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？

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

據統計，在歐洲，每10臺機床就有3臺使用礦物鑄件(Mineral casting)做床身。然而，在國內并沒有國標的情況下，礦物鑄件材料以及生產廠家也是八仙過海各顯神通，在礦物鑄件的配方、產品設計、制作、檢測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歷，使用不當的經歷、不完整或錯誤的信息都會導致對礦物鑄件的懷疑和偏見。因此，在制作新型設備時，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/焊接結構（灌漿/非灌漿）和天然石頭（如花崗巖）四種。各種材質，均各具特性和優(yōu)缺點，并不存在完美的結構材料。只有根據具體的結構要求考察材料的優(yōu)缺點，才能挑選出理想的結構材料。

結構材料的兩個重要功能—─保證部件的幾何尺寸、位置和吸收能量，對材料分別提出了性能要求（靜態(tài)、動態(tài)和熱性能）、功能/結構要求（精度、重量、壁厚、易于導軌安裝、介質循環(huán)系統、物流）和成本要求（價格、數量、實用性、系統特性）。

礦物鑄件床身(Mineral casting)的制作過程看似簡單，其實一個成功的礦物鑄件床身從結構設計優(yōu)化、模具設計與制造、配方的選擇與優(yōu)化、材料的選擇、生產設備和生產過程的工藝選擇、脫模輔料的選擇與使用、精密加工的時機與加工設備與加工工藝、檢測設備與檢測手段等，每個環(huán)節(jié)都對最終的礦物鑄件產品的質量、性能和用戶體驗有著直接的關系。目前，在國內技術較早從事礦物鑄件技術與應用研究、技術成熟、規(guī)模比較大的礦物鑄件床身的制造商中，有采用德國技術和標準的藍普樹脂應用技術（太倉）有限公司，寶麗斯通裝備技術（蘇州）有限公司，大連光洋科技集團，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準的山東美克、山東納諾，山東克萊澤等。而作為礦物鑄件膠黏系統的樹脂和固化劑的不同選擇則對礦物鑄件的剛性、長期尺寸精度的穩(wěn)定性起著至關重要的影響。目前，在國內所有的內資外資的礦物鑄件床身的制造公司中，同時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普和寶麗斯通裝備技術兩家。

一、對結構材料的性能要求

1、靜態(tài)特性

衡量底座靜態(tài)特性的標準通常是材料的剛性— 承載下的最小形變，而不是高強度。對于靜態(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材料。和其它環(huán)氧樹脂復合材料一樣，礦物鑄件材料在比抗壓強度、比抗彎曲強度、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度礦物鑄件KL800已經接近部分合金鋼。

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鑄鐵件與礦物鑄件的剛度是相同的。很多時候，礦物鑄件的產品設計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，這種設計無論是在產品的力學性能上還是在澆鑄成型上都不會產生任何問題。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/或小型機架（如工作臺、托盤、換刀裝置、拖板、主軸支架）。結構件的大小、重量通常是受礦物鑄件廠家的攪拌設備、振動設備限制，在不分體制作的情況下，礦物鑄件的單個產品重量基本上被限制在8噸以內，10噸以上的一體式礦物鑄件產品一般較為少見。

2. 動態(tài)特性

軸的旋轉速度和/或加速度越大，機器的動態(tài)性能就越顯重要?？焖俣ㄎ?、刀具快速置換、高速進給對機器結構件不斷地強化機械共振和動態(tài)激勵。除了部件的尺寸設計，部件的撓曲性、質量分布、動態(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良好的解決方案。因為它比傳統鑄鐵的吸振性能好10倍，能大幅吸收振幅和固有頻率。礦物鑄件能夠為設備提供更加安靜和長期動態(tài)穩(wěn)定性的性能，從而提高工件的加工質量、降低刀具損耗、減少設備的維護頻率、延長設備的使用壽命。

在諸如機械切削加工中，可以帶來更高的精度、更好的表面質量、更長的工具使用壽命。同時，在噪音影響方面，通過對大型發(fā)動機和離心機不同材質的底座、傳動鑄件以及附件的比較驗證，礦物鑄件也同樣表現上佳。依據撞擊聲分析，礦物鑄件可以實現聲壓級別局部減弱20%的功效。礦物鑄件床身的這一特性，讓設備區(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

據專家估計，在機床產生的偏差中約有80%由熱影響引起。內部或外部熱源、預熱、更換工件等加工中斷都是導致熱變形的原因。為能挑選出最佳材料，很有必要明確材料的要求。高比熱和低熱傳導率使得礦物鑄件對短暫的溫度影響（如更換工件）和周邊溫度波動有良好的熱慣性。如需像金屬床身一樣需要快速預熱或禁止床身升溫，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現精度的提升。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備在短期的溫度變化中更加穩(wěn)定。

對于作為數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鍵因素之一。熱穩(wěn)定性好的床身不會因溫度的急劇變化而變化，這對于依靠安裝在機床設備上邊的導軌的精度非常關鍵。導軌安裝精度的變化過大，必然會影響在導軌上運行的傳動部件的運行軌跡，進而影響設備的產出品的質量。

4. 耐腐蝕性

作為環(huán)氧樹脂復合材料之一，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。對于需要長期在切削液等堿性環(huán)境下運行的床身而言，耐酸堿腐蝕的床身，毫無疑問，床身表面，導軌安裝面、絲桿座、馬達座、載臺的安裝的表面精度以及安裝螺紋孔等可以在更長時間保持穩(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、南通盟鼎等會采用不銹鋼材質的螺紋鑲嵌件來實現比碳鋼更好的美觀度、強度和使用壽命。