

據統計在歐洲每10臺機床就有一臺使用礦物鑄件機床,而在剛過去的CIMT2023北京國際機床展覽會上就有20個以上的展商推出了超過40多種不同類型的礦物鑄件機床。
礦物鑄件作為一種新型的非金屬復合材料,是由環氧樹酯、固化劑等材料作為膠接料;以石英石、花崗石等礦物顆粒為骨料;經過增強的纖維或納米顆粒強化,形成了一種新型復合材料。工業領域的礦物材料俗稱人造花崗石、聚合物混凝土、樹脂混凝土、超性能高性能混凝土等,其制品也被稱為礦物鑄件。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,必須就對礦物質的歷史發展進程有所了解。
由于一戰時期的鐵礦匱乏,1917年德國的schIesinger首先采用鋼筋混凝土制造車床床身。但由于導軌也采用混凝土,產生的摩擦阻力大,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于機床制造。上世紀30年代后期,采用鋼筋混凝土制作的小型圓形鐵板剪床和小型的鐵床支撐件獲得了一定的成功。1940年代鋼筋混凝土得到較大規模的應用,制造了超過1000多臺專用機床。到了60年代初期,前蘇聯的機床廠為了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采用鋼筋混凝土。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隨著礦物質混凝土人造花崗巖的發展,這種人造花崗巖有很多較好的物理性能。從而激發了機床制造業的興趣,他們對這種材料寄予了很大的一個期望。
1970年代,瑞士、德國、意大利的一些公司推出采用人造花崗巖為基體制造的機床產品,同時歐洲一些大學及科研機構也開展了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,主要用于高精度機床和自動化機床。瑞士的STUDER公司率先將人造花崗巖應用在RA5磨床上,并在1979年歐洲國際機床展上展出。
此后的十幾年,人造花崗巖在機床基礎應用研究得到了快速的發展。目前人造花崗巖基礎件在全球工業發達的國家,已進入了商品化生產批量階段,許多機床制造廠建造了自己的人造花崗巖基礎件生產車間。
1980年代德國TRICKES公司是較早研究生產礦物鑄件產品的公司,后被瑞士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,也被公認為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)公司在中國建立了生產基地,從事亞洲市場的人造花崗巖基礎件的生產和銷售。這是國外最早進入中國國內的礦物鑄件布局的跨國集團。而中國國內經過多年與上述瑞士、德國企業的產品合作及技術轉化,已發展為有多家生產制造礦物鑄件的廠家。
礦物鑄件具有什么樣的性能優勢和特點?概況來說,礦物鑄件具有以下8大優勢:
第一點優勢: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。礦物鑄件采用了常溫鑄造,固化后不產生內應力,材料的靜態無變形。由于高性能熱固性,環氧分子和相鄰表面之間能產生電磁吸力,環氧基與介質表面產生反應,生成化學鍵故而粘結性好。另外其收縮力穩定性很高,硬化后收縮率小于2%,機床各部件幾何的位置的精確固定,以及靜態、動態的扭矩吸收,因此可有效保障機床的較高精度。
第二點優勢:吸震性優(動態特性)。運動部件的移動速度越快或加速度越大,機床的動態性能就越顯重要,因為快速定位、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態穩定性。礦物鑄件的阻尼比是灰鑄鐵的6倍以上。釆用礦物鑄件床身后,機床主要部件上的絕對振動速度和振動幅值都有所降低,整機的動態特性有明顯改善。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,采用礦物鑄件可以使局部聲壓級別減弱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,從而保證了機床的精度。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%,在遇到短時內外界溫度變化時,溫度恒定時間要長3倍,而溫度影響的反應振幅只有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產生影響。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,有助于高精度機床在加工過程中的精度保持與加工尺寸一致性。
第四點優勢:剛性強(靜態特性)。衡量底座靜態特性的標準通常是材料的剛性承載下的最小變形,對于靜態彈性變形,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別是鑄鐵的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,甚至采用實心結構,合風加工中心大部分采用實心結構,在產品的力學性能上有極大優勢,從而同規格加工中心相比于鑄鐵機型能承受更高強度的重切。
第五點優勢:復雜的外型的成型能力和整合性能力,由于不同傳統的鑄鐵工藝流程和材料性能,礦物質鑄件通常采用低于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復雜外形,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。礦物質鑄件由于特殊的復合材質與切削液、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擬的優勢。正是因為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于儲藏液體,從而省略了腔體的裝配過程,大大地提高了生產經濟效益豐富了設計為復雜的機床設計提供了更多的選擇。
第七點優勢:出色的絕緣性。由于礦物鑄件中的粘結劑與填料均為非金屬材料,也就是說它具有天生的絕緣性,尤其是采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為八小時,脫模清理之后再次以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產效率可以達到30件每月。用戶也可以根據自己的采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產制造工藝相結合,推出了多款具有高速、高精、高品質的礦物鑄件加工中心,贏得了廣大客戶的一致好評,并收獲了諸多礦物鑄件加工中心的忠實用戶。

