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礦物鑄件的發展及優點

      礦物鑄件(又叫人造花崗石)作為機床設備的基體結構材料,從上世紀70年代起,瑞士、德國等歐洲的機床公司最先推出了釆用礦物鑄件為基體的機床產品,應用的目的是利用礦物鑄件相比鑄鐵材料的諸多優點來提高機床性能,主要應用于高精度機床和自動化機床。

      礦物鑄件在開始應用至今,在機床基礎件上應用的研究得到了快速發展,世界上有十幾個國家的機床制造商、大學及科研機構開展了礦物鑄件的基礎和應用研究,主要研究內容為原材料(包括粒料和粘接劑)的性能及選擇,成份配比,基礎件的成型技術及專用設備等,逐漸積累起礦物鑄件配方及成型技術方面的經驗知識。并最早在德國和瑞士形成了礦物鑄件專業化生產工廠。




礦物鑄件相比鑄鐵的性能特點:

1.礦物鑄件的剛性

      礦物鑄件密度和彈性模量分別是鑄鐵的1/3,和鑄鐵具有相同的比剛度,因此同等重量下,鑄鐵件與礦物鑄件的剛度是相同的。很多時候,礦物鑄件的設計壁厚通常是鑄鐵件的3倍以上,甚至是實心基體,因此采用礦物鑄件在產品的力學性能上要優于鑄鐵,使機床實際切削能力顯著提高。

2.礦物鑄件的吸震性

      運動部件的移動速度越快或加速度越大,機床的動態性能就越顯重要,因為快速定位、快速換刀、高速主軸旋轉等動作造成的震動在不斷影響機床的動態穩定性。

      礦物鑄件的阻尼比是灰鑄鐵的6倍以上。釆用礦物鑄件床身后,機床主要部件上的絕對振動速度和振動幅值都有所降低,整機的動態特性有明顯改善。因此在實際切削加工中,可以帶來更高的精度、更好的表面質量、更長的工具使用壽命。同時,在噪音影響方面,采用礦物鑄件可以使局部聲壓級別減弱20%。

3.礦物鑄件的熱穩定性

      礦物鑄件的熱容量是灰鑄鐵的2倍,熱傳導率是灰鑄鐵的不到5%,在遇到短時內外界溫度變化時,溫度恒定時間要長3倍,而溫度影響的反應振幅只有1/3。

      據分析,影響機床精度的因素中約有80%由熱影響引起。機床運動部件機械摩擦發熱、外部環境溫度變化、更換工件、加工中斷及其它因素都會對機床熱穩定產生影響。礦物鑄件對短暫的溫度影響和周邊溫度波動有良好的熱慣性,有助于高精度機床在加工過程中的精度保持與加工尺寸一致性。

4.礦物鑄件的成型特點

      礦物鑄件的成型屬于常溫鑄造,內部應力小,內部收縮率低。并且在鑄造成型的同時,可以整合功能性部件,比如冷卻管路、液壓管道、地腳錨栓甚至接地線。相比鑄鐵成型鑄造,無需高溫熔煉,能大幅度節能減排,符合全球推行的低碳經濟和綠色制造技術的范疇。 


       因此采用礦物鑄件為基礎件是大勢所趨。據統計,目前在歐洲每生產10臺機床就有1臺采用礦物鑄件為基礎件。礦物鑄件已經成為制造高檔機床基礎件的材料之一,批量用于制造超精加工機床和其他對動態性能和熱穩定性要求較高機床床身、基座、立柱和工作臺等基礎件。并在測量設備、機器人、航天、醫療、能源等領域的應用快速擴展。
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