn。
  　　二、我国机床铸件的发展概况
（1）机床铸件的材质。20世纪80年代以前，我国机床铸件几乎都是灰铸铁，牌号为HT200、HT250，比国外低1-2个牌号。20世纪90年代后能生产HT300铸件，21世纪初开始生产HT350铸件。2009年对有   规模的11个机床铸造厂数据结果表明，能生产HT300铸件的占100%，能生产HT350铸件的占55%。材质是HT300的加工中心床身。近代高精度机床对机床铸件的材质刚度要求越来越高，我国近年来采用高强度、高弹性模量的球墨铸铁材质来生产机床铸件的也日益增多。生产大型机床也可采用高刚度的碳钢材质，具有无需用模样、成本低、制造周期短、工序简便等优点。
 　　（2）机床铸件结构刚度的提高与薄壁化的趋势。为了提高机床抗变形的能力，不仅要增加材质的弹性模量，也在不断提高铸件的结构刚度，在受力的机床铸件上多采用双层壁或多层壁的结构。为了减轻机床重量，机床铸件的薄壁化是必然趋势。
 　　（3）重型、超重型机床的发展与机床铸件的大型化。随着船舶、航空、石油、矿山、化工、冶金的发展对重型机床需求日益增加。
 　　三、机床铸件的相关现状
 　　1、减振性。近50年来，机床的加工精度提高了100倍，发达   的机床已进入亚微米、纳米级的水平，对机床铸件的尺寸精度稳定性及减振性有较高的要求。同等强度下，高碳当量的灰铸铁较低碳当量的减振性优越，因为片状石墨在应力下产生的微观塑性变形与位错加速了振动的衰减，较多的石墨有利于减振性的提高。
 　　2、加工性能。低碳当量高强度灰铸铁使机床铸件加工性能恶化。在同强度下，具有较低的硬度是我们希望的，但在低碳当量高强度下是难以达到的。表5是硬度与切削性能的关系。化方向发展，生产40~150t的重型铸件日益增多。数据中有72%的企业认为现代机床对机床铸件在大型化方面的要求提高了。因生产大断面、大吨位铸件导致强度低、硬度低、截面敏感性差、组织不均匀的问题时有发生，尤其是生产灰铸铁重型铸件时，其碳当量的降低，致使缩松、内应力增加，薄壁处渗碳体增多及裂纹等倾向   为突出。大型铸件的试棒性能与本体性能相差甚远，往往试棒合格，而本体铸件石墨粗大，性能下降，导轨组织不均匀，导致淬火后硬度不均，并产生微裂纹。大型铸件一般不会轻易报废，故焊补、修补工作量加大，回用品增多，质量下降。
 　　3、消除铸造应力的时效处理。在数据的企业中，采用热时效的企业占70%，振动时效的占20%，自然时效的占10%。在时效过程中，时效不到位，时效流于形式，甚至有增加新应力及热时效后断裂的现象。用热时效消除铸造应力的效果与升温速度、保温温度、降温速度关系密切，执行不到位往往事倍功半。退火窑内的温度差应为±20℃，温差过大导致铸造应力增加，工件在退火窑中的摆放方式，放置位置也与消除应力关系密切，执行不到位，效果相差甚远[8]。
 　　4、球墨铸铁材质。随着大型数控机床的发展，球墨铸铁机床件的数量急剧增加。该材质在增加机床铸件强度、刚度的同时，减轻了机床重量，但因球墨铸铁材质制造的特殊性，也带来了缩松，夹渣，球化不良等一系列问题。机床球墨铸铁件往往是大件，同样存在大断面球铁易产生的种种问题。目前生产40~150t的球墨铸铁机床件日益增多，目前国内生产的大吨位，大断面球墨铸铁件有很多是用在机床上的。大断面球墨铸铁件产生的球化衰退、组织异常、石墨球数减少、形状畸变及球化衰退等问题时有发生。
 　　5、弹性模量。国内企业未列入内控指标。弹性模量是机床铸件材质的重要性能指标，但在   近的数据中，未见国内企业进行测试。