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支承件材料选择与优化

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、铝合金、预应力钢筋混凝土、非金属材料等;其中最常用的材料为铸铁和钢。1)铸铁一般支承件用灰铸铁制成,在铸铁中加入少量合金元素可提高其耐磨性。如果导轨与支承件为一体,则铸铁牌号根据导轨要求选择。铸铁或者焊接中的残余应力将使支承件产生蠕变,因此必须进行时效处理,时效最好在粗加工后进行。适用于受载面积大、抗振要求高的支承件。

支承件材料选择与优化

支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、铝合金应力钢筋混凝土、非金属材料等;其中最常用的材料为铸铁和钢。

1)铸铁

一般支承件用灰铸铁制成,在铸铁中加入少量合金元素可提高其耐磨性。如果导轨与支承件为一体,则铸铁牌号根据导轨要求选择。如果导轨是镶装上去的,或者支承件上面没有导轨,则支承件的材料一般可选HT100、HT150、HT200、HT250、HT300等,还可以用QT450-10、QT800-02等。

铸铁的铸造性能好,容易获得复杂结构的支撑件。同时铸铁的内摩擦力大,阻尼系数大,使振动衰减性能好。但铸造需要做模型,制造周期长,仅适于成批生产。铸铁或者焊接中的残余应力将使支承件产生蠕变,因此必须进行时效处理,时效最好在粗加工后进行。铸铁在450℃以上的内应力作用下开始变形,超过550℃则硬度将降低。因此,热时效处理应在530~550℃进行,这既能消除内应力,又不降低硬度。

2)钢板和型钢

用钢板和型钢等焊接的支承件,其制造周期短,可做成封闭件,不像铸件那样要留出沙孔,而且可根据受力情况布置筋板来提高抗扭和抗弯刚度。如图6-4所示,大型落地镗铣床的焊接立柱。由于钢的弹性模量约为铸铁的两倍,当刚度要求相同时,钢焊接的壁厚仅为铸铁的一半,使质量减小、固有频率提高。如果发现结构有缺陷,如刚度不够,焊接件可以补救。但焊接结构在成批生产时,成本比铸件高;因此,多用在大型、重型机床和自制设备等小批生产中。

钢板焊接结构的缺陷是钢板材料内摩擦阻尼约为铸铁的1/3,抗振性较铸铁差,为提高机床抗振性能可采用提高阻尼的方法来改善钢板焊接结构的动态性能。

钢制焊接结构的时效温度较高,为600~650℃。普通精度机床的支承件进行一次时效就可以了,精密机床最好进行两次,即粗加工前、后各一次。

3)铝合金

铝合金的密度只有铁的1/3,有些铝合金还可以通过热处理进行强化,提高铝合金的力学性能。对于有些对总体质量要求较小的设备,它的支承件可考虑使用铝合金。常用牌号有ZAlSi7Mg、ZAlSi2Cu2Mgl等。

4)预应力钢筋混凝土(www.xing528.com)

近年来预应力钢筋混凝土支承件(主要为床身、立柱、底座等)有相当发展,其特点是刚度高、阻尼比大、抗振性能好、成本低;缺点是脆性大、耐腐蚀性差,为了防止油对混凝土的侵蚀,表面应喷涂塑料或者喷漆处理。

5)非金属材料

非金属材料主要有混凝土、天然花岗岩等。

混凝土刚度高,具有良好的阻尼性能,阻尼比是灰铸铁的8~10倍,抗振性能好,弹性模量是钢的1/15~1/10,热容量大,热传导率低,导热系数是铸铁的1/40~1/25,热稳定性高,其构件热变形小;密度是铸铁的1/3,可获得良好的几何形状精度,表面粗糙度值也较低,成本低。其缺点是力学性能差,但可以预埋金属或添加加强纤维。适用于受载面积大、抗振要求高的支承件。

图6-4 大型落地镗铣床的焊接立柱

1、2、4—立柱壁板;3—筋板

天然花岗岩导热系数和膨胀系数小、精度保持性好、抗振性好、阻尼系数比钢大15倍、耐磨性比铸铁高5~6倍、热稳定性好、抗氧化性强、不导电、抗磁、与金属不粘合、加工方便,通过研磨和抛光容易得到较高的精度和很低的表面粗糙度。图6-5所示为花岗岩床身及测量平台。

图6-5 花岗岩床身及测量平台

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