合風機床採用的超級材料---礦物鑄件

      據統計在歐洲每10台機床就有一台使用礦物鑄件機床，而在剛(gāng)過去的CIMT2023北京國際機床展覽會上就有20個以上的展商推出瞭(le)超過40多種不同類型的礦物鑄件機床。

      礦物鑄件作爲一種新型的非金屬複合材料，是由環氧樹酯、固化劑等材料作爲膠接料；以石英石、花崗石等礦物顆粒爲骨料；經過增強的纖維或納米顆粒強化，形成瞭(le)一種新型複合材料。工業領域的礦物材料俗稱(chēng)人造花崗石、聚合物混凝土、樹脂混凝土、超性能高性能混凝土等，其制品也被稱(chēng)爲礦物鑄件。而不同的配方和工藝所體現出礦物的性能差異是非常大的，要講清楚性能的差異，必須就對礦物質的曆史發展進程有所瞭(le)解。

      由於一戰時期的鐵礦匮乏，1917年德國的schIesinger首先採用鋼筋混凝土制造車床床身。但由於導軌也採用混凝土，産生的摩擦阻力大，又缺乏潤滑，所以導軌很快損壞。這是全球第一次使用非金屬材料用於機床制造。上世紀30年代後期，採用鋼筋混凝土制作的小型圓形鐵闆剪床和小型的鐵床支撐件獲得瞭一定的成功。1940年代鋼筋混凝土得到較大規模的應用，制造瞭超過1000多台專用機床。到瞭60年代初期，前蘇聯的機床廠爲瞭節約鋼鐵和制造成本，開始在大型車床和龍門銑床的基礎件上採用鋼筋混凝土。同時如瑞士、英國、美國等國也開始對混凝土感興趣。

      在鋼筋混凝土的發展同時伴随著礦物質混凝土人造花崗岩的發展，這種人造花崗岩有很多較好的物理性能。從而激發瞭機床制造業的興趣，他們對這種材料寄予瞭很大的一個期望。

      1970年代，瑞士、德國、意大利的一些公司推出採用人造花崗岩爲基體制造的機床産品，同時歐洲一些大學及科研機構也開展瞭對礦物鑄件的基礎配方和應用研究，其應用的目的是提高機床的性能，主要用於高精度機床和自動化機床。瑞士的STUDER公司率先将人造花崗岩應用在RA5磨床上，並在1979年歐洲國際機床展上展出。

      此後的十幾年，人造花崗岩在機床基礎應用研究得到瞭快速的發展。目前人造花崗岩基礎件在全球工業發達的國家，已進入瞭商品化生産批量階段，許多機床制造廠建造瞭自己的人造花崗岩基礎件生産車間。

      1980年代德國TRICKES公司是較早研究生産(chǎn)礦物鑄件産(chǎn)品的公司，後被瑞士Gurit集團收購。TRICKES公司擁有諸多礦物鑄件相關的理論研究經驗、應用方案及專利技術，也被公認爲現代礦物鑄件主要技術來源。2007年瑞士施耐博格礦物鑄件部門與德國RAMPF(藍浦)公司在中國建立瞭(le)生産(chǎn)基地，從事亞洲市場的人造花崗岩基礎件的生産(chǎn)和銷售。這是國外最早進入中國國内的礦物鑄件布局的跨國集團。而中國國内經過多年與上述瑞士、德國企業的産(chǎn)品合作及技術轉化，已發展爲有多家生産(chǎn)制造礦物鑄件的廠家。

      礦(kuàng)物鑄件具有什麽樣的性能優勢和特點(diǎn)？概況來說，礦(kuàng)物鑄件具有以下8大優勢：

      第一點(diǎn)優勢(shì)：高精度。礦物鑄件的熱伸縮性很小，而且基本不存在局部收縮，比傳統鑄鐵的精度保持性要高很多。礦物鑄件採用瞭常溫鑄造，固化後不産生内應力，材料的靜态無變形。由於高性能熱固性，環氧分子和相鄰表面之間能産生電磁吸力，環氧基與介質表面産生反應，生成化學鍵故而粘結性好。另外其收縮力穩定性很高，硬化後收縮率小於2%，機床各部件幾何的位置的精確固定，以及靜态、動态的扭矩吸收，因此可有效保障機床的較高精度。

      第二點優勢：吸震性優（動态特性）。運動部件的移動速度越快或加速度越大，機床的動态性能就越顯重要，因爲快速定位、快速換刀、高速主軸旋轉等動作造成的震動在不斷影響機床的動态穩定性。礦物鑄件的阻尼比是灰鑄鐵的6倍以上。釆用礦物鑄件床身後，機床主要部件上的絕對振動速度和振動幅值都有所降低，整機的動态特性有明顯改善。因此在實際切削加工中，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，採用礦物鑄件可以使局部聲壓級别減弱20%。

      第三點優勢：熱穩定性優。礦物鑄件對溫度的變化不敏感，熱傳導比金屬要低很多，有效的把機床因受熱而引起的幾何誤差控制在最小，從而保證瞭機床的精度。礦物鑄件的熱容量是灰鑄鐵的2倍，熱傳導率是灰鑄鐵的不到5%，在遇到短時内外界溫度變化時，溫度恒定時間要長3倍，而溫度影響的反應振幅隻有1/3。影響機床精度的因素中約有80%由熱影響引起。機床運動部件機械摩擦發熱、外部環境溫度變化、更換工件、加工中斷及其它因素都會對機床熱穩定産生影響。礦物鑄件對短暫的溫度影響和周邊溫度波動有良好的熱慣性，有助於高精度機床在加工過程中的精度保持與加工尺寸一緻性。

      第四點優勢：剛性強（靜态特性）。衡量底座靜态特性的标準通常是材料的剛性承載下的最小變形，對於靜态彈性變形，可以把礦物鑄件看作是符合福克定律的各項同性均質材質，礦物質密度和彈性的模量分别是鑄鐵的1/3，和鑄鐵有相同的比剛度，即同等重量下鑄鐵件和礦物鑄件的剛度是相同的。而礦物鑄件的設計壁厚通常是鑄鐵的三倍以上，甚至採用實心結構，合風加工中心大部分採用實心結構，在産品的力學性能上有極大優勢，從而同規格加工中心相比於鑄鐵機型能承受更高強度的重切。

      第五點優勢：複雜的外型的成型能力和整合性能力，由於不同傳統的鑄鐵工藝流程和材料性能，礦物質鑄件通常採用低於45℃的常溫鑄造，可以用礦物質材料澆鑄各種傳統鑄鐵無法鑄造的複雜外形，如合風加工中心的L型整體床身結構，更進一步提高機床性能。

      第六點優勢：耐腐蝕性。礦物質鑄件由於特殊的複合材質與切削液、潤滑油等液體沒有反應，所以有很強的耐腐蝕性，這是普通鑄鐵床身所無法比拟的優勢。正是因爲礦物質有極強的耐腐蝕性，所以在機床的基座中可以直接預留礦物質鑄件的腔體用於儲藏液體，從而省略瞭腔體的裝配過程，大大地提高瞭生産經濟效益豐富瞭設計爲複雜的機床設計提供瞭更多的選擇。

      第七點優勢：出色的絕緣性。由於礦物鑄件中的粘結劑與填料均爲非金屬材料，也就是說它具有天生的絕緣性，尤其是採用直驅技術的高精度機床，絕緣性是考慮非常重要的一部分。

      第八點優勢：快速交付能力。礦物質鑄件毛坯固化時間爲八小時，脫模清理之後再次以40度的溫度保持24小時即可安排精加工，基本上可以做到每天一件，這樣一套金屬模具的生産效率可以達到30件每月。用戶也可以根據自己的採購訂單來定制開金屬模具的數量，以保證機床能夠及時的交付給客戶，這是傳統的鑄件工藝甚至長時間時效所無法做到。

      合風機床把礦物鑄件的諸多性能優勢與先進的機床生産制造工藝相結合，推出瞭多款具有高速、高精、高品質的礦物鑄件加工中心，赢得瞭廣大客戶的一緻好評，並收獲瞭諸多礦物鑄件加工中心的忠實用戶。