礦物鑄件材料在機(jī)床的應(yīng)用及前景
2019-11-7 來源： 成都普瑞斯數(shù)控機(jī)床有限公司 作者：李 青
公司展出的VMC60B 立式加工中心、大連科德數(shù)控股份有限公司展出的KMC400S U 五軸銑車復(fù)合立式加工中心等機(jī)床，廣泛采用一種新型節(jié)能、環(huán)保的高強(qiáng)度人造花崗石礦物鑄件材料，用以替代傳統(tǒng)的鑄鐵材料制造機(jī)床，受到機(jī)床制造行業(yè)和機(jī)床用戶的關(guān)注。
這種新型材料具有高阻尼性、高耐磨和耐腐蝕性、高精度和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可替代傳統(tǒng)鑄鐵、鑄鋼、天然花崗石等傳統(tǒng)材料?？蓮V泛應(yīng)用于機(jī)床、電子、醫(yī)療、航空、印刷等行業(yè)，用以提高設(shè)備的精度和速度，增加工作穩(wěn)定性，延長(zhǎng)工模使用壽命。
這種礦物鑄件制造技術(shù)來源于德國(guó)。經(jīng)過不斷發(fā)展，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多制造企業(yè)已基本掌握該鑄造技術(shù)，并具有相關(guān)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。如山東克萊澤新材料科技有限公司、蘇州凱爾曼新材料科技有限公司、山東納諾新材料科技有限公司、大連光洋鑄石床身有限公司等企業(yè)已掌握相關(guān)的制造技術(shù)，同時(shí)也初步形成一定的市場(chǎng)規(guī)模。該技術(shù)與產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于很多數(shù)控設(shè)備及其他工業(yè)領(lǐng)域，并因其良好的節(jié)能性能和經(jīng)濟(jì)特性，正受到越來越多的用戶青睞。
礦物材料鑄件的制造技術(shù)
1.礦物材料鑄件的成型原理
礦物材料鑄件也稱人造大理石或樹脂混凝土，是一種新型復(fù)合節(jié)能環(huán)保材料鑄件。該礦物材料是以改性環(huán)氧樹脂和固化劑為膠結(jié)劑，以花崗巖和石英砂顆粒為集料，采用科學(xué)級(jí)配比并加入一定的輔助劑，經(jīng)多道工藝復(fù)合而成的一種鑄件。在常溫下澆鑄而成，成型精度高，尺寸穩(wěn)定。通過特殊的粘接劑實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜外形的鑄造，所以便于用來制造機(jī)床的結(jié)構(gòu)鑄件。
2.礦物材料鑄件的主要特點(diǎn)
礦物材料鑄件是一種相當(dāng)環(huán)保的材料鑄件。相對(duì)于傳統(tǒng)的鑄鐵材料鑄件，有其天然的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在:
（1）良好的減振性
礦物材料鑄件由于內(nèi)部顆粒結(jié)合密度小、分布均勻，其常溫復(fù)合成型的方式與鑄鐵材料采用高溫制造成型有著本質(zhì)區(qū)別，所以可以獲得極好的減振性，其阻尼特性是鑄鐵材料的10 倍左右（見圖1 礦物鑄件材料與鑄鐵材料阻尼特性對(duì)比），從而可大大減小機(jī)床加工時(shí)，機(jī)床振動(dòng)對(duì)機(jī)床加工精度所造成的影響。
圖1 礦物鑄件材料與鑄鐵材料阻尼特性對(duì)比
（2）極佳的熱穩(wěn)定性
礦物材料鑄件是在常溫下合成，其固化反應(yīng)放熱量低而且成型時(shí)收縮變形小，其內(nèi)部殘余應(yīng)力集中小，成型精度高。礦物鑄件的熱傳導(dǎo)率數(shù)一般為:1~3W/mK, 而鑄鐵鑄件的熱傳導(dǎo)率數(shù)一般為40~50W/mK，因此，礦物鑄件對(duì)加工環(huán)境所產(chǎn)生的熱量及高溫不敏感，從而有利于保證機(jī)床的精度。
（3）成型能力強(qiáng)、周期短且精度高
礦物材料鑄件具有很好的成型能力，可以把線管、液壓管、鋼件等其他嵌件預(yù)埋在鑄件中并一次成型，且由于礦物材料的低粘度和固化成型時(shí)的低收縮率，從而使礦物鑄件獲得較好的精度及表面粗糙度，進(jìn)一步降低了機(jī)械加工的成本，同時(shí)，也使鑄件的交貨周期從幾個(gè)月縮短為十幾天。極大地節(jié)約了時(shí)間和生產(chǎn)成本，也提高了用戶的生產(chǎn)效率并能獲得極好的經(jīng)濟(jì)效益。
（4）耐腐蝕性強(qiáng)
礦物材料鑄件具有極好的耐化學(xué)品性能，能抵抗酸堿性溶液、冷卻液、切削液等化學(xué)品的腐蝕。而鑄鐵鑄件由于其原材料為鑄鐵，往往對(duì)酸堿性溶液、冷卻液、切削液的耐腐蝕性差，容易生銹。礦物材料鑄件因其電絕緣、不導(dǎo)磁、耐腐蝕，具有極好的物理化學(xué)惰性，耐用時(shí)間長(zhǎng)。
（5）降低加工、裝配成本，設(shè)計(jì)包容性好。
礦物材料鑄件是可以常用的線管、液壓管、叉車槽、冷卻水管、排屑槽、鋼件等預(yù)先整合在鑄件中。從而使設(shè)計(jì)和生產(chǎn)達(dá)到最優(yōu)化，節(jié)省了加工及裝配時(shí)間，也降低了機(jī)加工、機(jī)械和電氣裝配以及物流轉(zhuǎn)運(yùn)等多方面的生產(chǎn)成本，所以，礦物材料鑄件的生產(chǎn)總成本比焊接結(jié)構(gòu)或者灰鑄鐵鑄件低。同時(shí)，鑄件整體外形美觀，結(jié)構(gòu)緊湊，特別適合機(jī)床床身的制作，包容性較好（見圖2）。
圖2 礦物鑄件的設(shè)計(jì)包容性
3.礦物材料鑄件的制造工藝流程
雖然不同用途的礦物材料鑄件，其制造工藝流程會(huì)有差別，但就總體而言，其制造工藝流程大致相同，具體可以分為: 原材料配比、混合攪拌、模具制作、部件裝配、澆鑄、夯實(shí)鑄件，最后成型（見圖3）。
圖3 礦物材料鑄件的制造工藝流程圖
（1）原材料配比
礦物鑄件是由砂石、填充料、樹脂膠黏劑、固化劑、緩凝劑等原材料按照一定的百分比調(diào)配而成的。其原材料的比率多少往往對(duì)礦物鑄件有較大影響，另外，砂石的種類、硬度、粒度大小、形狀和含水率都會(huì)對(duì)礦物鑄件的強(qiáng)度等有比較大的影響，所以，只有不斷研發(fā)、試驗(yàn)、優(yōu)化原材料比率，才能鑄造出更好的礦物鑄件。
（2）混合攪拌
通過攪拌機(jī)或者數(shù)控化式連續(xù)式攪拌機(jī)讓各類砂石、填充料、膠黏劑和添加劑均勻分布和充分混合的過程。攪拌時(shí)間不能過短，否則混料不充分; 同時(shí)需要攪拌均勻、使砂石填料充分潤(rùn)濕，否則會(huì)影響澆鑄后的產(chǎn)品的性能。
（3）模具制作及部件裝配
預(yù)先制作相應(yīng)的專用模具，并將其他環(huán)節(jié)的線管、液壓管、叉車槽、冷卻水管、排屑槽、鋼件等圖1 礦物鑄件材料與鑄鐵材料阻尼特性對(duì)比圖2 礦物鑄件的設(shè)計(jì)包容性預(yù)先整合在模具中，便于鑄件的整體澆注成型。
（4）澆注
將充分?jǐn)嚢璧脑牧蠞补嗳腩A(yù)先做好的模具中。與普通鑄鐵澆注類似，該過程要盡可能快速的完成。同時(shí)還要通過機(jī)械振動(dòng)的方式，減少氣泡，讓原料快速、緊密的結(jié)合。與鑄鐵材料澆注相比，澆注是在常溫下完成，其能耗較低，符合低碳節(jié)能環(huán)保的要求。
（5）固化成型
在常溫下即可固化形成礦物鑄件。而鑄鐵鑄件往往需要較長(zhǎng)的制造周期，且過程復(fù)雜，而礦物鑄件其制造周期一般為10~15 天左右，所以礦物鑄件大大縮短了生產(chǎn)周期。降低了生產(chǎn)成本。
礦物材料鑄件的主要技術(shù)參數(shù)
礦物鑄件由于材料不同，與鑄鐵鑄件相比，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)（如: 抗壓強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等）比鑄鐵鑄件要遜色一些。為解決此難題，一般礦物鑄件其鑄造壁厚設(shè)計(jì)為鑄鐵的3~4 倍，以滿足其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。然而，其優(yōu)勢(shì)是密度小、比重低，熱傳導(dǎo)率低，成型快，精度高，具體對(duì)比見表1。
表1 礦物鑄件技術(shù)參數(shù)與鑄鐵鑄件對(duì)比
另外，礦物材料鑄件其熱變形小，成型精度高，加工余量一般較少，所以相應(yīng)減少了加工成本。
礦物材料鑄件的應(yīng)用前景
礦物鑄件經(jīng)過不斷地開發(fā)及應(yīng)用，現(xiàn)已經(jīng)在一些領(lǐng)域廣泛使用，與傳統(tǒng)的鑄鐵鑄件相比，具有很多獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，已越來越受眾多工業(yè)企業(yè)的青睞（見圖4）。
圖4 礦物材料鑄件應(yīng)用
隨著礦物鑄件樹脂配方體系的不斷開發(fā)和完善，集料種類的選擇和級(jí)配的不斷優(yōu)化，以及礦物材料鑄件產(chǎn)品力學(xué)性能測(cè)試的不斷提升，從而可生產(chǎn)出更加高品質(zhì)的礦物材料鑄件產(chǎn)品，以獲得更多用戶的認(rèn)可和青睞。
隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷發(fā)展，以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，將會(huì)有越來越多的鑄造行業(yè)企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，越來越多的企業(yè)將會(huì)采用這種新型材料制造設(shè)備，以減少使用傳統(tǒng)鑄鐵材料所產(chǎn)生的工業(yè)廢水、廢渣、廢氣所帶來的環(huán)境污染。
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