机床床身铸件浇注的准则

发布时间：2020-01-09

床身是机床主要部件，大型床身一般采用铸造方法生产。对于大型床身，根据功能需要，设计的床身壁厚悬殊较大，这将造成铸件在凝固过程中产生残余应力，影响床身尺寸精度和使用寿命。近年来，残余应力的引起业界的关注，特别是振动时效技术因其具有、节能等优点而被广泛应用。振动时效工艺参数的确定确切了解工件残余应力的分布和大小。
机床床身铸件的基本工艺条件：采用树脂砂型铸造方法。铸造工艺流程为浇注温度为1400℃，72h后落砂，自然冷却。
铸件凝固过程中系统的热物理参数、热边界条件以及系统内能都随时间而变化。
由于机床床身的尺寸较大，在初始浇注时模型的温度并不均匀。假设开始浇注短时间0.01s范围内稳态热分析的结果作为后续瞬态热分析的初始条件。铸件初始温度：1400℃，铸型初始温度：25℃。对铸造过程进行热分析的边界条件是铸型与空气之间的空气对流。由于砂型铸造，对流系数随温度变化不大，取为常数65W/m2.C。
在强通风对流条件下，床身温度变化非常快，较初1h温度下降高达180℃，4h后床身整体温度已降至50℃以下，且较低温度已接近室温。随后由于本身温度较低，温度变化相对缓慢，7h后较高温度降至28.5℃，整体温差只有3℃。同时可以看到铸件在落砂后，自然对流条件下较薄部位的筋板和横断隔板降温较快，较厚部位的无排屑孔导轨降温较慢。
床身中在整个铸造过程中应力一直较大位置节点(床头第 一排削孔横隔板与竖向筋板交接位置)的等效残余应力变化曲线。
床身铸件过程中较大等效残余应力与床身温度场变化关系显著。较大等效残余应力分布在筋板与无排屑孔的导轨面相交处以及在床头箱、床尾与导轨面相交有筋板处，在床头第 一排屑孔横隔板与竖向筋板交接位置达到较大。在床身较高温度处于400℃以上时，等效残余应力随床身较高温度降低而急剧增加。在临界温度以下随床身较高温度降低而缓慢降低。这一方面是由于铸铁弹塑性变形的临界温度为400℃，在400℃以上铸件因局部降温不均匀会产生塑性变形而形成残余应力累积，在400℃以下时床身整体降温减缓，引起塑性变形可能性较小，等效残余应力基本不会增加。另一方面，由于床身较高温度为400℃时正好是在浇注72h左右时间段，此时工艺要求落砂，落砂后床身受到约束减小，可以认为之后降温引起床身变形是在无约束条件下进行的，因此随着降温可以释放部分残余应力，所以床身较大等效残余应力逐渐缓慢减小，直至降温到室温时较大等效残余应力几乎不再变化。这种趋势容易看清楚。较大等效残余应力约为150MPa，位置处在床头第 一排屑孔横隔板与竖向筋板交接处，即此处易造成裂纹现象，这与实际生产相符。
铸造方法选择的原则：
1、优先采用砂型铸造，主要原因是砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短；当湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型；粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。
2、铸造方法应和生产批量相适应，低压铸造、压铸、离心铸造等铸造方法，因设备和模具的价格昂贵，所以只适合批量生产。
3、造型方法应适合工厂条件，例如同样是生产大型机床床身等铸件，一般采用组芯造型法，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模样；不同的企业生产条件（包括设备、场地、员工素质等）、生产习惯、所积累的经验各不一样，应该根据这些条件考虑适合做什么产品和不适合（或不能）做什么产品。
4、要兼顾铸件的精度要求和成本，机床铸件的质量主要包括外观质量、内在质量和使用质量。
机床铸件浇注的准则：
1、机床铸件清理。机床铸件清理实质就是对铸件的美 容，所谓清理就是使铸件表面质量得以提高。
对于小件，先用六角滚筒进行一次粗清理，再用抛丸清理转台对其二次精处理，然后用自带除尘设备的砂轮机精整，合格后刷防锈漆入库。对于中、大件先用震动落砂机去涂大块砂团，然后送入抛丸清理室抛丸清理，然后人工用手提砂轮机精整，合格刷防锈漆入库。
2、铸铁熔炼及浇注铁水质量对铸件表面质量影响，主要表现在两个方面：一是铁水中杂质的含量，特别是氧化铁含量，它易在铸件表面产生夹渣或渣气孔；二是铁水中气体含量，气体含量高易使铸件在表面或皮下产生气孔。我们采取的主要措施是提高铁水温度，建立完善的冲天炉检测系统，冲天炉处于正常状态。
3、“高温静置，低温浇注”是浇注的控制准则，以降低铸件的气孔、缩孔及表面粘砂缺陷。提高铸造技术水平，出口机床铸件表面质量
4、合理确定分型面尽量减少分型面，以减少因分型面所形成的飞边、表面凹凸等铸造表面缺陷；提高坭芯的整体性，减少坭芯之间的接合数目，减少坭芯之间或坭芯与型之间的配合间隙，以提高大型铸件的表面凹凸度及轮廓清晰度。
5、工艺参数的选择工艺参数对铸件尺寸精度以及轮廓清晰度有较大的影响。经过多次工艺试验，对每一工艺参数都认真选择。
6、广泛地应用的铸造工艺成果，提高铸造工艺水平，以减少铸造缺陷，特别是机床铸件表面缺陷。