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發(fā)表于 2011-7-16 21:01:35
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礦物鑄件底座對新設(shè)備制造之利弊簡析
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" x: m8 K) N5 {5 r2 f! z作為結(jié)構(gòu)材料,，礦物鑄件在機(jī)床行業(yè)被廣泛接受已經(jīng)30多年了,。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐洲,，每10臺機(jī)床就有一臺使用礦物鑄件做床身,。然而，使用不當(dāng)?shù)慕?jīng)歷,、不完整或錯誤的信息都會導(dǎo)致對礦物鑄件的懷疑和偏見,。因此，在制作新型設(shè)備時(shí),，分析礦物鑄件的利弊并與其他材料相比較,，是十分必要的。
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7 R* m+ P; x1 Q R/ G2 q# Z3 x) K工程機(jī)械類的底座一般分鑄鐵,、礦物鑄件（聚合物和/或活性樹脂混凝土）,、鋼/焊接結(jié)構(gòu)（灌漿/非灌漿）和天然石頭（如花崗巖）四種。各種材質(zhì)均各具特點(diǎn),，并不存在完美的結(jié)構(gòu)材料,。只有根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)要求考察材料的優(yōu)缺點(diǎn)，才能挑選出理想的結(jié)構(gòu)材料,。
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4 k$ R& }5 q+ r1 O( I結(jié)構(gòu)材料的兩個重要功能—─保證部件的幾何尺寸,、位置和吸收能量，對材料分別提出了性能要求（靜態(tài),、動態(tài)和熱性能）,、功能/結(jié)構(gòu)要求（精度、重量,、壁厚,、易于導(dǎo)軌安裝、介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng),、物流）和成本要求（價(jià)格,、數(shù)量、實(shí)用性,、系統(tǒng)特性）,。 * i" Q# w* w5 L8 U" K
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1. 靜態(tài)特性
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衡量底座靜態(tài)特性的標(biāo)準(zhǔn)通常是材料的剛性—─承載下的最小形變,，而不是高強(qiáng)度。對于靜態(tài)彈性變形,，可以把礦物鑄件看作是符合胡克定律的各向同性的均質(zhì)材料,。
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礦物鑄件密度和彈性模量分別是鑄鐵的1/3，既然礦物鑄件和鑄鐵有相同的比剛度,，因此同等重量下,，在不考慮形狀影響時(shí)鑄鐵件與礦物鑄件的剛度是相同的。很多時(shí)候,，礦物鑄件的設(shè)計(jì)壁厚通常是鑄鐵件的3倍,，這種設(shè)計(jì)無論是在產(chǎn)品的力學(xué)性能上還是在澆鑄成型上都不會產(chǎn)生任何問題。礦物鑄件適合在承載壓力的靜態(tài)環(huán)境下工作（如床身,、支架、立柱）,，不適合作為薄壁和/或小型機(jī)架（如工作臺,、托盤、換刀裝置,、拖板,、主軸支架）。結(jié)構(gòu)件的重量通常是受礦物鑄件廠家的設(shè)備限制,，15噸以上的礦物鑄件產(chǎn)品一般較為少見,。
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2. 動態(tài)特性
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軸的旋轉(zhuǎn)速度和/或加速度越大，機(jī)器的動態(tài)性能就越顯重要,�,？焖俣ㄎ弧⒌毒呖焖僦脫Q,、高速進(jìn)給對機(jī)器結(jié)構(gòu)件不斷地強(qiáng)化機(jī)械共振和動態(tài)激勵,。除了部件的尺寸設(shè)計(jì)，部件的撓曲性,、質(zhì)量分布,、動態(tài)剛性都很大程度上受材料阻尼特性的影響。 6 d; {& B- U% w h& b3 `& y
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礦物鑄件的使用為這些問題提供了一個良好的解決方案,。因?yàn)樗葌鹘y(tǒng)鑄鐵的吸振性能好10倍,，能大幅降低振幅和固有頻率。在諸如機(jī)械切削加工中,，可以帶來更高的精度,、更好的表面質(zhì)量、更長的工具使用壽命,。同時(shí),，在噪音影響方面,，通過對大型發(fā)動機(jī)和離心機(jī)不同材質(zhì)的底座、傳動鑄件以及附件的比較驗(yàn)證,，礦物鑄件也同樣表現(xiàn)上佳,。依據(jù)撞擊聲分析，礦物鑄件可以實(shí)現(xiàn)聲壓級別局部減弱20%的功效,。 : o/ c% e$ M' }4 j6 k2 ^7 D
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3. 熱性能
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據(jù)專家估計(jì),，在機(jī)床產(chǎn)生的偏差中約有80%由熱影響引起。內(nèi)部或外部熱源,、預(yù)熱,、更換工件等加工中斷都是導(dǎo)致熱變形的原因。為能挑選出最佳材料,，很有必要明確材料的要求,。高比熱和低熱傳導(dǎo)率使得礦物鑄件對短暫的溫度影響（如更換工件）和周邊溫度波動有良好的熱慣性。如需像金屬床身一樣需要快速預(yù)熱或禁止床身升溫,，可在礦物鑄件中直接鑄入加熱或冷卻裝置以控制溫度,。使用這種溫度補(bǔ)償裝置，能夠減少因溫度影響引起的變形,，有助于在合理成本下實(shí)現(xiàn)精度的提升,。
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功能和結(jié)構(gòu)要求
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. i$ z4 q7 N) |6 e( Q$ v/ n" E+ a整合性是礦物鑄件不同于其他材料的一個顯著特點(diǎn)。礦物鑄件的最高澆鑄溫度是45℃,，再配以高精度的模具和工裝,，可使零部件和礦物鑄件澆鑄在一起。 & ?9 P$ q+ \. O% c
- m( F/ d4 I" x( v4 w9 N在礦物鑄件的毛坯件上還可以使用先進(jìn)的再次澆鑄技術(shù),，從而得到精密的安裝表面和導(dǎo)軌表面,，并無需機(jī)加工。和其他的底座材料一樣,，礦物鑄件也受到具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則的限制,。壁厚、承載附件,、羅紋插件,、裝卸方式等在一定程度上皆和其他材料有所差異，需要在設(shè)計(jì)時(shí)就預(yù)先考慮,。
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成本要求 / W) d- _( b4 d# s7 I8 ^0 P
6 V8 o1 R. r5 h) e( s3 |& S從技術(shù)的角度進(jìn)行考慮固然重要,，而性價(jià)比也日漸顯示出其重要地位。使用礦物鑄件可使工程人員節(jié)省大量的生產(chǎn)和運(yùn)作成本,。除了節(jié)省機(jī)加工成本,，澆鑄、最終裝配,、與日俱增的物流費(fèi)用（倉儲和運(yùn)輸）等成本都相應(yīng)得以降低,�,？紤]到礦物鑄件的高層次功能，應(yīng)將其當(dāng)成一個整體項(xiàng)目來看,。實(shí)際上,，在底座安裝或預(yù)安裝時(shí)再作價(jià)格比較才是較為合理的一種做法。相對而言比較高的初期成本是礦物鑄件模具和工裝費(fèi)用,，但該費(fèi)用可在長期使用中被攤�,。�500～1000件/鋼模），每年的用量大約是10~15件,。
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使用范圍 # [/ I3 {2 N3 w5 ?4 k) Q+ ~9 `9 ]
7 M- z0 y9 ]4 K+ |, Z& [' I4 ]作為結(jié)構(gòu)材料,，礦物鑄件正在不斷替代傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料，而其得到快速發(fā)展的關(guān)鍵在于礦物澆鑄,、模具,、穩(wěn)定的粘結(jié)結(jié)構(gòu)。目前,，礦物鑄件已在磨床,、高速加工等多個機(jī)床領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 磨床制造商一直是機(jī)床領(lǐng)域使用礦物鑄件做床身的先行者,。如世界知名企業(yè)ABA z&b、 Bahm ler,、Jung,、Mikrosa、Schaudt,、Stude 等一直得益于礦物鑄件的阻尼性、熱慣性和整合性，在磨削過程中獲得高精度和極好的表面質(zhì)量,。 , t# f1 [. w5 \, O- a- T
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隨著不斷增大的動態(tài)載荷,，礦物鑄件在工具磨床領(lǐng)域也不斷得到世界一流公司的青睞。礦物鑄件床身有極好的剛性,，能很好地消除因直線電機(jī)加速度引起的力,。與此同時(shí)，良好的吸振性能與直線電機(jī)的有機(jī)組合,，還能大幅提高工件的表面質(zhì)量和砂輪的使用壽命,。
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