Материалы базовых деталей

Основными материалами базовых деталей являются чугун и низкоуглеродистая сталь. Значительно реже применяют бетон, да и то в качестве материала для оснований или станин.

Чугун

Чаше всего для изготовления базовых деталей применяются чугун СЧ-15. Он обладает хорошими литейными свойствами, мало коробится, но имеет сравнительно низкие механические свойства.

При повышенных требованиях к износостойкости направляющих, выполненных как одно целое с базовой деталью, применяют также чугун СЧ-20. Его также широко используют при изготовлении станин и других ответственных корпусных деталей прецизионных станков.

Реже применяют чугуны СЧ-30 и СЧ-35, обладающие высокой прочностью и износостойкостью, так как они имеют плохие литейные качества. Поэтому их не рекомендуется использовать для изготовления базовых деталей сложной формы и крупногабаритных.

Для снятия остаточных напряжений в деталях из литых чугунов, которые могут привести к короблению, используют различные методы старения.

В большинстве случаев толщину стенок чугунных отливок целесообразно назначить минимально допустимой по соображениям литейной технологии, а необходимую жёсткость обеспечивать за счёт рациональной конструкции.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь применяется при изготовлении сварных базовых деталей простой формы. Сварные базовые детали делают при мелкосерийном и одиночном характере производства. Преимущества сварных конструкций по сравнению с литейными:

1) значительно легче при той же жесткости;

2) возможность исправления дефектов конструкций;

3) менее трудоёмки.

Используют в основном листовую сталь Ст3 или Ст4 толщиной 8-12 мм.

Применение тонкостенных сварных конструкций из листов толщиной 3...6 мм даёт дополнительную экономию металла, но существенно усложняет технологию изготовления, т.к. для уменьшения значительной местной податливости тонких стен необходимо применять специальные меры: вводить сетку поперечных рёбер, дополнительные перегородки и т.п.

Бетон

Весьма эффективным и перспективным способом повышения виброустойчивости станков, позволяющим также снизить их металлоемкость, является отказ от металлических базовых деталей.

К числу перспективных неметаллических материалов относится бетон различных типов

Преимущества:

1) хорошо гасит вибрации, что увеличивает динамическую жёсткость станка (демпфирование вибраций, например, в цементном бетоне в 6 раз выше, чем в чугуне.);

2) тепловая инерция делает бетон менее чувствительным к колебаниям температуры чем чугун.

Недостатки:

1) малая статическая жесткость: модуль упругости бетона меньше чем чугуна;

2) бетон после схватывания поглощает влагу, что влечёт за собой объёмные изменения;

3) попадание масла на бетон повреждает его;

4) низкая прочность на растяжение

Недостатки можно уменьшить:

1) для повышения статистической жесткости бетонных станин увеличивают толщину их стенок, что, однако, не приводит, к увеличению массы станков, т.к. бетон легче чугуна (удельный вес бетона составляет только треть удельного веса серого чугуна);

2) рассчитывается точная дозировка воды, предотвращая вспучивание;

3) предусматривается защита бетона от попадания СОЖ и масла и т.д.

Для изготовления станин тяжёлых станков иногда применяют железобетон, что обеспечивает такую же жёсткость как чугунная станина, даёт экономию металла на ~40...60%.

Перспективным является применение полимербетона для станин и оснований станков, который обладая сравнительно высоким модулем упругости (Е=40 кН/мм²), лишён недостатков обычного бетона.

В настоящее время опробуются различные варианты полимерных бетонов на основе эпоксидной, полиэфирной, акриловой и других смол (15...17 %) с наполнителем из кварцевого песка, базальта, гранитной крошки и др.

Достоинства полимерных бетонов:

1) твердеют значительно быстрее цементного (за 1 день вместо 28 для цементного бетона);

2) могут работать на растяжение (для эпоксидного бетона σ_раст = 25 Н/мм2 вместо 4 Н/мм2 для цементного бетона

3) негигроскопичны;

4) обладают стойкостью к агрессивным средам;

5) по вибропоглощающей способности превосходят чугун в 10 раз.

Большой интерес представляет акриловый бетон, т.к. акриловые смолы

1) имеют повышенную адгезию к наполнителю;

2) значительно дешевле чем эпоксидные.

Следует отметить, что работа с синтетическими смолами, особенно с эпоксидными, требует особых условий из-за их токсичности. В этой связи целесообразно, проводить исследования по улучшению свойств обычного бетона, которые до конца не изучены. Так, например, в зарубежных публикациях появились сообщения о том, что в результате усовершенствования технологии приготовления цементного бетона из него удалось изготовить пружину.