[发明专利]一种高比强度比刚度材料增强的夹芯结构

说明书

本发明涉及铸件技术领域，具体涉及一种高比强度比刚度材料增强的夹芯结构，包括铸件本体，该铸件本体内形成若干空腔，所述空腔内填充有填充物；本发明将传统铸件和新型轻量化材料结合在一起，铸件本体是整体铸造成形，铸造完后需做去应力处理。在铸件本体的型腔内填充高比强度、高比刚度材料，材料的密度0.3～0.4g/cm3，其比强度是铸件的几十倍，填充材料贯通铸件本体型腔，形成一个整体，填充材料与本体之间，无论承载强度和静刚度，还是动刚度都更具优势；此外，填充材料为蜂窝状材料，属于高阻尼材料，吸震性能优良；采用这种结构的主轴箱，动态性能更优，加工精度和稳定性更高。

技术领域

本发明涉及铸件技术领域，特别是涉及一种高比强度比刚度材料增强的夹芯结构。

背景技术

加工中心机即金属加工中心机床，也叫CNC机床，简称加工中心(英文名是Computerized Numerical Control Machine简称CNC)。金属加工中心机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成的、适用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。

目前机床光机的几大件基本都是采用铸铁材料，为提高机床结构的刚性，一般从两个方面着手：一方面，是优化铸件结构尺寸和筋条布置(如一种高刚性筋板结构的立柱，中国专利申请号：201810429320.7；一种数控机床底座的高刚性结构，申请号：201721633807.4)。另一方面，是从铸件材质、铸造和热处理工艺着手，提高材料本身的强度和弹性模量(一种高强度薄壁灰铁铸件的制备方法，中国专利申请号：201811148687.8)。

化铸件结构尺寸和筋条布置，可一定程度上提高结构的刚性，但主要是提高了结构的静刚度，对动刚度的提高很有限。现代数控机床最求的是极优的动态特性，动刚度对机床的实际加工精度和稳定性影响更大。优化铸件的材质、铸造和热处理工艺，可一定程度上提高材料的抗拉强度和弹性模量，使结构承载能力和刚性都得到提高。但这种铸件一般要添加贵重金属、稀土等稀有材料，不符合资源节约型的理念，另一方面相关铸造和热处理关键技术的突破也较难，材料本身性能的提升的空间也有限。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种将传统铸件和新型轻量化材料结合在一起，铸件本体是整体铸造成形，铸造完后需做去应力处理。然后通过特殊工艺，在铸件本体的型腔内填充高比强度、高比刚度材料的高比强度比刚度材料增强的夹芯结构。

本发明所采用的技术方案是：一种高比强度比刚度材料增强的夹芯结构，包括铸件本体，该铸件本体内形成若干空腔，所述空腔内填充有填充物。

对上述方案的进一步改进为，所述铸件本体为一体铸造成型。

对上述方案的进一步改进为，所述铸件本体为去除应力处理。

对上述方案的进一步改进为，所述空腔内设置隔板和犄角。

对上述方案的进一步改进为，所述隔板开设有减重孔。

对上述方案的进一步改进为，所述填充物为高阻尼材料填充。

对上述方案的进一步改进为，所述填充物为蜂窝状填充物。

对上述方案的进一步改进为，所述填充物密度为0.3～0.4g/cm³。

本发明的有益效果是：

高比强度比刚度材料增强的夹芯结构，包括铸件本体，该铸件本体内形成若干空腔，所述空腔内填充有填充物，实现了更高强度和更高刚性的情况下，减轻了结构的总质量。相比传统结构尺寸及筋条布置优化的方式，结构强度提高15～20％，刚性提高40～50％，总质量减轻20～25％。相比优化铸件材质及相关铸造和热处理工艺的方式，结构强度提高8～10％，刚性提高20～25％，总质量减轻6～9％，制造成本比后者更低。