礦物鑄件床身的好處在哪里？

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礦物鑄件床身的好處在哪里？

作為結(jié)構(gòu)材料，礦物鑄件（人造花崗石又叫樹脂混凝土）在機(jī)床行業(yè)被廣泛接受已經(jīng)40多年了。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐洲，每10臺(tái)機(jī)床就有3臺(tái)使用礦物鑄件(Mineral casting)做床身。然而，在國內(nèi)并沒有國標(biāo)的情況下，礦物鑄件材料以及生產(chǎn)廠家也是八仙過海各顯神通，在礦物鑄件的配方、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作、檢測(cè)等有著非常大的差異，這使得前期有不少終端用戶和礦物鑄件制造廠家有過慘痛的經(jīng)歷，使用不當(dāng)?shù)慕?jīng)歷、不完整或錯(cuò)誤的信息都會(huì)導(dǎo)致對(duì)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。

工程機(jī)械類的底座一般分鑄鐵、礦物鑄件(mineral casting)（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)，均各具特性和優(yōu)缺點(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。

結(jié)構(gòu)材料的兩個(gè)重要功能—─保證部件的幾何尺寸、位置和吸收能量，對(duì)材料分別提出了性能要求（靜態(tài)、動(dòng)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）。

礦物鑄件床身(Mineral casting)的制作過程看似簡(jiǎn)單，其實(shí)一個(gè)成功的礦物鑄件床身從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、模具設(shè)計(jì)與制造、配方的選擇與優(yōu)化、材料的選擇、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的工藝選擇、脫模輔料的選擇與使用、精密加工的時(shí)機(jī)與加工設(shè)備與加工工藝、檢測(cè)設(shè)備與檢測(cè)手段等，每個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)最終的礦物鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和用戶體驗(yàn)有著直接的關(guān)系。目前，在國內(nèi)技術(shù)較早從事礦物鑄件技術(shù)與應(yīng)用研究、技術(shù)成熟、規(guī)模比較大的礦物鑄件床身的制造商中，有采用德國技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)普樹脂應(yīng)用技術(shù)（太倉）有限公司，寶麗斯通裝備技術(shù)（蘇州）有限公司，大連光洋科技集團(tuán)，施耐博格、埃馬克、南通盟鼎新材料有限公司等；也有采用采用其它標(biāo)準(zhǔn)的山東美克、山東納諾，山東克萊澤等。而作為礦物鑄件膠黏系統(tǒng)的樹脂和固化劑的不同選擇則對(duì)礦物鑄件的剛性、長期尺寸精度的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的影響。目前，在國內(nèi)所有的內(nèi)資外資的礦物鑄件床身的制造公司中，同時(shí)掌握和擁有自己的礦物鑄件專用樹脂膠黏材料的公司只有德國藍(lán)普和寶麗斯通裝備技術(shù)兩家。

一、對(duì)結(jié)構(gòu)材料的性能要求

1、靜態(tài)特性

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(duì)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。和其它環(huán)氧樹脂復(fù)合材料一樣，礦物鑄件材料在比抗壓強(qiáng)度、比抗彎曲強(qiáng)度、比彈性模量等方面和鑄鐵材料處于相同的范圍，其中寶麗斯通公司的高強(qiáng)度礦物鑄件KL800已經(jīng)接近部分合金鋼。

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、合金鋼有相同的比剛度，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，礦物鑄件的產(chǎn)品設(shè)計(jì)在比較薄的地方或者承重部分要求厚度通常是鑄鐵件的3~4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(huì)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(tái)、托盤、換刀裝置、拖板、主軸支架）。結(jié)構(gòu)件的大小、重量通常是受礦物鑄件廠家的攪拌設(shè)備、振動(dòng)設(shè)備限制，在不分體制作的情況下，礦物鑄件的單個(gè)產(chǎn)品重量基本上被限制在8噸以內(nèi)，10噸以上的一體式礦物鑄件產(chǎn)品一般較為少見。

2. 動(dòng)態(tài)特性

軸的旋轉(zhuǎn)速度和/或加速度越大，機(jī)器的動(dòng)態(tài)性能就越顯重要?？焖俣ㄎ?、刀具快速置換、高速進(jìn)給對(duì)機(jī)器結(jié)構(gòu)件不斷地強(qiáng)化機(jī)械共振和動(dòng)態(tài)激勵(lì)。除了部件的尺寸設(shè)計(jì)，部件的撓曲性、質(zhì)量分布、動(dòng)態(tài)剛性都很大程度上受材料阻尼特性的影響。礦物鑄件6倍于鑄鐵的高阻尼特性，讓礦物鑄件材料的床身具有更加良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定性。

礦物鑄件的使用為這些問題提供了一個(gè)良好的解決方案。因?yàn)樗葌鹘y(tǒng)鑄鐵的吸振性能好10倍，能大幅吸收振幅和固有頻率。礦物鑄件能夠?yàn)樵O(shè)備提供更加安靜和長期動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的性能，從而提高工件的加工質(zhì)量、降低刀具損耗、減少設(shè)備的維護(hù)頻率、延長設(shè)備的使用壽命。

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(duì)大型發(fā)動(dòng)機(jī)和離心機(jī)不同材質(zhì)的底座、傳動(dòng)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(jí)別局部減弱20%的功效。礦物鑄件床身的這一特性，讓設(shè)備區(qū)域的工作環(huán)境更加安靜，改善工人的工作環(huán)境。

3. 熱性能

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(duì)短暫的溫度影響（如更換工件）和周邊溫度波動(dòng)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。礦物鑄件材料的絕緣、隔熱特性，使得使用礦物鑄件床身的設(shè)備在短期的溫度變化中更加穩(wěn)定。

對(duì)于作為數(shù)控裝備骨架的床身而言，熱穩(wěn)定也是影響工件良品率和精度的關(guān)鍵因素之一。熱穩(wěn)定性好的床身不會(huì)因溫度的急劇變化而變化，這對(duì)于依靠安裝在機(jī)床設(shè)備上邊的導(dǎo)軌的精度非常關(guān)鍵。導(dǎo)軌安裝精度的變化過大，必然會(huì)影響在導(dǎo)軌上運(yùn)行的傳動(dòng)部件的運(yùn)行軌跡，進(jìn)而影響設(shè)備的產(chǎn)出品的質(zhì)量。

4. 耐腐蝕性

作為環(huán)氧樹脂復(fù)合材料之一，礦物鑄件材料和鑄鐵及其它鋼制材料相比具有更好的耐酸堿腐蝕性。對(duì)于需要長期在切削液等堿性環(huán)境下運(yùn)行的床身而言，耐酸堿腐蝕的床身，毫無疑問，床身表面，導(dǎo)軌安裝面、絲桿座、馬達(dá)座、載臺(tái)的安裝的表面精度以及安裝螺紋孔等可以在更長時(shí)間保持穩(wěn)定。為充分發(fā)揮這一特性，追求高附加值的礦物鑄件制造廠，如寶麗斯通、南通盟鼎等會(huì)采用不銹鋼材質(zhì)的螺紋鑲嵌件來實(shí)現(xiàn)比碳鋼更好的美觀度、強(qiáng)度和使用壽命。