隨著(zhù)機械零部件加工精度的要求不斷提高,對機床床身的精度及其保持性的要求也隨之提高。但
床身鑄件一般較長(cháng),壁厚相差較大,在凝固、冷卻過(guò)程中容易產(chǎn)生鑄造應力和鑄件變形,嚴重影響其尺寸精度及其保持性。
鑄造應力和鑄件的變形對鑄件質(zhì)量有很大影響。鑄造應力是鑄件在生產(chǎn)、存放、加工以及使用過(guò)程中產(chǎn)生變形和裂紋的主要原因,還會(huì )降低鑄件的使用性能。有殘余應力的鑄件放置時(shí)間過(guò)長(cháng)或經(jīng)機械加工后會(huì )變形,使鑄件失去精度,尤其對尺寸精度要求高的鑄件影響更大。因此,在鑄件生產(chǎn)過(guò)程中應該盡量降低鑄造應力,減少變形。
熱時(shí)效前后殘余應力對比情況可見(jiàn),熱時(shí)效可大幅度降低鑄件的殘余應力,但如果升溫、保溫和降溫過(guò)程中工藝參數選擇不當,不但應力得不到消除,反而會(huì )增大鑄件的應力。對于壁厚差別很大、開(kāi)裂傾向嚴重的鑄件,升溫速度減緩至30~50℃為宜。因為鑄件應力的產(chǎn)生是從350℃以上的彈塑性溫度內開(kāi)始的,時(shí)效后的降溫要防止在這個(gè)溫度區造成不均勻的塑性變形,在350℃以上,退火鑄件的降溫速度一般在30℃/h;在350℃以下,降溫速度雖對殘余應力無(wú)明顯影響,但緩慢的降溫速度(10 ℃/h)可以起到強化基體的作用,200℃以下方可加快冷卻速度。
床身鑄造過(guò)程中較大等效殘余應力與床身溫度場(chǎng)變化關(guān)系顯著(zhù),較大等效殘余應力分布在筋板與無(wú)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(shí),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(huì )產(chǎn)生塑性變形而形成殘余應力累積,在400℃以下時(shí)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(huì )增加。另一方面,由于床身較高溫度為400℃時(shí)正好是在澆注72h左右時(shí)間段,此時(shí)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(wú)約束條件下進(jìn)行的,因此隨著(zhù)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(shí)較大等效殘余應力幾乎不再變化。這種趨勢。較大等效殘余應力約為150MPa,位置處在床頭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(shí)際生產(chǎn)相符。
同時(shí)給出鑄件處于30℃以下時(shí)的沿床身長(cháng)度方向的變形和高度方向的變形,沿高度方向較大變形為約9mm,兩端上翹。沿長(cháng)度方向收縮約30mm。這與實(shí)際生產(chǎn)基本相符,高度方向翹起約15mm,收縮量約45mm,但模擬結果偏小,這主要是由于模擬中很難實(shí)現床身完全處于自由伸縮狀態(tài),從而變形較小。
機床鑄件澆注要求澆注系統能平穩快澆,能擋渣,不產(chǎn)生渦流、飛濺和沖刷砂型等,有利于形成順序凝固;但薄壁鑄件,則要求內澆道開(kāi)在薄壁處,以利于形成同時(shí)凝固。
澆注系統多為底注或垂直縫隙式;對于復雜的大型床身鑄件,多采用底注和頂注聯(lián)合;不高于100mm的一半皮帶輪鑄件等,可采用頂式。為了擋渣,常采用帶過(guò)濾網(wǎng)(過(guò)濾網(wǎng)放在緩沖槽與橫澆道的搭接處)緩流式澆注系統。
直澆道可分為三種;圓錐形、片狀和蛇狀。
1圓錐形; 澆道太粗時(shí),容易產(chǎn)生渦流,從而易使鑄件形成氧化夾雜和氣孔。適用于中小型機床鑄件。澆道直徑好不要超過(guò)50mm,若必須采用較大的直澆道截面積時(shí),應改為數個(gè)較小的直澆道或采用其它形式(如片狀排列式)直澆道。
2片狀; 金屬液流動(dòng)平穩,不易產(chǎn)生渦流,有利于防止鑄件形成氧化夾雜和氣孔。常用于大,中型鑄件。片狀澆道冷卻快,故選取斷面時(shí),應比園斷面大。
3蛇形; 澆道阻力由澆道曲折控制。金屬液平穩無(wú)沖擊力和渦流產(chǎn)生,需要做專(zhuān)用的澆道芯盒。多采用大、中型鑄件。