隨著重型工業(yè)的發(fā)展,重型、超重型機(jī)床的需求量快速增加,大型、超大型
機(jī)床鑄件也就應(yīng)運(yùn)而生。過去生產(chǎn)的鑄件長度較長為10m左右,質(zhì)量較大為50t左右,一個(gè)重型機(jī)床的橫梁、工作臺(tái)要分幾段來完成,這樣不但加重機(jī)床的質(zhì)量,增加加工和裝配費(fèi)用,而且?guī)锥舞T件的組織和性能不能達(dá)到完全一致,機(jī)床質(zhì)量得不到保證。機(jī)床橫梁鑄件長度達(dá)到20.5m,鑄件毛坯質(zhì)量146t,這種長度很長的鑄件。在鑄件材料鑄造性能較好、鑄件本身幾乎沒有鑄造缺陷的情況下,有時(shí)會(huì)由于其撓曲變形量大于加工量而使鑄件報(bào)廢,因此,研究其撓曲變形的影響因素就有非常重要的意義。
由于鑄件的壁厚不均等原因,造成鑄件各部分凝固、冷卻速度不同,引起收縮不一致,會(huì)使鑄鐵產(chǎn)生撓曲變形,這是影響鑄件變形的主要因素。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),5m以下鑄件的變形可以忽略,通過加工量就可以解決;而對(duì)于5m以上鑄件,需要分析鑄件結(jié)構(gòu)來預(yù)估其變形量。首先要考慮的是鑄件的長度、寬度和高度的大小,平板類鑄件的變形量要大于箱體結(jié)構(gòu)鑄件的變形量,具體的數(shù)值要根據(jù)壁厚和筋板的分布來預(yù)估;其次是壁厚的差異,如果鑄件厚大部分和薄壁部分的數(shù)值差距太大,相對(duì)而言變形自然就會(huì)大,這時(shí)有些鑄件可以通過鑄造工藝來調(diào)整,有些只能通過反變形量來調(diào)整。
橫梁、床身、工作臺(tái)類鑄件,無論是球墨鑄鐵還是灰鑄鐵,變形量都較大。鑄件長度為5~6m時(shí),其變形量約為1~1.2mm/m;鑄件長度為7~8m時(shí),其變形量約為1.5~1.8mm/m;鑄件長度為8~10m時(shí),其變形量約為2mm/m;鑄件長度大于10m時(shí),一般要采用二次撓度,二次撓度的數(shù)值要比一次撓度略大,因?yàn)殍T件的變形是近似拋物線狀的,離變形的中心越遠(yuǎn),弧線的斜度越大。立柱類鑄件因?yàn)槠涓叨容^高,基本都在2m以上,而寬度較小,屬于又窄又高的結(jié)構(gòu),即使長度較大,此類鑄件基本上也不會(huì)變形;箱體類結(jié)構(gòu)因?yàn)楦鞣较虻谋诤褫^均勻,收縮也較均勻,鑄件基本不變形。
不同牌號(hào)的鑄鐵件由于組織、成分的差異,其抵抗變形的能力也不同?;诣T鐵石墨呈片狀,在基體中起到割裂基體的作用。灰鑄鐵的凝固方式是順序凝固,先凝固部分凝固時(shí)產(chǎn)生收縮,而未凝固部分尚處于液態(tài),變形比較容易;球墨鑄鐵的凝固方式是糊狀凝固,在凝固的過程中,整個(gè)鑄件同時(shí)凝固,由于壁厚及冷卻條件的差異,收縮系數(shù)不一致,因而產(chǎn)生的收縮量也不一致,產(chǎn)生變形時(shí)相互阻礙,鑄件的變形量較小,應(yīng)力較大。同一個(gè)長度為9750mm的橫梁,灰鑄鐵的變形量比球墨鑄鐵的變形量大8一10mm。
同一個(gè)鑄件在砂箱中造型和在地坑中造型其變形量也不相同。一般情況下,鑄件的導(dǎo)軌比較厚大又比較重要,需要放在下箱。砂箱造型時(shí),上、下表面吃砂量大致相同,上、下箱都與外界接觸,散熱條件基本一致,厚大的導(dǎo)軌會(huì)凝固的稍慢一些,鑄件會(huì)產(chǎn)生較小的變形;而地坑造型時(shí),上表面散熱較好,下面吃砂量較大,且不與空氣接觸,熱量都要從上面及側(cè)面樹脂砂散出,冷卻條件較差,而與鑄件接觸的樹脂砂長時(shí)間經(jīng)過高溫鑄件的烘烤已潰散,阻礙變形的能力已減小,致使鑄件變形量較大。長度為6.7m的床身,在其它條件都一致的情況下,只是造型方法不同,地坑造型的變形量比砂箱造型的變形量大7~8mm。
保溫時(shí)間是影響鑄件變形的外部因素中較重要的因素。如果保溫時(shí)間不夠,在吊運(yùn)或是放置的過程中鑄件就會(huì)變形。這是因?yàn)殍T件的熱強(qiáng)度較低,如果吊運(yùn)或是支撐的是鑄件的兩端面,在自身重力的作用下,鑄件會(huì)在原來變形的基礎(chǔ)上加大變形量;如果吊運(yùn)或是支撐的是鑄件的兩側(cè)面,或是鑄件的中間部分,則鑄件的兩端會(huì)在重力的作用下下沉,修正原來的變形。另外,鑄件在繼續(xù)冷卻的過程中不再有砂子保溫,下表面的散熱條件也變得較好,凝固相對(duì)較均勻,變形較小。
鑄件的變形受多個(gè)因素的影響,除以上列出的4個(gè)因素外,還受工作環(huán)境、激冷條件等多方面的影響,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)綜合考慮。鑄件的結(jié)構(gòu)和材料是鑄件撓曲變形的較主要影響因素,也是鑄造工作者不能改變的部分,所以,在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)鑄件的材料和結(jié)構(gòu),采取適當(dāng)?shù)脑煨头椒ā⑦m當(dāng)?shù)谋貢r(shí)間和鑄件擺放方式等措施來控制鑄件變形,減少鑄件因變形而報(bào)廢的幾率。