在说矿物铸件的应用之前,首先要弄清楚什么材料是矿物铸件,矿物铸件在机床行业的应用也非常广泛,那么下面一起了解下矿物铸件在机床行业的应用吧!
我们知道复合材料的组成分为两大部分:基体和增强材料。
基体:构成复合材料连续相的单一材料。 玻璃钢中的树脂是基体。
增强材料:复合材料中不构成连续相的材料。 玻璃钢中的玻璃纤维是强化材料。
矿物铸件复合材料根据其基材分为三类:
聚合物基复合材料:树脂基复合材料属于这类。
金属基复合材料:如镁铝合金材料,制备方法包括粉末冶金。
无机非金属基复合材料:陶瓷基复合材料等。
以环氧树脂为母材,以天然非金属矿物、岩石为主要原料,通过物理化学反应在模具中铸造成型的成品或半成品称为矿物铸件。
一.矿物铸件材料的性能特点
矿物铸件材料用作机床零件,其主要性能和应用优势体现在以下几个方面。
1)釆用科学的骨料级配和高分子黏结剂,抗压强度达到120 MPa以上,压缩弹性模量达到40 GPa以上,力学性能足以满足大部分机床床身等结构件的要求。
2)减振性约为铸铁的6倍。 机床动态稳定性高,有利于提高加工精度和速度,延长使用寿命。 通过ANSYS模拟了机械加工设备床的动态性能,也证明了矿物铸件的动态性能优于铸件材料。
3)矿物材料在搅拌过程中用环氧树脂包裹后固化成型,无吸水孔结构,几乎无吸湿性; 尺寸稳定性好,抗老化、冻融性也好的耐腐蚀性和耐药品性比铸铁、铸钢等金属材料高,导热系数低,隔热性高,比热容量大,热稳定性好
4)安装螺丝孔、紧固件、管路、电缆等可以嵌入产品结构中,如图3所示,可以直接铸造成最终产品,降低后续加工及组装成本。
5)对于不能满足特殊要求和材料性能的部分,可采用矿物铸件和钢配合铸造成型,如图4所示,在满足局部需求的同时,充分发挥矿物铸件材料的性能。
6)由于矿物铸件密度为铸铁的1/3,相对于一般正常结构的机床床身,矿物铸件的制造成本可以低于传统灰铸铁的成本。 目前市场上灰铸铁购置成本约为10-15元/KG,使用矿物铸件床身后,在提高机床动态稳定性的同时,成本有可能下降。
7)环境保护贡献。 使用铸件替代铸铁对我国实现碳中和目标至关重要。二.矿物铸件材料的成分和性能
矿物铸件材料的成分一般包括骨料、填料和胶粘剂三部分,并可根据实际应用添加增强纤维、纳米碳化硅等合适的增强材料。
二.矿物铸件材料的成分和性能
铸件材料的成分一般包括骨料、填料和胶粘剂三部分,并可根据实际应用添加增强纤维、纳米碳化硅等合适的增强材料。
二.矿物铸件材料的成分和性能
矿物铸件材料的成分一般包括骨料、填料和胶粘剂三部分,并可根据实际应用添加增强纤维、纳米碳化硅等合适的增强材料。
1)骨料
骨料又称骨料,是矿物复合材料的基础成分,通常选用卵石、花岗岩或玄武岩碎石颗粒作为矿物复合材料的骨料。
2)填料
矿物铸件材料中通常需要添加适当的填充剂,以减少树脂用量,降低成本,改善热膨胀系数和收缩率,提高尺寸稳定性,去除固化中的成形应力,避免产生空隙、裂纹,提高机械强度,提高寿命,改善铸造流动性等填料本身应几乎不含水.对树脂、单体和其他液体成分的吸收量少,对聚合反应和固化反应无有害影响等。 常见的填料有粉煤灰、硅和煤渣等工业废弃物,以及氧化铝和钙粉等材料。
3)胶粘剂
在矿物铸件材料中,树脂体系除使用有机树脂作为主要粘合剂外,还包括固化剂、稀释剂、增强剂、消泡剂等辅助材料。 有机树脂有热固性树脂和热塑性树脂两种,热固性树脂有环氧树脂( EP )和不饱和聚酯树脂( UP ); 热塑性树脂主要是双酚A型环氧树脂。 助剂的性能对铸件成品的质量有很大的影响,固化剂用于促进和调节环氧树脂的固化反应,是发生固化粘结的必要原料。 稀释剂的作用是降低环氧树脂的粘度,提高环氧树脂的流动性,浇注时环氧树脂能很好地渗透到骨料和填料的内部,延长固化时间,达到更好的粘接效果。 增强剂用于提高环氧树脂的韧性,防止环氧树脂在受到冲击时脆性大而易破裂,消泡剂可以抑制固化反应中产生的气泡,添加助溶剂会损害环氧树脂的力学性能和耐热性等,必须严格控制用量。 表5为矿物铸件改性环氧树脂配方。
4)其他加固材料
增强材料一般是指为了提高强度而添加的纤维、纳米材料等。 在实际矿物铸件生产中,使用的纤维类型分为钢纤维、玻璃纤维、碳纤维三类。 玻璃纤维和碳纤维均增强纤维的长径比和含量对矿物铸件的强度和阻尼影响很大,纤维过短或含量过少都达不到增强的效果,过长或过多都容易捆扎,强度降低。 复合材料的阻尼比随纤维含量的增加而增大。 这是因为纤维含量多时,成块的纤维会增加矿物铸件内部的空隙,有助于提高阻尼比。 提高矿物复合材料的强度和韧性,碳纤维增强的效果更明显。 钢纤维阻尼的提高主要是由于自身的扭曲变形导致的能量复位和消耗,由于钢纤维自身的阻尼性能不如矿物复合材料基体,钢纤维阻尼性能的提高不像其他两种纤维那么显著。