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矿物铸件的发展及优点

      矿物铸件(又叫人造花岗石)作为机床设备的基体结构材料,从上世纪70年代起,瑞士、德国等欧洲的机床公司最先推出了釆用矿物铸件为基体的机床产品,应用的目的是利用矿物铸件相比铸铁材料的诸多优点来提高机床性能,主要应用于高精度机床和自动化机床。

      矿物铸件在开始应用至今,在机床基础件上应用的研究得到了快速发展,世界上有十几个国家的机床制造商、大学及科研机构开展了矿物铸件的基础和应用研究,主要研究内容为原材料(包括粒料和粘接剂)的性能及选择,成份配比,基础件的成型技术及专用设备等,逐渐积累起矿物铸件配方及成型技术方面的经验知识。并最早在德国和瑞士形成了矿物铸件专业化生产工厂。




矿物铸件相比铸铁的性能特点:

1.矿物铸件的刚性

      矿物铸件密度和弹性模量分别是铸铁的1/3,和铸铁具有相同的比刚度,因此同等重量下,铸铁件与矿物铸件的刚度是相同的。很多时候,矿物铸件的设计壁厚通常是铸铁件的3倍以上,甚至是实心基体,因此采用矿物铸件在产品的力学性能上要优于铸铁,使机床实际切削能力显著提高。

2.矿物铸件的吸震性

      运动部件的移动速度越快或加速度越大,机床的动态性能就越显重要,因为快速定位、快速换刀、高速主轴旋转等动作造成的震动在不断影响机床的动态稳定性。

      矿物铸件的阻尼比是灰铸铁的6倍以上。釆用矿物铸件床身后,机床主要部件上的绝对振动速度和振动幅值都有所降低,整机的动态特性有明显改善。因此在实际切削加工中,可以带来更高的精度、更好的表面质量、更长的工具使用寿命。同时,在噪音影响方面,采用矿物铸件可以使局部声压级别减弱20%。

3.矿物铸件的热稳定性

      矿物铸件的热容量是灰铸铁的2倍,热传导率是灰铸铁的不到5%,在遇到短时内外界温度变化时,温度恒定时间要长3倍,而温度影响的反应振幅只有1/3。

      据分析,影响机床精度的因素中约有80%由热影响引起。机床运动部件机械摩擦发热、外部环境温度变化、更换工件、加工中断及其它因素都会对机床热稳定产生影响。矿物铸件对短暂的温度影响和周边温度波动有良好的热惯性,有助于高精度机床在加工过程中的精度保持与加工尺寸一致性。

4.矿物铸件的成型特点

      矿物铸件的成型属于常温铸造,内部应力小,内部收缩率低。并且在铸造成型的同时,可以整合功能性部件,比如冷却管路、液压管道、地脚锚栓甚至接地线。相比铸铁成型铸造,无需高温熔炼,能大幅度节能减排,符合全球推行的低碳经济和绿色制造技术的范畴。 


       因此采用矿物铸件为基础件是大势所趋。据统计,目前在欧洲每生产10台机床就有1台采用矿物铸件为基础件。矿物铸件已经成为制造高档机床基础件的材料之一,批量用于制造超精加工机床和其他对动态性能和热稳定性要求较高机床床身、基座、立柱和工作台等基础件。并在测量设备、机器人、航天、医疗、能源等领域的应用快速扩展。
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