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新型礦物鑄件材料讓礦物鑄造技術應用前景更開闊

      礦物鑄造, 又成為高強度環氧混凝土,是一種新型的復合高分子非金屬復合材料。是由無機礦物材料、骨料和高性能環氧樹脂粘結劑經過常溫攪拌、澆注、夯實、固化等工藝制作而成。由礦物鑄造技術制作而成的機械零部件,如機床床身、底座、龍門、橫梁、外殼等統稱礦物鑄件。礦物鑄件經過根據需要具有良好的可加工性,精工精密加工的礦物鑄件可以達到很高的精度。

      盡管礦物鑄造技術在德國出現和發展的時間只有僅僅三十多年,目前該技術與產品已經廣泛被應用于世界范圍內的各類高端數控設備及其它工業裝備領域,并且因為其良好的性能和經濟性,正被越來越多的客戶應用在越來越多的領域。隨著在這一領域起步較早的幾家德國公司在國內的生產和推廣,國內高端數控裝備的一流公司也已經或者正在嘗試將礦物鑄件應用在他們的產品上,并取得了良好的市場價值和經濟效益。

      作為近十年左右才剛剛起步的中國礦物鑄造行業,部分公司已經掌握一部分的技術,也初步形成一定的市場規模。但總體上還處于與這些德國公司還存在一定的差距,還處于產品的研發或者市場的初級推廣階段。這種技術上百花齊放,推廣上八仙過海的狀況,有時候又對國內客戶對礦物鑄造技術及礦物鑄件的接受和應用,尤其是對自身品牌和產品性能要求比較高的客戶帶來一定的困擾,在某種程度上也阻礙了這一技術在國內的快速推廣和應用。

      高強度復合礦物鑄造材料是相對于普通強度的礦物鑄造材料而言的。這種高強度礦物鑄件成份主要包含石英石、雨花石、玄武巖、填料、高性能環氧樹脂膠和添加劑和一定比例的超細超短鋼纖維等。其混料、攪拌、澆注、夯實過程與普通礦物鑄件的制作工藝也有顯著的不同。

高強度復合礦物鑄造材料除具備普通礦物鑄件在下列方面的所有性能優勢:

? 極佳的吸振性能:礦鑄件材料的吸振性能強于灰鑄鐵和鋼鐵6到10 倍

? 熱傳導率低,熱穩定性好:礦鑄件材料對外部溫度的變化反映很慢,這一點提高了整機的尺寸精度的同時,保證了被加工零件的加工精度

? 化學及機械穩定性能好,能抵抗腐蝕性介質的侵蝕,比如機油、腐蝕性溶液、酸液和常用的冷卻液等。

? 常溫下的鑄造流程,不需要額外的加熱措施,能源消耗少

? 鑄造精度高,內部應力小,內部收縮率低。

? 整合了各種機械零件,比如地腳錨栓,液壓管道,冷卻液管路和接地線等都能整合澆鑄在鑄件中

? 由于礦鑄件材料能使設計和生產達到最優化,所以在機加工、裝配和物流等多方面降低了成本,使得其在總裝前的成本比焊接結構或者灰鑄鐵的床身低。

      相比較一般礦物鑄件材料,高強度復合礦物鑄造材料在抗壓強度、抗彎強度和彈性模量等性能方面具有大幅度的提高。

      與傳統鑄鐵和鋼材相比,礦鑄件材料有更好的吸振性能,抗腐蝕性能和抗磁性能,并且它還有很好的絕緣性能。

表1. 礦物鑄件與其它結構材料性能比較:


礦物鑄件

鑄鐵

天然大理石

阻尼系數

中等

導熱性

導熱性低和極高的熱容性。

高導熱性和低熱容性

中導熱性和中熱容性

預埋件

預埋件沒有設計限制、一次成型和無縫連接

必須經過老化,特殊加工等。限制較多。

大量機械和人工加工和粘結。

制作周期

相比較鑄造和天然大理石明顯縮短。

對高精密部件需要長時間老化處理。

加工和粘結需要比較長的時間

耐腐蝕

非常強

中等

節能環保性

低能耗

高能耗

天然資源保護


表2.礦物鑄件與其它結構材料性能指標比較:

復合礦物材料

其它材料

物理特性

礦物鑄造

鑄鐵

天然大理石

抗彎強度 (Mpa)

10-40

100-300

20-30

抗壓輕度 (Mpa)

15-50

580-950

200-300

彈性模量 (Gpa)

10-50

90-130

50-100

阻尼系數

0.01-0.02

0.001

0.002

導熱性 (W/(m*k))

0.7-3

50-60

1.5-2.5

密度 (kg/dm3)

2.2-2.5

7.2

3.0

泊松比

0.2-0.3

0.2-0.3

0.2-0.3

熱膨脹系數(10-6 * K-1)

9-18

8-11

5-7

比熱容量[KJ/(kg*K)]

0.9-1.57

0.50

0.80


表3. 普通礦物復合材料與高強度礦物復合材料性能指標比較:

普通礦物復合材料

高強度礦物復合材料

物理特性

KL200

KL400

KL600

KL800

抗彎強度 (Mpa)

20-30

25-35

30-40

40-50

抗壓輕度 (Mpa)

110-130

130-150

150-170

170-190

彈性模量 (Gpa)

30-35

35-40

40-45

45-50

阻尼系數

0.01-0.02

0.01-0.02

0.01-0.02

0.01-0.02

導熱性 (W/(m*k))

0.7-1.5

0.7-1.5

0.7-1.5

0.7-1.2

密度 (kg/dm3)

2.2

2.3

2.4

2.5

泊松比

0.2-0.3

0.15-0.25

0.2-0.3

0.15-0.2

熱膨脹系數(10-6 * K-1)

9-18

9-18

15-17

11-13

比熱容量[KJ/(kg*K)]

1.55

1.57

1.55

1.57


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