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 鑄件(jian)的應力主要來(lai)自來(lai)3個方(fang)面：

1、鑄件形狀和結構設(she)計是(shi)(shi)否(fou)(fou)合理，壁厚(hou)設(she)計是(shi)(shi)否(fou)(fou)均勻；

2、收縮(suo)時(shi)是(shi)否有(you)很大阻礙(ai)力；

3、冷卻溫度是否足夠(gou)緩慢(man)。

一、鑄(zhu)件的(de)設計合理(li)性以(yi)及壁厚均(jun)勻性，主要影響結(jie)構應力(li)

一個(ge)(ge)門(men)框支撐結構(gou)的(de)應力(li)分散于(yu)四(si)個(ge)(ge)角，一個(ge)(ge)十(shi)字交(jiao)叉筋的(de)鑄件的(de)應力(li)集中于(yu)交(jiao)叉中心(xin)點，表(biao)面(mian)上(shang)看起來十(shi)字交(jiao)叉更穩固，但(dan)是應力(li)也(ye)大、更容易造成中心(xin)開裂和變(bian)形。這方面(mian)可(ke)以(yi)參(can)考所有(you)橋(qiao)梁(liang)的(de)內腔箱式設計，這些大多不是十(shi)字或米字交(jiao)叉筋。

所以仔細觀察日本機床(chuang)和德國機床(chuang)的內(nei)部支撐(cheng)(cheng)設(she)計(ji)是箱(xiang)式的，支撐(cheng)(cheng)筋不(bu)高，沿著鑄件(jian)內(nei)壁支撐(cheng)(cheng)，而不(bu)是簡單的十字交叉，床(chuang)身、立(li)柱(zhu)、主軸箱(xiang)都是如(ru)此。

薄壁(bi)部(bu)位先凝固冷卻，厚壁(bi)部(bu)位后(hou)凝固冷卻，凝固冷卻溫度曲線的(de)時(shi)間差，造成了(le)厚壁(bi)薄壁(bi)相交位置(zhi)的(de)應力(li)，也(ye)決(jue)定了(le)鑄件成型冷卻后(hou)的(de)應力(li)。同時越是箱式(shi)閉環結構，應力(li)越小。一(yi)個(ge)圓(yuan)環鑄(zhu)件(jian)應力(li)肯定小于(yu)U型件鑄(zhu)件(jian)設計。

二、 收(shou)縮時是否有(you)很大阻礙(ai)力(li)，會影響鑄件(jian)的應力(li)

鐵水整體冷卻凝(ning)固向內收縮時，受阻力(li)大(da)小制約，阻力(li)大(da)應力(li)就大(da)，相反應力(li)就小。

所以砂(sha)型強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)也與(yu)應力關系(xi)極大，脂砂(sha)自(zi)身遇(yu)高(gao)溫一定時間(jian)后會(hui)潰散，砂(sha)型強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)高(gao)，在鐵(tie)水(shui)(shui)共晶過程中，可以保證鑄造整體(ti)形狀的(de)(de)穩定性(xing)，但(dan)是(shi)砂(sha)型強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)過高(gao)，在高(gao)溫鑄件冷卻收縮時，會(hui)難以及(ji)時潰散也會(hui)造成大的(de)(de)收縮應力，所以控制合理的(de)(de)砂(sha)型強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)，保證在澆注鐵(tie)水(shui)(shui)后，合適的(de)(de)時間(jian)開始潰散，也是(shi)控制應力的(de)(de)重要方面(mian)。

三(san)、 冷卻曲線的(de)快慢(man)程度也決定了(le)應力的(de)大小

鑄(zhu)件(jian)在砂(sha)箱內，從液體冷(leng)卻(que)到固態時，是一個(ge)非常(chang)復雜的共(gong)晶、共(gong)析(xi)過(guo)程，高溫鐵水從液態到固態冷(leng)卻(que)，有(you)個(ge)臨界凝固溫度，大約(yue)1153℃。臨界點溫度高低與鐵水中的化學成分有關(guan)，內部(bu)的化學成分和(he)熔煉過程(cheng)決定了冷(leng)卻(que)曲線，冷(leng)卻(que)曲線決定了應(ying)力大(da)小。

高(gao)(gao)(gao)于臨界點提前凝固，俗(su)稱(cheng)過冷度(du)(du)(du)高(gao)(gao)(gao)，相(xiang)(xiang)對冷卻(que)速(su)度(du)(du)(du)快，相(xiang)(xiang)對材質(zhi)偏硬、強度(du)(du)(du)高(gao)(gao)(gao)，但是應力也大，灰鐵的高(gao)(gao)(gao)牌號過冷度(du)(du)(du)高(gao)(gao)(gao)于低牌號過冷度(du)(du)(du)。低于臨界點提前凝固，俗(su)稱(cheng)過冷度(du)(du)(du)低，相(xiang)(xiang)對冷卻(que)速(su)度(du)(du)(du)慢，相(xiang)(xiang)對材質(zhi)硬度(du)(du)(du)低、強度(du)(du)(du)低，但是應力也小。

所以(yi)盡可能(neng)讓液態緩(huan)慢(man)轉變為(wei)固(gu)態，同時(shi)也讓降溫過程越緩(huan)慢(man)越好，就是(shi)使(shi)在砂箱內(nei)保溫時(shi)間盡量(liang)長(chang)，通常工(gong)廠開箱溫度，是(shi)鑄件溫度在200-300℃，能等到200℃以內開箱時(shi)最佳，不過(guo)保溫(wen)時(shi)間長，對工廠來說場地周轉效(xiao)率低，砂(sha)箱數量增(zeng)加(jia)(jia)，成(cheng)本加(jia)(jia)大(da)，所以好多鑄(zhu)造廠就會選(xuan)擇高溫(wen)開箱，節(jie)約(yue)隱形成(cheng)本。

如果在(zai)500-600℃的(de)(de)高(gao)溫開箱，高(gao)溫鑄(zhu)件暴(bao)露在空(kong)氣(qi)中(zhong)(zhong)，等同于在流動空(kong)氣(qi)中(zhong)(zhong)進行整體淬火(huo)，中(zhong)(zhong)間(jian)(jian)產生(sheng)的(de)(de)應力超過想象，對機(ji)床鑄(zhu)件來說，非常非常不(bu)利，充足的(de)(de)保溫時間(jian)(jian)，遠比(bi)事后退火(huo)去除應力重要。

總結一下，牌號(hao)越(yue)高，相(xiang)對(dui)應力(li)越(yue)大，牌號(hao)越(yue)低，相(xiang)對(dui)應力(li)越(yue)小，所(suo)以低牌號(hao)大重量(liang)機床鑄件，一樣可以低應力(li)，但是(shi)非常(chang)笨重。怎么提高強度，又能(neng)降低(di)(di)應力(li)，有硬度而切削性(xing)能(neng)良(liang)好，就是(shi)鑄造(zao)廠的(de)技術和品質管理(li)功(gong)底，換個思路，我(wo)以(yi)低(di)(di)應力(li)低(di)(di)牌(pai)號的(de)化學成分，實現(xian)高牌(pai)號的(de)強度，這樣應力(li)就小(xiao)了(le)。

傳統鑄造老師傅的(de)熔煉(lian)思路是要提高強(qiang)度(du)，就降低(di)碳硅成分，強(qiang)度(du)提高了(le)，但是冷(leng)卻速度(du)加快了(le)，白(bai)口傾向(xiang)大(da)了(le)，應力也(ye)成倍提高了(le)。

去除應(ying)力(li)最好的(de)(de)方法，就是(shi)通(tong)過(guo)合(he)理(li)的(de)(de)鑄(zhu)件(jian)形(xing)狀設(she)計，減少冷卻收縮時(shi)(shi)的(de)(de)砂型阻力(li)，降低(di)鐵水從液(ye)態到固(gu)態凝固(gu)的(de)(de)臨界(jie)溫度(du)，和延長冷卻的(de)(de)溫度(du)曲線，換句話說，就是(shi)鑄(zhu)件(jian)生產(chan)時(shi)(shi)的(de)(de)低(di)應(ying)力(li)，遠比(bi)存在高(gao)應(ying)力(li)再(zai)通(tong)過(guo)去應(ying)力(li)措施重要(yao)。

去應力通(tong)常有三種方(fang)法：去應(ying)力退火、長時間放(fang)置去應(ying)力以及高頻振(zhen)動去應(ying)力。

去應力退火，就是把鑄件放進(jin)退火爐(lu)，緩(huan)慢升溫到600-700℃，然(ran)后緩慢冷(leng)卻(que)到一定(ding)溫(wen)度出爐。通(tong)常是用電退火爐，因為燃煤(mei)退火爐難以控(kong)制溫(wen)度曲線。

退(tui)火(huo)去(qu)應(ying)力的(de)(de)原理(li)是，把(ba)需要去(qu)應(ying)力的(de)(de)鑄件(jian)放進退(tui)火(huo)爐，進行(xing)先(xian)升溫降溫處理(li)，人為(wei)地讓整(zheng)件(jian)鑄件(jian)冷卻曲線(xian)趨向一(yi)致以減(jian)少應(ying)力，但升溫和降溫曲線(xian)必須嚴格控制，如(ru)果(guo)升溫沒(mei)有控制好，超(chao)過去(qu)應(ying)力退(tui)火(huo)的(de)(de)最高溫度，將影響石墨形(xing)態和晶(jing)枝(zhi)體(ti)變化，整(zheng)件(jian)鑄件(jian)會(hui)失去(qu)強(qiang)度；而冷卻溫度不控制好，過快冷卻，會(hui)產(chan)生更大(da)的(de)(de)應(ying)力。

好多鑄造廠僅僅是把去應力退火作為噱頭，根本不在乎冷卻速度，由于退火爐是耗電大戶，為節省電費，加快退火操作周期，剛升到規定頂點溫度，馬上關電源，過幾個小時就開爐門，對正在退火的鑄件來說是災難，還不如不退火，去應(ying)力退(tui)火的(de)費(fei)用非常高，生產(chan)周期(qi)也更長，需要湊滿一退(tui)火爐廠鑄件，根據(ju)產(chan)品(pin)不同，去應(ying)力退(tui)火的(de)費(fei)用在(zai)500-1000元/噸。

長時間(jian)放(fang)置(zhi)去(qu)應(ying)力，就是把鑄鐵長時間(jian)放(fang)在室內或露天，經過一(yi)年四季不同溫差變化，幾(ji)年后應(ying)力會(hui)慢慢從集中位置(zhi)釋放(fang)，鑄件(jian)也會(hui)發(fa)生感覺(jue)不到的細微變形(xing)，德國高端機(ji)床放(fang)三年，日本原(yuan)產(chan)地(di)牧野機(ji)床甚至海邊放(fang)五年以上(shang)，室外超長時間(jian)放(fang)置(zhi)的去(qu)應(ying)力方式(shi)效果最佳，網上(shang)傳(chuan)說瑞士機床廠(chang)把鑄件放進日內(nei)瓦湖底去(qu)應(ying)力，從(cong)理論上(shang)說不可信，有長時間的不同季(ji)節溫差變化，才能應(ying)力充分(fen)釋(shi)放。

長時間放置方(fang)式去應力，占用(yong)鑄件(jian)周轉(zhuan)資(zi)金、占用(yong)場地、效率低，而且機型不(bu)容易推陳出新，跟不(bu)上(shang)客戶快節奏的(de)新需(xu)求，現在只有超高精度(du)的(de)機床廠家才會用(yong)露天長時間放置去應力方(fang)式。

高頻振動去應力，就是用高頻振動設備對鑄件應力，現在鑄件去應力很少用到，效果不(bu)做評價。

作者(zhe)：上海(hai)華慶鑄造有限公司　陳凌達(da)　

　                              　　機床行業(ye)退休專家　于同(tong)和