矿物铸件的发展及优势
矿物铸件作为机床设备的基体结构材料,自20世纪70年代以来,瑞士、德国等欧洲机床公司首次引入了计算矿物铸造的机床产品,应用的目的是利用矿物铸造相比铸铁材料的许多优点来提高机床的性能,主要用于高精度机床和自动化。
矿物铸造在开始应用之日起,在机床应用的基础上已经取得了研究进展,与世界上十几个国家的机床制造商、高校和研究机构开展了矿物铸造的基础和应用研究,主要研究内容包括原料(包括骨料和粘结剂)的性能选择、成分配比、成型工艺和专用设备等。逐渐积累了矿物铸造配方和成型工艺的经验和知识。并最早在德国和瑞士形成了矿物铸造专业生产工厂。
矿物铸件与铸铁相比的性能特点:
1. 矿物铸件的硬度
矿物铸件的密度和弹性模量分别为铸铁的1/3,比刚度与铸铁相同,因此在相同重量下,铸铁和矿物铸件的刚度是相同的。在很多情况下,矿物铸件的设计壁厚通常是铸铁的3倍以上,甚至是固体基体。因此,矿物铸件的力学性能优于铸铁,从而使机床的实际切削能力明显提高。
2. 矿物铸件的减震
运动部件的运动速度越快或加速度越大,对机床的动态性能就越重要,因为快速定位、快速换刀、主轴高速旋转等动作所引起的振动在不断地影响着机床的动态稳定性。
矿物铸件的阻尼比是灰铸铁的6倍以上。采用矿物铸造床体后,机床主要部件的绝对振动速度和振幅减小,机床的动态特性明显改善。因此,在实际加工中可以带来更高的精度、更好的表面质量和更长的刀具寿命。同时,采用矿物铸件可使局部声压级降低20%。
3.矿物铸件的热稳定性
矿物铸件的热容量是灰口铸铁的2倍,导热系数不到灰口铸铁的5%。当外界温度在短时间内发生变化时,温度恒定时间延长3倍,受温度影响的反应振幅仅为1/3。
据分析,影响机床精度的因素中,约80%是由热引起的。机床运动部件的机械摩擦加热、外部环境的温度变化、工件更换、加工中断等因素都会影响机床的热稳定性。矿物铸件对瞬态温度效应和周围温度波动具有良好的热惯性,有助于在高精度机床加工过程中保持精度与加工尺寸一致。