泊头市君源工量具有限公司

高精度的数控机床是现代机床的重要标志，其高精度指零部件的加工精度及其稳定性高，这要求机床铸件有较低的铸造应力和良好的尺寸精度稳定性。但床身铸件结构复杂，一般导轨较长，壁厚差较大，在凝固、冷却过程中由于温度场不均匀，容易产生热应力、相变应力、组织应力等而导致变形，严重影响其尺寸精度及保持性。然而，近年来关于机床铸件的残余应力及尺寸稳定性的研究报道很少，因铸件的残余应力引起的变形甚至开裂成为铸造行业的共性技术问题之一。
床身铸件采用水平阻流设计，横浇道内流体速度较大，末端延长段斜度较小，不能压实流体，液体容易卷气，导致气体进入导管和型腔，且水平阻流导致紊流倾向增加，充型不平稳，排渣效果差，铸件容易形成气孔和夹渣，造成应力不平衡，在后续的加工中容易引起变形。
床身导轨的温度场比其他部位大，且距离浇道越远、壁厚越大处温度越高，越容易产生热应力；铸件底部方孔附近和扁冒口位置温度场都比较低，凝固速度较快，冒口基本不能起到补缩作用，只是起到排气作用；铸件上箱铁液凝固较快，原因是方口位置和芯子接触，热传导系数大，冷却较快；而下箱床身导轨凝固较慢，且由于存在较大的壁厚差，温度分布不均匀，凝固时间相差较大，容易产生相变应力和组织应力。
在浇道上出现缩松缺陷，但不影响铸件的质量；床身的横导轨、竖导轨、节点等温差较大之处也出现缩松，容易引起收缩应力，可通过放置冷铁使铸件实现顺序凝固或利用内浇道的补缩作用加以减小、消除。床身的横导轨有明显的弯曲变形，导轨根部受到的拉应力比较大，约160~180MPa，应力集中也比较大，需要后续的组合时效处理来消除；导轨面上受压应力，约-70~180MPa；竖导轨较短，应力相对较小，拉应力约14~26MPa，压应力约-27~52MPa，因此变形也较小。
受床身铸件结构的影响，所测位置的残余应力多为压应力，测量值基本都在数值模拟所预测的范围之内；床身铸件在200℃和500℃下打箱后的较大残余应力分别为-95.7MPa和-172.9MPa，后者明显比前者大，较低的打箱温度有利于减小铸件的残余应力；球铁滑枕铸件粗加工前的较大残余应力为-65.5MPa(比灰铸铁床身铸件小)，由于机械加工容易产生机械应力，粗加工后的较大残余应力为-156.5MPa，明显增大。
超长床身的铸造一般采用地坑造型，其工艺设计及过程控制需要注意以下几个方面：
1)收缩率的控制
床身的收缩率一般长度方向取1.0%，宽度方向取0.8，高度方向取0.5%，考虑到胀箱等因素，宽度方向可以不留缩尺，甚至可以考虑将模样尺寸人为减小，以保证铸件的净尺寸在出件后符合要求。
2)留反变形量
根据铸件导轨的长度不等，导轨面上需要留凸起的反变形量5~25mm。当床身长度小于五米时，每一米铸件留1~2mm反变形量，当床身长度大于五米时，每一米铸件留反变形量1.5~2.5mm。有些床身的结构由于很不均匀，可能还会出现侧方向的弯曲，因此也需要在导轨侧面甚至整个床身侧面上都要留反变形量。
3)加工余量的预留
为了保证超长床身余量足够，一般在反变形量的基础上还需要再留一定的加工余量，加工余量不宜太大，不然加工完后导轨面会出现硬度不够的状况，一般留10一20mm。
4)浇注系统的设计
床身的浇注方式都是把导轨放在下面，铁水从床身两端由导轨长度方向进入，长度特别长的床身导轨可以采用底返雨淋浇注系统，采用这种方式可以保证铁水的流程不会太长，能有效防止出现砂眼、疏松、气孔、裂纹等铸造缺陷，保证床身的导轨上不存在影响床身使用性能的气孔、砂眼等铸造缺陷。
5)冒口的设计
床身的冒口形式以采用耳冒口居多，在厚大的部位要用冷铁进行包敷，为防止形成接触热节，冒口的放置位置还应避开厚大的部位。
6)模板的设计
长度较长床身的模板可做成2至3段，每段之间采用用燕尾销来连接。如果不用外模纯粹用砂芯组合起来的话，需要人为的将形成外型的砂芯分成几段，以便于制芯、下芯操作的方便。
超长床身的铸造要充分考虑零件的结构特点，合理的选取各种工艺参数，正确调整铁水的配方并保证铁水的温度，这样就可以将床身成功的铸造出来。
4结论
(1)水平阻流设计充型不平稳、有紊流倾向、容易卷气、不利于排渣，可采用去除阻流片设计优化浇注系统。
(2)床身铸件温度场分布不均匀，上箱凝固比下箱快，床身导轨及节点处容易产生热应力、相变应力、组织应力，铸件上出现缩松缺陷也易引起收缩应力。
(3)床身横导轨有较大的残余应力：拉应力160~180MPa，压应力-70~-180MPa；竖导轨的残余应力相对较小：拉应力14~26MPa，压应力-27~-52MPa；床身在长度方向变形量较大，在宽度和高度方向的变形量较小，没有发生挠曲变形。
(4)盲孔法测量的残余应力结果与数值模拟基本相符，灰铸铁件的残余应力比球墨铸铁件大，较低的打箱温度有利于减小残余应力，而粗加工容易增大残余应力。