機床床身鑄件澆注的準則

發布時間：2020-01-09

床身是機床主要部件，大型床身一般采用鑄造方法生產。對于大型床身，根據功能需要，設計的床身壁厚懸殊較大，這將造成鑄件在凝固過程中產生殘余應力，影響床身尺寸精度和使用壽命。近年來，殘余應力的引起業界的關注，特別是振動時效技術因其具有、節能等優點而被廣泛應用。振動時效工藝參數的確定確切了解工件殘余應力的分布和大小。
機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的熱物理參數、熱邊界條件以及系統內能都隨時間而變化。
由于機床床身的尺寸較大，在初始澆注時模型的溫度并不均勻。假設開始澆注短時間0.01s范圍內穩態熱分析的結果作為后續瞬態熱分析的初始條件。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，對流系數隨溫度變化不大，取為常數65W/m2.C。
在強通風對流條件下，床身溫度變化非常快，較初1h溫度下降高達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軌降溫較慢。
床身中在整個鑄造過程中應力一直較大位置節點(床頭第 一排削孔橫隔板與豎向筋板交接位置)的等效殘余應力變化曲線。
床身鑄件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，在床頭第 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。這種趨勢容易看清楚。較大等效殘余應力約為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象，這與實際生產相符。
鑄造方法選擇的原則：
1、優先采用砂型鑄造，主要原因是砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產工藝簡單、生產周期短；當濕型不能滿足要求時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，而粘土干型生產的鑄件可重達幾十噸。
2、鑄造方法應和生產批量相適應，低壓鑄造、壓鑄、離心鑄造等鑄造方法，因設備和模具的價格昂貴，所以只適合批量生產。
3、造型方法應適合工廠條件，例如同樣是生產大型機床床身等鑄件，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；不同的企業生產條件（包括設備、場地、員工素質等）、生產習慣、所積累的經驗各不一樣，應該根據這些條件考慮適合做什么產品和不適合（或不能）做什么產品。
4、要兼顧鑄件的精度要求和成本，機床鑄件的質量主要包括外觀質量、內在質量和使用質量。
機床鑄件澆注的準則：
1、機床鑄件清理。機床鑄件清理實質就是對鑄件的美 容，所謂清理就是使鑄件表面質量得以提高。
對于小件，先用六角滾筒進行一次粗清理，再用拋丸清理轉臺對其二次精處理，然后用自帶除塵設備的砂輪機精整，合格后刷防銹漆入庫。對于中、大件先用震動落砂機去涂大塊砂團，然后送入拋丸清理室拋丸清理，然后人工用手提砂輪機精整，合格刷防銹漆入庫。
2、鑄鐵熔煉及澆注鐵水質量對鑄件表面質量影響，主要表現在兩個方面：一是鐵水中雜質的含量，特別是氧化鐵含量，它易在鑄件表面產生夾渣或渣氣孔；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，沖天爐處于正常狀態。
3、“高溫靜置，低溫澆注”是澆注的控制準則，以降低鑄件的氣孔、縮孔及表面粘砂缺陷。提高鑄造技術水平，出口機床鑄件表面質量
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、工藝參數的選擇工藝參數對鑄件尺寸精度以及輪廓清晰度有較大的影響。經過多次工藝試驗，對每一工藝參數都認真選擇。
6、廣泛地應用的鑄造工藝成果，提高鑄造工藝水平，以減少鑄造缺陷，特別是機床鑄件表面缺陷。