目前我國在汽車、航空、鐵路、國防等重要領(lǐng)域所需的高檔數(shù)控機(jī)床長期依賴進(jìn)口，機(jī)床的加工精度及精度保持性差是擋不住進(jìn)口的重要原因之一；鑄鐵床身是機(jī)床的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件，其尺寸精度及精度保持性是影響機(jī)床加工精度及精度保持性的關(guān)鍵。因此，研制出高精度保持性的床身對(duì)進(jìn)一步提高國產(chǎn)數(shù)控精密機(jī)床的產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力具有重要意義。床身鑄件的剛度(包括鑄件材質(zhì)剛度、結(jié)構(gòu)剛度)和殘余應(yīng)力是影響床身精度保持性的重要因素，本研究根據(jù)床身的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)薄、厚兩種不同結(jié)構(gòu)尺寸的T型床身導(dǎo)軌試樣代表床身鑄件。在相同的熔煉條件下澆注具有不同碳當(dāng)量與合金化的灰鑄鐵和球墨鑄鐵試樣，并進(jìn)行不同的熱時(shí)效處理，測(cè)量試樣的殘余應(yīng)力和直線度及直線度隨時(shí)間的變化量，研究碳當(dāng)量、殘余應(yīng)力、材質(zhì)剛度和結(jié)構(gòu)剛度等對(duì)T型床身導(dǎo)軌試樣精度及精度保持性的影響。為優(yōu)化床身結(jié)構(gòu)、提高鑄件剛度、降低殘余應(yīng)力，從而提高鑄件的抗變形能力、提高床身的精度及精度保持性提供理論依據(jù)。
隨著重型工業(yè)的發(fā)展，重型、超重型機(jī)床的需求量快速增加，大型、超大型機(jī)床鑄件也就應(yīng)運(yùn)而生。過去50t左右，一個(gè)重型機(jī)床的橫梁、工作臺(tái)要分幾段來完成，這樣不但加重機(jī)床的質(zhì)量，增加加工和裝配費(fèi)用，而且?guī)锥舞T件的組織和性能不能達(dá)到完全一致，機(jī)床質(zhì)量得不到保證。機(jī)床橫梁鑄件長度達(dá)到20.5m，鑄件毛坯質(zhì)量146t，這種長度很長的鑄件。在
機(jī)床鑄件材料鑄造性能較好、鑄件本身幾乎沒有鑄造缺陷的情況下，有時(shí)會(huì)由于其撓曲變形量大于加工量而使鑄件報(bào)廢，因此，研究其撓曲變形的影響因素就有非常重要的意義。
1鑄件結(jié)構(gòu)的影響
由于鑄件的壁厚不均等原因，造成鑄件各部分凝固、冷卻速度不同，引起收縮不一致，會(huì)使鑄鐵產(chǎn)生撓曲變形，這是影響鑄件變形的主要因素。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，5m以下鑄件的變形可以忽略，通過加工量就可以解決；而對(duì)于5m以上鑄件，需要分析鑄件結(jié)構(gòu)來預(yù)估其變形量。首先要考慮的是鑄件的長度、寬度和高度的大小，平板類鑄件的變形量要大于箱體結(jié)構(gòu)鑄件的變形量，具體的數(shù)值要根據(jù)壁厚和筋板的分布來預(yù)估；其次是壁厚的差異，如果鑄件厚大部分和薄壁部分的數(shù)值差距太大，相對(duì)而言變形自然就會(huì)大，這時(shí)有些鑄件可以通過鑄造工藝來調(diào)整，有些只能通過反變形量來調(diào)整。
橫梁、床身、工作臺(tái)類鑄件，無論是球墨鑄鐵還是灰鑄鐵，變形量都較大。鑄件長度為5~6m時(shí)，其變形量約為1一1.2mm/m；鑄件長度為7一8m時(shí)，其變形量約為1.5一1.8mm/m；鑄件長度為8一10m時(shí)，其變形量約為Zmm/m；鑄件長度大于10m時(shí)，一般要采用二次撓度，二次撓度的數(shù)值要比一次撓度略大，因?yàn)殍T件的變形是近似拋物線狀的，離變形的中心越遠(yuǎn)，弧線的斜度越大。立柱類鑄件因?yàn)槠涓叨容^高，基本都在2m以上，而寬度較小，屬于又窄又高的結(jié)構(gòu)，即使長度較大，此類鑄件基本上也不會(huì)變形；箱體類結(jié)構(gòu)因?yàn)楦鞣较虻谋诤褫^均勻，收縮也較均勻，鑄件基本不變形。
2化學(xué)成分的影響
不同牌號(hào)的鑄鐵件由于組織、成分的差異，其抵抗變形的能力也不同。灰鑄鐵石墨呈片狀，在基體中起到割裂基體的作用。低牌號(hào)灰鑄鐵量高，金相組織為鐵素體和粗大的片狀石墨，抗拉強(qiáng)度和硬度較低，抵抗變形的能力較差；高牌號(hào)灰鑄鐵量低，金相組織為珠光體和細(xì)小的片狀石墨，抗拉強(qiáng)度和硬度較高，抵抗變形的能力相對(duì)較好；而球墨鑄鐵雖然量高，但主要以球狀石墨形式存在，鑄件有高的力學(xué)性能，抵抗變形的能力較好。灰鑄鐵的凝固方式是順序凝固，先凝固部分凝固時(shí)產(chǎn)生收縮，而未凝固部分尚處于液態(tài)，變形比較容易；球墨鑄鐵的凝固方式是糊狀凝固，在凝固的過程中，整個(gè)鑄件同時(shí)凝固，由于壁厚及冷卻條件的差異，收縮系數(shù)不一致，因而產(chǎn)生的收縮量也不一致，產(chǎn)生變形時(shí)相互阻礙，鑄件的變形量較小，應(yīng)力較大。同一個(gè)長度為9750mm的橫梁，灰鑄鐵的變形量比球墨鑄鐵的變形量大8~10mm。
3冷卻速度的影響
同一個(gè)鑄件在砂箱中造型和在地坑中造型其變形量也不相同。一般情況下，鑄件的導(dǎo)軌比較厚大又比較重要，需要放在下箱。砂箱造型時(shí)，上、下表面吃砂量大致相同，上、下箱都與外界接觸，散熱條件基本一致，厚大的導(dǎo)軌會(huì)凝固的稍慢一些，鑄件會(huì)產(chǎn)生較小的變形；而地坑造型時(shí)，上表面散熱較好，下面吃砂量較大，且不與空氣接觸，熱量都要從上面及側(cè)面樹脂砂散出，冷卻條件較差，而與鑄件接觸的樹脂砂長時(shí)間經(jīng)過高溫鑄件的烘烤已潰散，阻礙變形的能力已減小，致使鑄件變形量較大。長度為6.7m的床身，在其它條件都一致的情況下，只是造型方法不同，地坑造型的變形量比砂箱造型的變形量大7一8mm。
4保溫時(shí)間和鑄件擺放的影響
保溫時(shí)間是影響鑄件變形的外部因素中較重要的因素。如果保溫時(shí)間不夠，在吊運(yùn)或是放置的過程中鑄件就會(huì)變形。這是因?yàn)殍T件的熱強(qiáng)度較低，如果吊運(yùn)或是支撐的是鑄件的兩端面，在自身重力的作用下，鑄件會(huì)在原來變形的基礎(chǔ)上加大變形量；如果吊運(yùn)或是支撐的是鑄件的兩側(cè)面，或是鑄件的中間部分，則鑄件的兩端會(huì)在重力的作用下下沉，修正原來的變形。另外，鑄件在繼續(xù)冷卻的過程中不再有砂子保溫，下表面的散熱條件也變得較好，凝固相對(duì)較均勻，變形較小。
鑄件的變形受多個(gè)因素的影響，除以上列出的4個(gè)因素外，還受工作環(huán)境、激冷條件等多方面的影響，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)綜合考慮。鑄件的結(jié)構(gòu)和材料是鑄件撓曲變形的較主要影響因素，也是鑄造工作者不能改變的部分，所以，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)鑄件的材料和結(jié)構(gòu)，采取適當(dāng)?shù)脑煨头椒?、適當(dāng)?shù)谋貢r(shí)間和鑄件擺放方式等措施來控制鑄件變形，減少鑄件因變形而報(bào)廢的幾率。
