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礦物（wù）鑄件材料在（zài）機床的應用及前景

2019-11-7 來源：成都（dōu）普瑞斯數控機床有限（xiàn）公司作者：李青（qīng）

公（gōng）司展出的VMC60B 立式加工中心、大連科德數控股份有限公司展出（chū）的KMC400S U 五軸銑車複合立式加工中（zhōng）心等機床，廣（guǎng）泛采用一種新型節能、環保的高強度人造花崗石礦（kuàng）物鑄件材料，用以替代傳（chuán）統的鑄鐵材料製造（zào）機床（chuáng），受到機床製（zhì）造行業和機床用戶的關注。

這種新型（xíng）材料具有高阻尼性、高耐磨和（hé）耐腐（fǔ）蝕性、高精度和高穩定性等特（tè）點，可替代傳統鑄鐵、鑄鋼、天（tiān）然花崗石等傳統（tǒng）材料。可廣泛應用於機床（chuáng）、電子（zǐ）、醫療、航空、印刷等行業，用以提高設備的（de）精度（dù）和速度，增加工（gōng）作穩定性，延長工模使用（yòng）壽命（mìng）。

這種礦物鑄件製造技術來（lái）源於德（dé）國。經過不斷（duàn）發展，現在國內（nèi）很多製造（zào）企業已基本掌握該（gāi）鑄造技（jì）術，並（bìng）具有相關自主知識產權。如山東克萊澤新材料科（kē）技（jì）有限（xiàn）公司、蘇州凱爾曼新材料科技有（yǒu）限公司、山東納諾新材料科技有（yǒu）限公司、大連光洋鑄（zhù）石床身有限公司等企業已掌握相關的製造技術，同時也初步形成（chéng）一定的（de）市（shì）場規模。該技術與產品已（yǐ）被廣泛應用於很多（duō）數控設備（bèi）及其他工業領域，並因其良好的節能（néng）性能和經濟特性，正受到越來越多的用戶青睞。

礦物材料鑄件的製造（zào）技術（shù）

1.礦物材料鑄件的成型原理

礦物材（cái）料鑄件也稱人造大理石或樹脂混凝土，是一種新型複合節能環保材料鑄件。該礦物材（cái）料是以改性環氧樹（shù）脂和固化劑為膠結劑，以花崗岩和石英砂顆粒為集料，采用科學（xué）級配比並加入（rù）一定的輔助劑，經多（duō）道工藝複合而成的一種鑄件。在常（cháng）溫下澆鑄而（ér）成，成型精度高，尺寸穩定。通過特殊的粘接劑實現了複雜外形的（de）鑄造，所以便於用來製造機床的結構鑄件。

2.礦物材料鑄件的主要特點

礦物材料鑄件是一種相當環保的材料鑄件。相對於傳（chuán）統的（de）鑄鐵材料鑄件（jiàn），有其天然的獨特優勢，主（zhǔ）要體現在:

（1）良好的減振（zhèn）性

礦物材料鑄件由於內部（bù）顆粒結合密度小、分（fèn）布均勻，其常溫複合成型的方式與鑄鐵材料采用高溫製造成型有著本質區別，所以可以獲得極好（hǎo）的減振（zhèn）性，其阻尼（ní）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（zǔ）尼特性對比），從而可大（dà）大減小機床加工時，機床振動對機床加工精度所造（zào）成（chéng）的影響。

圖1 礦物鑄件材料與鑄（zhù）鐵材料阻尼特性對比

（2）極佳的熱穩定性

礦物材料（liào）鑄件（jiàn）是在常溫下合成，其固（gù）化反應放熱量低而且成型時收縮（suō）變形小，其內（nèi）部殘餘應力集中小，成型精度高。礦物鑄件的熱傳導率數一般為:1~3W/mK, 而鑄（zhù）鐵（tiě）鑄件的熱傳導率數（shù）一般為（wéi）40~50W/mK，因此，礦物鑄件對加工環境所產生的熱量及高溫不敏感，從而有利於保證機床的精度。

（3）成（chéng）型能力強、周期短且精度高

礦物材料鑄件（jiàn）具有很好的成型能力，可以把線管、液壓管、鋼件等其（qí）他嵌件預埋在鑄件中並一次成型，且由於礦物材料的低粘度和固化成型時的低收縮率，從而使礦物（wù）鑄件（jiàn）獲得較好的精度及表麵粗糙度，進一步降低了機械加工的成本，同時（shí），也使（shǐ）鑄件的交貨周期從幾個月縮短為十幾（jǐ）天。極大地節（jiē）約了時（shí）間和生產成本，也提高了用（yòng）戶的生產（chǎn）效（xiào）率並能獲得極好的經濟效益。

（4）耐腐蝕性強

礦（kuàng）物材料鑄件具有極好的耐化學品性能，能抵抗酸堿性溶液、冷卻液、切削液等化學品的腐蝕。而鑄鐵鑄件由於其原材料為鑄鐵，往往對酸堿（jiǎn）性溶液、冷（lěng）卻液、切削液的耐腐蝕性差（chà），容易生鏽。礦物材（cái）料鑄（zhù）件因其電絕緣（yuán）、不導磁、耐腐蝕，具有極好的物理（lǐ）化學惰性，耐用時間長。

（5）降低加工、裝配成本，設計包容性好。

礦物材料鑄件是可以常用的線管、液壓管、叉車（chē）槽、冷卻水（shuǐ）管、排屑槽、鋼件等預（yù）先整（zhěng）合（hé）在鑄件中。從而使（shǐ）設計（jì）和生產達到最優化，節省了加工及裝配時間，也降低了機加工、機械和電氣裝配（pèi）以及物流轉運等多方麵的生產成本，所以，礦物材料鑄件的生產總成本比焊接結（jié）構或者灰鑄鐵鑄件低。同時，鑄件整體外形美觀，結構緊（jǐn）湊，特（tè）別適合機床床身（shēn）的製作，包容性（xìng）較好（見圖2）。

圖2 礦物鑄（zhù）件的設計包容性

3.礦物材料鑄件的製造工藝流程

雖然不同用途的礦物材（cái）料鑄件，其製造工藝流程會有差別，但就總體而言，其製造工藝（yì）流程大致相同，具體可以分為: 原材料（liào）配比、混合攪拌、模具製作、部件裝配、澆鑄、夯實鑄件，最後成型（見圖3）。

圖3 礦物材料鑄件的製造工藝流程圖

（1）原材料配比

礦物鑄件是由（yóu）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配而成的。其原材料的比（bǐ）率（lǜ）多少往往（wǎng）對礦物鑄件（jiàn）有較大（dà）影響，另外，砂（shā）石的種類、硬度、粒度大小、形狀（zhuàng）和含水率都（dōu）會對礦物鑄件（jiàn）的強度等有比較大的影響（xiǎng），所以，隻（zhī）有（yǒu）不斷研發、試驗、優化原材料比率，才能鑄造（zào）出更好的礦（kuàng）物鑄件。

（2）混合攪拌

通過攪拌（bàn）機或者數控化式連續式（shì）攪拌機（jī）讓各類砂石、填充（chōng）料、膠（jiāo）黏劑和添加劑均勻分布和充分混合的過程。攪拌時間不能過短，否則（zé）混料不充分; 同時需要攪拌均勻、使（shǐ）砂石填料充分潤濕，否則會影（yǐng）響澆（jiāo）鑄後的產品的性能。

（3）模具製作及部件裝配

預（yù）先製（zhì）作相應的專用模具，並將其他（tā）環節的線管、液壓管、叉車槽、冷卻水管、排屑槽、鋼件等圖1 礦物（wù）鑄件材料與鑄鐵材料阻尼特性對比圖2 礦物鑄件的設計包容性預先整合在模具中，便於鑄（zhù）件的整體澆（jiāo）注成型。

（4）澆注

將充分攪拌（bàn）的原材料澆灌入預先（xiān）做好的模具中。與普通鑄鐵澆注類似，該過程要盡可能快速（sù）的完成（chéng）。同時還要（yào）通過機械振動的方式，減少氣泡，讓（ràng）原料快速、緊密的結合。與鑄鐵材料澆注相（xiàng）比，澆注是在常溫下完成，其能耗較低，符合（hé）低碳節能環保的要求。

（5）固化成型

在（zài）常溫下即可固化形成礦物鑄件。而鑄鐵鑄（zhù）件往往需要較長的製造周期，且過程複雜，而礦物鑄件其製造（zào）周期一般為10~15 天左右，所以礦物鑄件大大縮短（duǎn）了生產周期。降低了生產成本。

礦物（wù）材料（liào）鑄件的主要技術參數

礦物鑄件由於材料不同，與鑄鐵鑄件相比，關鍵技術參數指（zhǐ）標（如: 抗壓強度、彎曲強度等）比鑄鐵鑄件要遜色（sè）一些。為解決此難題，一般礦（kuàng）物鑄件其鑄造壁（bì）厚設計（jì）為鑄鐵的3~4 倍，以滿足其結構的強度要求。然而，其優勢是密度小（xiǎo）、比重低（dī），熱傳（chuán）導率低，成型快，精度高，具體對比見表1。

表1 礦（kuàng）物鑄件技術參數與鑄鐵鑄件對比

另外，礦物材料鑄件其熱（rè）變（biàn）形小，成型精度高，加工餘量一般較少，所以相應減（jiǎn）少了加工成本。

礦物材料鑄件的應用前（qián）景（jǐng）

礦物鑄件經過不斷地開發及應用，現已經在一些領域（yù）廣泛使用，與（yǔ）傳統的（de）鑄鐵鑄件相（xiàng）比，具有很（hěn）多獨特的特點（diǎn）和優勢，已越來越受（shòu）眾多工（gōng）業企業的青睞（見圖4）。

圖4 礦物材（cái）料鑄（zhù）件應用

隨著礦物鑄件樹脂配方體係（xì）的不斷開發和完善，集料種（zhǒng）類的（de）選擇和（hé）級配的不斷優化，以及礦物材料鑄件產品力學（xué）性能（néng）測試的不斷提升，從而可生產出更加高品質（zhì）的礦物（wù）材（cái）料鑄（zhù）件產品，以獲得更多用戶的認可和青睞。

隨著我國工業水平的不斷發展，以及對環境保護的要求越來越高，將會有越來越多的（de）鑄造行業企業進行轉型升級，越來越（yuè）多的企業將會采用這種新型材料製造設（shè）備，以減少使用傳統鑄（zhù）鐵材料（liào）所產生的工業廢（fèi）水、廢（fèi）渣（zhā）、廢氣所帶來的（de）環境（jìng）汙染。

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