焊接件和鑄件的比較.doc

焊接件和鑄件的比較隨著工業(yè)的發(fā)展，尤其是制造業(yè)的發(fā)展，大量的焊接結構件取代了傳統(tǒng)的鑄件結構件，其原因是：焊接結構件生產(chǎn)周期短、重量輕、所需設備相對簡單（不需木模制作、不需熔煉設備）、改型快等優(yōu)點，深受制造商的青睞。因此，有較多的機床制造商尤其是歐美等先進國家的機床制造商更是逐步以焊接件取代了大部分的鑄鐵件，例如床身、龍門、橫樑、滑枕等等。這與傳統(tǒng)觀念出入很大，那么，究竟是哪一種構件更好呢？以下我們作一簡單比較：1，剛性作為機床上的結構件來說，往往要承受較大的載荷，以龍門加工中心的橫樑為例，橫樑要同時承受重力、拉力、扭力等等，為了減少變形，要求橫樑有較好的剛度。焊接件所用材料為碳鋼，其彈性模量和力學性能大大優(yōu)于鑄件所用的鑄鐵材料，大家知道，彈性模量E=/，現(xiàn)在我們假定應力相同，那么E大，則材料產(chǎn)生的應變就小。也就是說在受力相同的情況下，我們可以把橫樑的橫截面做得更小一些，由于橫樑的跨度較大，所以減小截面所減輕的重量是相當可觀的，重量減輕了，橫樑的下垂量也就減小了，所以說，使用焊接件在保證機床剛性的同時，也保證了機床的靜態(tài)幾何精度。2，避免共振由于焊接件所用材料E值較大，因此，在同樣的載荷作用下，焊接件的靜剛度比較大。這有什么好處呢？在受迫振動時，提高物體的靜剛度可以降低物體的振幅，還可以提高物體的固有頻率，從而減少或避免共振的發(fā)生。對自激振動，提高靜剛度可以提高自激振動穩(wěn)定性的極限。由于碳鋼材料的彈性模量和力學性能大于鑄鐵材料，所以在剛度相同的前提下，焊接件重量可以比鑄件輕許多（相同剛度的焊接件的重量僅為鑄件重量的60%），眾所周知，物體的固有頻率的公式為=K/M ,(固有頻率，K剛度，M質量)，所以，減輕重量即減小質量M,使固有頻率得以提高，共振發(fā)生的概率降低或避免，設計合理的焊接件的固有頻率可以比鑄件高50%。3，吸振性傳統(tǒng)的觀點認為：鑄鐵件的吸振性能優(yōu)于焊接件，其實不然。如果是形狀簡單的尺寸相同的兩種不同材料的單體譬如一段圓柱體的鑄鐵件和碳鋼件，那么毫無疑問，鑄鐵件吸振性能大大優(yōu)于碳鋼件，因為鑄鐵的內阻尼比碳鋼平均高出3.2倍。但是，橫樑不是簡單的一塊碳鋼件，而是由科學布局的筋板和主板構成的結構件，其內阻尼主要來自于結構件結合面（焊接面）間的摩擦，而不是材料的內阻尼，材料本身的內阻尼在此是微乎其微的，構件結合面之間的摩擦阻尼占全部內阻尼的90%，所以，在一般情況下，焊接件的吸振性能與鑄鐵件相差無幾，而象歐美和日本等先進國家，通過FEM有限元分析法，科學計算，合理布局，這樣的結構件吸振阻尼甚至高出鑄鐵件許多，當然，其吸振性能也就優(yōu)于鑄鐵件。4, 殘余應力和時效處理1 殘余應力的形成無外力影響的零件放久了也會產(chǎn)生變形，這主要是由殘留在零件內的應力也就是我們常說的殘余應力作祟。一般來說鑄鐵件的內應力比焊接件的內應力要小，經(jīng)過時效處理的鑄鐵件的殘余應力就更小了，在其后使用過程中產(chǎn)生的變形也就小，這就是為什么鑄鐵件的床身、立柱等大件能長期保持良好的精度，究其原因，是因為鑄鐵件內部是由鐵素體和大量的石墨構成，由于石墨尖端的松弛，造成殘余應力很小。而焊接件在焊接的過程中產(chǎn)生的應力是非常大的，焊接剛開始時，焊縫處迅速升溫，周圍區(qū)域溫度較低，阻礙焊縫的迅速膨脹，焊縫受到壓應力。焊接過程結束，焊接件開始冷卻，等過了塑性變形的溫度，由于焊縫與周圍區(qū)域的冷卻速度不一致，焊縫開始受到拉應力，直至室溫。此時焊縫處材料所受的拉應力幾近材料的屈服極限，如果不及時進行消除內應力的處理，構件就會產(chǎn)生開裂或變形的后果。時效處理時效凡是能降低殘余應力，使工件尺寸精度穩(wěn)定的方法都叫時效。常用時效方法有自然時效、熱時效、振動時效等等。自然時效是最古老的時效方法。它是把構件露天放置于室外，經(jīng)過幾個月至幾年的風吹. 日曬.雨淋.和季節(jié)的溫度變化，促使殘余應力發(fā)生松弛而使尺寸精度獲得穩(wěn)定。自然時效的優(yōu)點是：構件尺寸穩(wěn)定性好，方法簡單易行，綠色環(huán)保。缺點是：生產(chǎn)周期長，占用場地大，不易管理，不能及時發(fā)現(xiàn)構件內的缺陷，已逐漸被淘汰。熱時效將構件由室溫緩慢、均勻加熱至550左右，保溫4-8小時，再嚴格控制降溫速度至150以下出爐。 熱時效工藝要求是嚴格的，如要求爐內溫差不大于25，升溫速度不大于50/小時，降溫速度不大于20/小時。爐內最高溫度不許超過570，保溫時間也不易過長，如果溫度高于570，保溫時間過長，會引起構件強度降低。如果升溫速度過快，構件在升溫中薄壁處升溫速度比厚壁處快的多，構件各部分的溫差急劇增大，會造成附加溫度應力。如果附加應力與構件本身的殘余應力疊加超過強度極限，就會造成構件開裂。熱時效如果降溫不當，會使時效效果大為降低，甚至產(chǎn)生與原殘余應力相同的溫度應力(二次應力)，并殘留在構件中，從而破壞了已取得的熱時效效果。 熱時效的優(yōu)點是：周期短、構件尺寸穩(wěn)定性較好、便于管理。缺點是：一次性投資大、能耗高、成本高、溫度難以控制、勞動強度高、環(huán)境污染嚴重。所以逐步被振動時效取代。 振動時效振動時效是錘擊松弛法(敲擊時效)的發(fā)展?？捎媚惧N.橡皮錘.紫銅錘等，敲構件的合適部位，可激起構件共振。如用拾振器.測振儀和光線示波器可記錄下構件作自由衰減振動的振型。錘擊松弛法是給工件一個沖擊力，擊起工件的響應，工件以自己的固有頻率和迅速衰減的振幅作減幅振動。敲擊后的最初振幅大，在構件內引起的振動力也大。這一振動力 多次反復作用，當它與殘余應力迭加時 ，在應力集中處超過材料的屈服極限.,引起局部塑性變形，松弛了應力，使應力峰值降低。振動時效，在國外稱之為V.S.R技術，它是Vibratory Stress Reliele的縮寫。它是在激振器的周期性外力(激振力 )的作用下，使構件共振，進而松弛殘余應力，提高構件的松弛剛度，使其尺寸穩(wěn)定的方法。振動時效是熱時效的補充和發(fā)展，可在很大范圍內代替熱時效。歐美等先進國家依靠計算機進行FEM有限元分析，配以先進的測振儀器，使振動時效達到完美的境界。傳統(tǒng)的觀念認為振動時效不徹底，認為焊接件容易變形，通過以上分析應該有一個新的認識。需要特別注意的是，目前，國內的制造水平與國外知名制造商比較，還是有較大的差距，所以，選購國內制造的機床，還是鑄鐵件比較可靠，除非該制造商確實掌握了焊接件消除內應力