[发明专利]低应力高精度大型床身铸件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型床身铸件的制备工艺及应用，尤其是涉及低应力高精度大型床身铸件的制备方法。

背景技术

高档大型数控机床是现代装备制造业的关键设备，也是制造业智能化的核心装备。床身是机床最重要的基础部件，它是机床各项几何精度的测定基准，作为整机基座，其它零部件搭载其上工作。高档大型数控机床的床身铸件，占机床总重量约70～80％，重量一般在数十吨吨至上百吨之间，床身铸件铸造质量要求很高，它在保证大型数控精密机床的加工性能、精度及精度保持性方面起着至关重要的作用。床身铸件生产风险很大，报废一件，直接经济损失就可能达到数十万元乃至上百万元，且稳定性不好有可能在整机运行中造成重大的质量事故。目前我国国产的高档大型数控机床，大都是购买国外关键功能部件，再加上自己的结构件组装而成。装配的机床在精度、可靠性方面和国外产品存在较大差距，因而限制了国产高档大型数控机床在很多关键工业领域的应用。高档大型数控床身主要由特定的铸铁铸造而成，床身铸件精度稳定性将在很大程度上决定机床整机性能。

人们研究认为在铸造过程中影响机床床身铸件尺寸精度稳定性的因素主要包括铸造过程中产生的变形，以及铸后的应力残余引起零件微观形变。上述两方面因素往往导致床身在使用过程中，或是使用一段时间之后，由于组织不均匀、应力状态的变化或不稳定，致使机床整机精度稳定性下降。为了保障床身铸件尺寸精度和稳定性，本发明提出，在床身铸件铸造过程中，通过控制化学成分、铸造工艺以及后处理，来改善铸件的金相组织和相组成均一性，进而改善床身铸件的尺寸精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低应力高精度大型床身铸件的生产工艺及其应用，解决现有大型床身铸件成分及组织易于不均匀，残余应力过大的问题，目的在于均匀铸件组织，获得低应力高精度的铸件。用于加工长度＞10米的高精度大型机床床身部位。

本发明是通过控制化学成分、铸造工艺以及后处理来实现的，其技术方案包括以下步骤：

(1)化学成分设计，按照质量百分比，高碳当量为3.8％～3.85％、高硅碳比为0.72～0.82，具体元素含量如下：C 3.05％～3.10％，Si 2.20％～2.30％，Mn 0.8％～1.10％，S 0.06％～0.08％，P 0.03％～0.05％，Cu 0.4％，Sn 0.03％；视铸铁牌号和达标情况，可在上述成分的基础上加入0.2％～0.3％Mo及0.05％Nb。

(2)床身铸件的砂型制作：增加铸型和型芯的退让性，浇冒口设置位于铸件质心部位，实现铸件各部分均衡凝固，消除铸造缺陷；提高砂型精度，减少飞边毛刺；设置变截面冷却筋改变铸件应力的分布与大小；

(3)液态金属熔炼、孕育及浇注：将原料置于感应电炉或冲天炉中熔炼，采用硅铁、锰铁脱氧，用硅-钙扩散脱氧精炼，熔炼温度为1400～1500℃，孕育剂采用组合添加原料0.3％的Si-Ca及0.3％的Si-Ba两种孕育剂，强化并延长孕育效果且使石墨略微蠕化，必要时添加部分Re-Si-Fe。孕育剂预热到200℃再加入，铁水出炉温度不低于1430℃，浇注温度为1360～1400℃，浇铸后及时搬开压铁，铸件材料组成元素的质量百分比化学成分为HT350～HT150中的任意一种化学组成；

浇注时，在浇铸冷却至750～350℃温度区间时设置保温平台(1～2个，视铸铁牌号、铸件大小与结构)，如在550℃设置保温平台，保温1小时以上，然后空冷。并且延长铸件留在铸型内冷却时间，150～200℃以下打箱。

作为优选，所述铁水熔炼采用中频感应电炉。

作为优选，铸件材料组成元素的质量百分比成分为HT300，或HT350。

作为优选，铁水出炉温度为1450℃，浇注温度为1400℃。

(4)后处理：

①热时效处理：控制去应力退火的升降温速度，升温速度30～50℃/h，升降温过程中每隔100℃设1h温度停留平台以均衡温度；在350℃～200℃阶段，降温速度10℃/h；出炉温度不高于200℃，热处理炉的温度差≤10℃；

②振动时效处理：根据不同的铸铁牌号和铸件结构确定振动时效工艺，选择振型比较均匀的低阶固有频率进行激振，激振点选择该阶振型的波峰位置，铸件支撑点选择在该阶振型的节线处。

本发明具有以下有益效果：

1、在残余应力的产生阶段对铸件化学成分的控制以及铸造工艺的控制，获得组织、结构均匀的铸件，可以实现从本质上大幅降低残余应力的产生，进而实现高精度的目标；