孫杰?、李劍峰、張寶君－－山東大學(xué)機械工程學(xué)院

賈秀杰－－濟南魯洋科技有限公司

摘要：對新型機床基礎(chǔ)件材料—聚醋人造花崗巖的配方進行了研究，獲得了所開發(fā)的聚醋人造花崗巖的物理力學(xué)性能，并與國外人造花崗巖及鑄鐵材料的相應(yīng)參數(shù)進行了對比，探討了聚醋人造花崗巖機床床身的生產(chǎn)工藝，成功研制了聚醋人造花崗巖精密磨床床身。

關(guān)鍵詞：聚醋人造花崗巖配方機床床身

精密、超精密加工代表著一個國家制造領(lǐng)域的尖端技術(shù)水平，己成為當(dāng)今世界各國進行科技、市場乃至軍備競爭的一個重要手段，這就要求加工和測量設(shè)備具有史高的精度、動態(tài)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。我國過去一直沿用的機床和大型精密測量設(shè)備的基礎(chǔ)件材料，都是山傳統(tǒng)的鑄鐵制成。鑄鐵材料雖然具有許多優(yōu)越性，但在動態(tài)性能和熱變形方而很難滿足對機械產(chǎn)品精度越來越高的要求。聚醋人造花崗巖具高阻尼、小振動、熱穩(wěn)定性佳等特性，一直是國外高精密機械使用的主要結(jié)構(gòu)材料國內(nèi)則尚在起步階段。木文對新研制的聚醋人造花崗巖復(fù)合材料的物理力學(xué)性能、阻尼特性進行了分析，并成功研制了精密磨床床身。

1聚醋人造花崗巖復(fù)合材料組份

聚醋人造花崗巖復(fù)合材料是以熱固性樹脂作粘結(jié)劑，礦物質(zhì)為填料，并加入其他添加劑，通過聚合反應(yīng)固化而成，是一種高填充的復(fù)合材料。其主要成分包括：骨料、環(huán)氧樹脂、固化劑等。研制的聚醋人造花崗巖的主要材料組份如表1所示。???

由表1看出，人然石料是聚醋人造花崗巖材料的主要成分，其物理力學(xué)性能、粒度大小及其配比對聚醋人造花崗巖的性能產(chǎn)生重要影響。一般選用花崗巖、輝綠石和石英石等。木文開發(fā)的聚醋人造花崗巖材料采用濟南青，具有高強度、高硬度、無輻射等顯著優(yōu)點。對于不同的應(yīng)用場合、不同尺寸的構(gòu)件，對石料的粒度大小和相應(yīng)配比有不同要求，需適當(dāng)選取。

粘結(jié)劑對聚醋人造花崗巖的性能產(chǎn)生重要影響，目前大都采用環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂及丙烯酸樹脂。其中，環(huán)氧樹脂應(yīng)用最為廣泛。木文研究的聚醋人造花崗巖采用特制的環(huán)氧樹脂，粘結(jié)劑用量與骨料最大粒徑之間的關(guān)系如表2所示。

填料的作用是為改善粘結(jié)劑的物理力學(xué)性能，增初劑的作用是增進固化樹脂體系的柔韌性，提高材料的抗沖擊強度和剪切強度，微量元素的作用是增強粘結(jié)劑與骨料的浸潤性。

2聚醋人造花崗巖復(fù)合材料物理力學(xué)性能及阻尼特性

2.1物理力學(xué)性能

研制的聚醋人造花崗巖的物理力學(xué)性能如表3所示，表中同時給出了美國標準(AS’1’ME?-?756?-?83)及國外同類型材料對比德國研制的人造花崗巖材料的相應(yīng)性能指標。

表3研制的人造花崗巖材料物理力學(xué)性能與國外同類型材料對比

從表3看出，所研制的聚醋人造花崗巖材料的物理力學(xué)性能達到了國外同類型產(chǎn)品的性能指標，有的還超過了國外相應(yīng)性能指標。

2.?2阻尼特性分析

阻尼特性是選擇機床基礎(chǔ)件材料最為關(guān)注的性能指標之一。木文采用自山振動方式測試材料的振幅衰減曲線，以確定材料的阻尼特性，并與灰鑄鐵的振動衰減曲線進行了對比。圖1給出了所研制的聚醋人造花崗巖的振動衰減曲線，圖2給出了鑄鐵材料的振動衰減曲線。從圖1,圖2看出，聚醋人造花崗巖的阻尼特性明顯優(yōu)于鑄鐵，這也是利用聚醋人造花崗巖作機床基礎(chǔ)件材料代替鑄鐵材料的主要優(yōu)勢之一。?

2.?3尼機理分析

聚醋人造花崗巖是一種高填充的粘彈性復(fù)合材料。彈性材料雖然能夠儲存能量，但卻不能耗散能量;相反，粘性液體具有耗散能量的功能，卻不能儲存能量。因此，只有介于彈性材料和粘性液體之間的粘彈性材料才能一者兼?zhèn)?。彈性材料在受交變?yīng)力的作用卜，其內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變幾乎同時增加和減小，也就是_者的相位相同或很接近，所以彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線為一直線，而粘彈性材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線為一橢圓滯遲回線。橢圓滯遲回線所包圍的而積表示結(jié)構(gòu)振動時粘彈性材料耗散的振動能量，聚醋人造花崗巖具備這樣的材料特性。另外材料內(nèi)部存在的氣孔也是能量耗散的原因之一。

3聚醋人造花崗巖磨床床身的研制

聚醋人造花崗巖磨床床身的生產(chǎn)制造包括如下主要工藝環(huán)節(jié)(圖3)：?????

(1)磨床床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計聚醋人造花崗巖強度低于鑄鐵，其彈性模量僅為鑄鐵的1/4一1/3。因此，如果按照鑄鐵構(gòu)件的尺寸設(shè)計機床床身，顯然無法滿足機床基礎(chǔ)件的強度要求。這就需要按照聚醋人造花崗巖材料的自身特點設(shè)計基礎(chǔ)床身，通過增加構(gòu)件的壁厚，即可獲得與鑄鐵材料相同的抗彎強度和抗扭剛度。例如，鑄鐵床身的壁厚一般為20?-?30?mm}’?>?>聚醋人造花崗巖床身的壁厚一般要達到80一100?mm。山于聚醋人造花崗巖密度只有鑄鐵的1/4一1/3，因此_者總重量大致相等但能達到相同的強度、}釗度要求。

(2)攪拌混料攪拌對材料的均勻性起到重要作用，可根據(jù)不同的工件大小，采用不同的攪拌裝置。對于小型工件，可采用螺旋式攪拌頭，將其安裝在小型鉆床上，通過改變鉆床主軸轉(zhuǎn)速來改變攪拌器的轉(zhuǎn)速。在制造磨床床身時，選用建筑用攪拌機。攪拌時，先將樹脂、微量元素、增韌劑投入容器中，混合幾分鐘后加入固化劑攪拌幾分鐘，再放入骨料及填料攪拌幾分鐘。

(3)振動與密實聚醋人造花崗巖材料的拌和物在凝固前較粘稠，流動性差，必須在一定的振動條件下才能達到較好的密實效果。要得到良好的振動效果，應(yīng)合理選擇振動參數(shù)，特別是振動頻率和振幅。振動頻率選擇合適，將會大大減少聚醋人造花崗巖材料的氣孔，獲得致密的聚醋人造花崗巖材料。基于大量試驗，獲得了最佳頻率的經(jīng)驗公式為????

按上述生產(chǎn)工藝，采用自行研制的聚醋人造花崗巖配方，所生產(chǎn)的聚醋人造花崗巖床身如圖4所示。對于需要螺栓孔聯(lián)接的部位，采用金屬預(yù)埋件的形式。?

4結(jié)語

(1)聚醋人造花崗巖具有高阻尼特性、耐腐蝕，生產(chǎn)周期短、成木低、材料來源廣泛，是未來高精密機床理想的機床基礎(chǔ)件材料。????

(2)成功開發(fā)了總體性能優(yōu)于國外材料性能的聚酉旨人造花崗巖。????

(3)制造機床基礎(chǔ)件時，聚醋人造花崗巖有著與鑄鐵等材料不同的工藝操作規(guī)程，確定了完整、實用的聚醋人造花崗巖床身的工藝流程。?

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