钢纤维聚合物混凝土做机床基础件的性能.研究

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1、辽宁工程技术大学硕士学位论文No2加工生产方便，价格低廉和阻尼性能良好的优点，但其抗拉强度低、抗腐蚀性能差、蠕变大、固化收缩和尺寸精度受环境影响大。需要采用表面涂层等特殊方法处理。聚合物混凝土(又称树脂混凝土)是近年来专门为精密机床而研制的一种新型复合材料。与传统结构材料相比它有如下突出特点IU[’⋯：(1)它具有比混凝土和灰铸铁等材料更高的阻尼性能，在不断增加质量的前提下，壁厚可增大，使固有频率提高，共振振幅减小，静动刚度提高。这就能改善机床的动态特性，延长刀具的使用寿命，提高零件的加工质量。(2)可在室温下浇注，固化反应热一般不超过SOoC，而且成

2、型时收缩小，因此零件内部的残余应力小，成型精度高，尺寸精度稳定。(3)聚合物混凝土材料的比热比灰铸铁大0．5～L倍，而导热系数只是灰铸铁的1／20，因此，对短时温度变化不敏感，热稳定性高。(4)具有较强的抗化学腐蚀能力，对水、酸、碱、润滑油和切削液不敏感，不生锈。(5)应用聚合物混凝土材料，大量节省了能源和金属材料，且生产周期短，零件制造工作量小，工艺设备简单。1．2国外发展情况用混凝土制造机床构件已经有很长历史了。1917年，德国的SCHLESINGER首先提倡在车床床身上采用钢筋混凝土，整个床身包括导轨面都由混凝土制成。由于在切屑和油液的喷溅下导轨

3、面急剧破坏。因此未能付诸实用。四十年代，德国BOEHRINGER公司经过研究后，成批生产出了以节约钢铁材料为目的的使用混凝土车床。前苏联与美国为了节约钢铁和降低制造成本，也先后于六十年代在大型车床和龙门铣床上使用混凝土构件。1979年欧洲国际机床展览会后，日本开始进行这方面的基础研究．并着重工艺、减振能力的对比，以及最佳设计方案的研究，得出如下结论：辽宁工程技术大学硕士学位论文N03机床越大，优越性越大，提高机床动态性能、加工精度和降低成本等方面尤为显著[11。瑞士斯图特公司自研制成第一台外圆磨床的床身和主轴后，80年代初又制成了$30到$50数控外圆

4、磨床的床身，如今该产品以形成系列化。该公司有1000平方米的专用车间，配有德国产的RESPESTA牌的连续浇注设备。目前已实现聚合物混凝土材料和机床构件的商品化，并对该技术实行转让。与此同时，德国埃玛格EMAG公司成功地把该技术用于制造双主轴卧式车床，在此基础上开发的加工中心和柔性制造系统已成功地运转在世界许多名牌汽车制造厂如福特、奔驰、菲皿特等。该公司声称新型车床平均可提高刀具寿命20％，提高光洁度一级。在CIMT93展览会上瑞士斯图特(STUDER)公司展出的$30-1高精度外圆磨床，其床身使用GRANITNSloo聚合物混凝土制造，导轨面(约3m

5、m厚)为GRANITAN$200涂层。导轨摩擦面的结构与传统的结构形式不同，它同工作台导轨的配合为中5tara规则排列的圆柱状的凸台(突出高度约为0．1mm)，凹下部分所占面积较大，存油多，润滑良好。该公司$30～$70系列高精度外圆磨床产品全部采用聚合物混凝土床身，获得了良好的刚性、吸振性和热稳定性。目前，国际上主要将聚合物混凝土材料用于生产机床床身和立柱等支承件，或者用于生产床头箱，对这种材料的研究以及在机械制造中的应用正日趋成熟。1．3国内发展情况我国于五十年代末就提出用非金属材料制造机床支承件。～些机床厂以钢筋混凝土或聚合物混凝土作为结构材料生

6、产中小型机床，缩短生产周期，降低了成本。但是，由于防腐等关键问题没有解决，这些机床基本上无法正常使用，这项研究也就停止了m。自1985年以来，同济大学、上海机床厂和北京机床研究所先后招手辽宁工程技术大学硕士学位论文N04进行这项技术的研究，同济大学进行这项研究的历史是最长的，该校凭借着与德国THDARMSTADT工业大学建立技术合作与交流优势，在这个领域取得了很大成就，与北京第二机床厂合作，对聚合物混凝土材料的性能和要求进行了系统的研究。选定的材料配力。使得聚合物混凝上在较宽的上作温度和工作频率范围内具有高的强度、阻尼以及较好的耐腐蚀性和较短的固化时间

7、，收缩、蠕变和热变形等均满足要求，材料的物理力学性能和机械性能均达到了国际同类产品的水平。北京机床研究所对这部材料的成分、性能及成形工艺等进行了系统研究，开发出的聚合物混凝土的性能指标已达到瑞士、德国等先进国家的水平。总之国内树脂混凝土在机床基础件上的应用才刚刚起步，尚未形成批量生产。为了适应机床制造业的需要，提高机床的性能，聚合物混凝土这种新材料在机床基础件上的应用，将会受到更加广泛的重视。1．4聚合物混凝土的发展方向聚合物混凝土的阻尼性能比灰铸铁高8～10倍，但由于其材料抗弯强度较低，弹性模量较小(约为灰铸铁的l／3～l／4)，因此它多用于制造床身

8、或支承件。从结构设计上看，灰铸铁床身往往是带筋的薄壁结构，而聚合物混凝土床身的截面形状多矩形为