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1、焊接件和铸件的比较随着工业的发展，尤其是制造业的发展，大量的焊接结构件取代了传统的铸 件结构件，其原因是：焊接结构件生产周期短、重量轻、所需设备相对简单 （不需木模制作、不需熔炼设备） 、改型快等优点，深受制造商的青睐。因此， 有较多的机床制造商尤其是欧美等先进国家的机床制造商更是逐步以焊接件取 代了大部分的铸铁件，例如床身、龙门、横樑、滑枕等等。这与传统观念出入 很大，那么，究竟是哪一种构件更好呢？以下我们作一简单比较： 1，刚性 作为机床上的结构件来说，往往要承受较大的载荷，以龙门加工中心的横樑 为例，横樑要同时承受重力、拉力、扭力等等，为了减少变形，要求横樑有较 好的刚度。 焊接件所用材
2、料为碳钢，其弹性模量和力学性能大大优于铸件所用的铸铁材料， 大家知道，弹性模量 E=/，现在我们假定应力 相同，那么 E 大，则材料 产生的应变 就小。也就是说在受力相同的情况下，我们可以把横樑的横截面 做得更小一些，由于横樑的跨度较大，所以减小截面所减轻的重量是相当可观 的，重量减轻了，横樑的下垂量也就减小了，所以说，使用焊接件在保证机床 刚性的同时，也保证了机床的静态几何精度。 2，避免共振 由于焊接件所用材料 E 值较大，因此，在同样的载荷作用下，焊接件的静刚 度比较大。这有什么好处呢？在受迫振动时，提高物体的静刚度可以降低物体 的振幅，还可以提高物体的固有频率，从而减少或避免共振的发生
3、。对自激振 动，提高静刚度可以提高自激振动稳定性的极限。 由于碳钢材料的弹性模量和力学性能大于铸铁材料，所以在刚度相同的前提下， 焊接件重量可以比铸件轻许多（相同刚度的焊接件的重量仅为铸件重量的 60%） ， 众所周知，物体的固有频率的公式为 = ,(固有频率，K刚度，/M质量)，所以，减轻重量即减小质量 M,使固有频率 得以提高，共振发 生的概率降低或避免，设计合理的焊接件的固有频率可以比铸件高 50%。 3，吸振性 传统的观点认为：铸铁件的吸振性能优于焊接件，其实不然。 如果是形状简单的尺寸相同的两种不同材料的单体譬如一段圆柱体的铸铁 件和碳钢件，那么毫无疑问，铸铁件吸振性能大大优于碳钢件
4、，因为铸铁的内 阻尼比碳钢平均高出 3.2 倍。但是，横樑不是简单的一块碳钢件，而是由科学 布局的筋板和主板构成的结构件，其内阻尼主要来自于结构件结合面（焊接面） 间的摩擦，而不是材料的内阻尼，材料本身的内阻尼在此是微乎其微的，构件 结合面之间的摩擦阻尼占全部内阻尼的 90%，所以，在一般情况下，焊接件的 吸振性能与铸铁件相差无几，而象欧美和日本等先进国家，通过 FEM 有限元分 析法，科学计算，合理布局，这样的结构件吸振阻尼甚至高出铸铁件许多，当 然，其吸振性能也就优于铸铁件。 4, 残余应力和时效处理 1残余应力的形成 无外力影响的零件放久了也会产生变形，这主要是由残留在零件内的应力也 就
5、是我们常说的残余应力作祟。 一般来说铸铁件的内应力比焊接件的内应力要小，经过时效处理的铸铁件的残余应力就更小了，在其后使用过程中产生的变形也就小，这就是为什么铸铁 件的床身、立柱等大件能长期保持良好的精度，究其原因，是因为铸铁件内部 是由铁素体和大量的石墨构成，由于石墨尖端的松弛，造成残余应力很小。 而焊接件在焊接的过程中产生的应力是非常大的，焊接刚开始时，焊缝处迅 速升温，周围区域温度较低，阻碍焊缝的迅速膨胀，焊缝受到压应力。焊接过 程结束，焊接件开始冷却，等过了塑性变形的温度，由于焊缝与周围区域的冷 却速度不一致，焊缝开始受到拉应力，直至室温。此时焊缝处材料所受的拉应 力几近材料的屈服极限
6、，如果不及时进行消除内应力的处理，构件就会产生开 裂或变形的后果。 时效处理 时效凡是能降低残余应力，使工件尺寸精度稳定的方法都叫“时效“。常 用时效方法有自然时效、热时效、振动时效等等。 自然时效是最古老的时效方法。它是把构件露天放置于室外，经过几个月至 几年的风吹. 日晒.雨淋.和季节的温度变化，促使残余应力发生松弛而使尺寸精 度获得稳定。 自然时效的优点是：构件尺寸稳定性好，方法简单易行，绿色环保。 缺点是：生产周期长，占用场地大，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷， 已逐渐被淘汰。 热时效将构件由室温缓慢、均匀加热至 550左右，保温 4-8 小时，再严 格控制降温速度至 150以下出
7、炉。 热时效工艺要求是严格的，如要求炉内温 差不大于25，升温速度不大于 50/小时，降温速度不大于 20/小时。炉 内最高温度不许超过 570，保温时间也不易过长，如果温度高于 570，保温 时间过长，会引起构件强度降低。如果升温速度过快，构件在升温中薄壁处升 温速度比厚壁处快的多，构件各部分的温差急剧增大，会造成附加温度应力。 如果附加应力与构件本身的残余应力叠加超过强度极限，就会造成构件开裂。热时效如果降温不当，会使时效效果大为降低，甚至产生与原残余应力相同的 温度应力(二次应力)，并残留在构件中，从而破坏了已取得的热时效效果。 热时效的优点是：周期短、构件尺寸稳定性较好、便于管理。 缺
8、点是：一次性投资大、能耗高、成本高、温度难以控制、劳动强度高、环 境污染严重。所以逐步被振动时效取代。振动时效 振动时效是“锤击松弛法“(敲击时效)的发展。可用木锤.橡皮锤.紫铜锤等，敲 构件的合适部位，可激起构件共振。如用拾振器.测振仪和光线示波器可记录下 构件作自由衰减振动的振型。 锤击松弛法是给工件一个冲击力，击起工件的响应，工件以自己的固有频率 和迅速衰减的振幅作减幅振动。敲击后的最初振幅大，在构件内引起的“振动力 “也大。这一振动力 多次反复作用，当它与残余应力迭加时 ，在应力集中处超 过材料的屈服极限 .,引起局部塑性变形，松弛了应力，使应力峰值降低。振动 时效，在国外称之为“V.
9、S.R“技术，它是 Vibratory Stress Reliele 的缩写。它是在 激振器的周期性外力(激振力 )的作用下，使构件共振，进而松弛残余应力，提 高构件的松弛刚度，使其尺寸稳定的方法。振动时效是热时效的补充和发展， 可在很大范围内代替热时效。欧美等先进国家依靠计算机进行 FEM 有限元分析， 配以先进的测振仪器，使振动时效达到完美的境界。 传统的观念认为振动时效不彻底，认为焊接件容易变形，通过以上分析应该有一个新的认识。 需要特别注意的是，目前，国内的制造水平与国外知名制造商比较，还是有 较大的差距，所以，选购国内制造的机床，还是铸铁件比较可靠，除非该制造 商确实掌握了焊接件消除内应力的核心技术，那又另当别论。铸件与焊接件比较铸件与焊接件比较力学性能力学性能单位单位铸件铸件焊接件焊接件弹性系数 EMpa117.000210.000最大强度Mpa89-480550-1,200密度Kg/m37,000-7,4007,850热变形10-6/0.010.01抗拉强度Mpa230480抗内应力等级高低
