CN103072186B - 一种高阻尼性机床构件的精密成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高阻尼性机床构件的精密成型方法，首先通过粗浇铸模具，将以粗骨料为主的聚合物混凝土浇铸成型为机床构件主体，然后用以填料为主的聚合物混凝土，对粗浇铸的机床主体再进行精浇铸。在不破坏构件表面结构的前提下，大大提高了机床构件的尺寸精度，平面度可达每200毫米2微米以内。

Description

一种高阻尼性机床构件的精密成型方法

技术领域

本发明涉及一种高阻尼性机床构件的精密成型方法，可有效解决聚合物混凝土机床构件因浇铸时的收缩，以及浇铸后的变形所造成的精度不足问题。

背景技术

聚合物混凝土是由改性环氧树脂等材料为胶黏剂，以花岗岩等矿物颗粒为骨料，以石英沙等细颗粒物为填料，所形成的一种新型结构材料。聚合物混凝土因其优良的减震性和高的耐蚀性等优势，已在机床床身制造中获得广泛应用。如弗里茨-斯塔德股份公司的“由聚合物混凝土制造机器零件和机器部件方法”早在1986年即申请中国发明专利（申请号为86100838）。国内也有很多学者对聚合物混凝土材料的强化方法等内容进行了大量研究（如：徐平.钢纤维聚合物混凝土机床基础件静动态力学性能及损伤机理研究.辽宁工程技术大学博士学位论文，2005.11）。用聚合物混凝土制造的机床床身，其振动阻尼性比铸铁床身高，因而可以显著提高机床的加工速度、加工精度、工具寿命等。另外，聚合物混凝土床身是在室温下浇铸成型的，管路、线缆、螺纹紧固件等，可以在浇铸成型时直接铸入其中，因而机床的结构完整性非常好，制造工艺相对简单，设计灵活性大。

然而，聚合物混凝土在浇铸模具中浇铸成型后，由于化学反应等因素，会造成构件尺寸的改变。聚合物混凝土的铸后收缩率一般为0.1～0.3mm/m,这种脱模精度通常难以达到机床构件的精度要求。如果对浇铸成型的机床构件再进行铣削、磨削等机械加工，不仅增加了加工成本，而且势必破坏构件的表面结构，破坏聚合物对矿物颗粒的包裹，使矿物颗粒直接暴露在外，从而影响了材料的吸湿性、耐蚀性等性能。

因此，发明一种聚合物混凝土机床构件的精密成型方法，在不破坏构件表面结构的前提下，来解决聚合物混凝土因浇铸后的尺寸变化所造成的精度不足问题，是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足而提供一种高阻尼性机床构件的精密成型方法。

本发明采取的技术方案为：

一种高阻尼性机床构件的精密成型方法，包括步骤如下：

（1）粗浇铸：通过粗浇铸模具，将以粗骨料为主的聚合物混凝土预先浇铸成型为机床构件主体，对有精度要求的机床构件的表面要少浇铸1～3mm厚的材料，养护至自然强度，脱模；

（2）精浇铸：对于机床构件主体上少浇的1～3mm厚度的表面，用以填料为主的聚合物混凝土再次进行浇铸，浇铸层的厚度为3～6mm；

（3）将表面涂有脱模剂的压块，压向上述的精浇铸层，并挤出多余的聚合物混凝土，从而使机床构件的外形达到尺寸要求，然后将机床构件养护至自然强度，最后移走压块。

或者准备两套模具，即粗浇铸模具和精浇铸模具，（1）粗浇铸模具要比精度要求的机床构件的表面少1～3mm厚，先粗浇铸成型养护至自然强度，脱模；（2）精浇铸模具将根据所要求的机床构件尺寸进行制作，将通过粗浇铸模具预先浇铸成型的机床构件主体，放在精浇铸模具中，机床构件主体与精浇铸模具之间将存在1～3mm的间隙，此间隙用以填料为主的聚合物混凝土再次进行浇铸，即精浇铸，养护至自然强度，脱模。精浇铸方法是，用蠕动泵向该间隙中强力灌注聚合物混凝土，使聚合物混凝土密实地充满间隙。

上述成型方法中步骤（1）所述的以粗骨料为主的聚合物混凝土由骨料和胶黏剂组成，

胶黏剂与骨料的重量比为1：5～12，骨料采用花岗岩颗粒和石英砂。骨料的级配优选是：

粒径13.2mm～16mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10%；

粒径9.5mm～13mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10%；

粒径4.75mm～9.5mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35%；

粒径1.18mm～4.75mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35%；

粒径小于1.18mm的石英砂：占骨料总重量的10%。

胶黏剂采用双酚A环氧树脂和改性胺固化剂，必要时也可加入适量的稀释剂和增韧剂。双酚A环氧树脂与改性胺固化剂的质量比例范围为3～5：1。胶黏剂的室温粘度控制在500～1200mPas。

上述成型方法中步骤（2）所述的以填料为主的聚合物混凝土由填料和胶黏剂组成，胶黏剂与填料的重量比为1：1～4，填料采用石粉、石英砂和氧化铁粉。填料的级配优选是：

粒径0.3mm～0.6mm的石粉：占填料总重量的50%；

粒径小于0.075mm的石英砂：占填料总重量的40%

粒径小于0.075mm的氧化铁粉，占填料总重量的10%。

胶黏剂采用双酚A环氧树脂和改性胺固化剂，必要时也可加入适量的稀释剂和增韧剂。双酚A环氧树脂与改性胺固化剂的比例范围为3～5：1。胶黏剂的室温粘度控制在500～1000mPas。

浇铸机床构件主体的粗浇铸模具，可以是木模、钢模、铝模，也可以是由金属与木材制作而成的复合模具。精浇铸所用的模具，最好采用钢模，以使模具具有高的强度、好的表面质量、高的尺寸精度。

几个值得注意的问题是：在粗浇铸或精浇铸前，模具的内表面都要涂覆脱模剂，如石蜡、硅油、聚四氟乙烯等；精浇铸前，由粗浇铸得到的机床构件主体，应养护或时效足够的时间，待其达到自然强度，且尺寸稳定后，再进行精浇铸；选择模具类型时，应同时考虑机床构件的精度与批量。

本发明所述的机床构件由两种材料的聚合物混凝土浇铸而成。首先将以粗骨料为主的聚合物混凝土，通过粗浇铸模具，预先浇铸成型为机床构件主体，然后用以填料为主的聚合物混凝土进行精浇铸。在压块或精浇铸模具的保证下，达到机床构件的最终形状精度和位置精度，该机床构件同时具有高的表面质量，并消除了后续的机械加工工序，在不破坏构件表面结构的前提下，大大提高了机床构件的尺寸精度，机床构件的平面度可达每200毫米2微米之内。

附图说明

图1是粗浇铸、精浇铸、压块挤出多余材料，从而得到最终构件的过程示意图；

图2是粗浇铸、精浇铸，从而得到最终构件的过程示意图；

其中：1.粗浇铸模具；2.粗浇铸得到的机床构件主体；3.精浇铸层；4.压块；5.最终的机床构件；6.精浇铸模具。H＝H1+Δ2，并且Δ2＜Δ1。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明。

图1是粗浇铸、精浇铸、压块挤出多余材料，从而得到最终构件的过程示意图。首先通过粗浇铸模具1，并往其中浇铸以粗骨料为主的聚合物混凝土，这一过程称为粗浇铸。养护至自然强度，脱模，得到机床构件主体2。对于机床构件主体2上尺寸为H1的表面，用以填料为主的聚合物混凝土再次进行浇铸，形成厚度为Δ1的精浇铸层3，Δ1的取值范围是3～6mm，这一过程称为精浇铸。然后用表面涂有脱模剂的压块4，压向上述的精浇铸层3，挤出多余的聚合物混凝土，使精浇铸层的厚度达到Δ2，Δ2的取值范围一般是1～3mm。总体尺寸达到Ｈ，H＝Ｈ１＋Δ２，H即是机床构件外形所要求的尺寸。将机床构件养护至自然强度，最后移走压块，得到满足尺寸要求的机床构件5。

图2是粗浇铸、精浇铸，从而得到最终构件的过程示意图。首先通过粗浇铸模具1，并往其中浇铸以粗骨料为主的聚合物混凝土，这一过程称为粗浇铸。养护至自然强度，脱模，得到机床主体2。将机床主体2置于精浇铸模具6中，在H1尺寸的表面处，出现了宽度为Δ2的间隙。用蠕动泵往该Δ2间隙处浇铸以填料为主的聚合物混凝土，这一过程称为精浇铸。将机床构件养护至自然强度，脱模，得到满足尺寸要求的机床构件5，其中H＝H1+Δ2，H即是机床构件外形所要求的尺寸。

在浇铸聚合物混凝土前，模具的内表面都要涂覆脱模剂，如石蜡、硅油等。

下面结合实例进行进一步说明。

实施例1：

某机床床身，其导轨面有较高的精度要求。首先制作浇铸机床床身主体所用的粗浇铸模具，采用在导轨面预留3mm的空间，并进行精浇铸，然后挤出多余材料的方法。骨料采用花岗岩颗粒，按如下级配：

粒径13.2mm～16mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10%；

粒径9.5mm～13mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10%；

粒径4.75mm～9.5mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35%；

粒径1.18mm～4.75mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35%；

粒径小于1.18mm的石英砂：占骨料总重量的10%。

将不同粒径的骨料按比例称量并混合，然后一起充分搅拌均匀。

胶黏剂可采用双酚A环氧树脂与改性胺固化剂及少量增韧剂,一种可行的胶黏剂配方是：

双酚A环氧树脂E-44：占胶黏剂总重量的22%；

双酚A环氧树脂E-51：占胶黏剂总重量的50%

增韧剂DBP：占胶黏剂总重量的10%；

固化剂T31：占胶黏剂总重量的18%。

胶黏剂与骨料的重量比为1：9。

将搅拌均匀的骨料与胶黏剂混合，并充分搅拌，形成搅拌均匀的聚合物混凝土。将搅拌好的聚合物混凝土浇入粗浇铸模具中，在导轨面处欠浇铸Δ2＝3mm的厚度。养护12天，至自然强度，并蠕变至稳定尺寸，脱模，从而形成机床床身主体。

按如下级配，将不同粒径的填料按比例称量并混合，然后一起充分搅拌均匀，

粒径0.3mm～0.6mm的石粉：占填料总重量的50%；

粒径小于0.075mm的石英砂：占填料总重量的40%

粒径小于0.075mm的氧化铁粉，占填料总重量的10%。

仍然采用上述胶黏剂与配方，胶黏剂与填料的重量比为20：80。

将搅拌均匀的填料与胶黏剂混合，并充分搅拌，形成搅拌均匀的聚合物混凝土。往导轨面进行二次浇铸，浇铸层的厚度为Δ1=5mm。

将表面涂有石蜡的压块压向上述的二次浇铸层，并挤出多余的Δ1-Δ2=2mm厚的聚合物混凝土。从而使机床构件的外形达到精度要求，养护至自然强度，然后移走压块。此时，机床构件的平面度可达每200毫米2微米之内。

实施例2：

某机床床身，导轨面具有较高的精度要求。首先制作浇铸机床床身所用的粗浇铸模具，由于导轨面处尺寸精度较高，因此采用在这个表面预留Δ2＝3mm的空间，然后用蠕动泵向该空间中进行精浇铸的方法。骨料采用花岗岩颗粒，按如下级配：

粒径13.2mm～16mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10%；

粒径9.5mm～13mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10%；

粒径4.75mm～9.5mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35%；

粒径1.18mm～4.75mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35%；

粒径小于1.18mm的石英砂：占骨料总重量的10%。

将不同粒径的骨料按比例称量并混合，然后一起充分搅拌均匀。

胶黏剂采用双酚A环氧树脂和改性胺固化剂T31，二者比例3：1。胶黏剂与骨料的重量比为10：90。

将搅拌均匀的骨料与胶黏剂混合，并充分搅拌，形成搅拌均匀的聚合物混凝土。将搅拌好的聚合物混凝土浇入粗浇铸模具中。注意，在设计制造模具时，将有尺寸精度要求的表面内移3mm。养护12天，至自然强度，并蠕变至稳定尺寸，脱模，从而形成机床床身主体。然后将该机床床身主体放置于内表面涂好石蜡的精浇铸模具中。注意，对于精浇铸模具，对于有尺寸精度要求的表面，完全按照形状和位置的精度要求进行设计制造。显然，机床床身主体与精浇铸模具之间，会出现Δ2＝3mm的间隙。

按如下级配，将不同粒径的填料按比例称量并混合，然后一起充分搅拌均匀，

粒径0.3mm～0.6mm的石粉：占填料总重量的50%；

粒径小于0.075mm的石英砂：占填料总重量的40%

粒径小于0.075mm的氧化铁粉，占填料总重量的10%。

胶黏剂可采用双酚A环氧树脂与改性胺固化剂及少量增韧剂,一种可行的胶黏剂配方是：

双酚A环氧树脂E-44：占胶黏剂总重量的22%；

双酚A环氧树脂E-51：占胶黏剂总重量的50%

增韧剂DBP：占胶黏剂总重量的10%；

固化剂T31：占胶黏剂总重量的18%。

胶黏剂与填料的重量比为50：50。

将搅拌均匀的填料与胶黏剂混合，并充分搅拌，形成搅拌均匀的聚合物混凝土。将配好的聚合物混凝土用蠕动泵灌注于机床床身主体与精浇铸模具之间的Δ2缝隙中。养护至自然强度，脱模，得到符合要求的机床床身。

Claims (3)

1.一种高阻尼性机床构件的精密成型方法，其特征是，包括步骤如下：

(1)粗浇铸：通过粗浇铸模具，将以粗骨料为主的聚合物混凝土预先浇铸成型为机床构件主体，对有精度要求的机床构件的表面要少浇铸1～3mm厚的材料，养护至自然强度，脱模；以粗骨料为主的聚合物混凝土均由骨料和胶黏剂组成，胶黏剂与骨料的重量比为1：5～12，骨料采用花岗岩颗粒和石英砂，骨料级配是：

粒径13.2mm～16mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10％；

粒径9.5mm～13mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10％；

粒径4.75mm～9.5mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35％；

粒径1.18mm～4.75mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35％；

粒径小于1.18mm的石英砂：占骨料总重量的10％；

(2)精浇铸：对于机床构件主体上少浇的1～3mm厚度的表面，用以填料为主的聚合物混凝土再次进行浇铸，浇铸层的厚度为3～6mm；所述的以填料为主的聚合物混凝土均由填料和胶黏剂组成，胶黏剂与填料的重量比为1：1～4，填料采用石粉、石英砂和氧化铁粉，填料的级配是：

粒径0.3mm～0.6mm的石粉：占填料总重量的50％；

粒径小于0.075mm的石英砂：占填料总重量的40％

粒径小于0.075mm的氧化铁粉，占填料总重量的10％；

(3)将表面涂有脱模剂的压块，压向上述的精浇铸层，并挤出多余的聚合物混凝土，从而使机床构件的外形达到尺寸要求，然后将机床构件养护至自然强度，最后移走压块。

2.一种高阻尼性机床构件的精密成型方法，其特征是，包括步骤如下：

(1)准备两套模具，粗浇铸模具要比精度要求的机床构件的表面少1～3mm厚，先以粗骨料为主的聚合物混凝土粗浇铸成型，养护至自然强度，脱模；以粗骨料为主的聚合物混凝土均由骨料和胶黏剂组成，胶黏剂与骨料的重量比为1：5～12，骨料采用花岗岩颗粒和石英砂，骨料级配是：

粒径13.2mm～16mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10％；

粒径9.5mm～13mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的10％；

粒径4.75mm～9.5mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35％；

粒径1.18mm～4.75mm的花岗岩颗粒：占骨料总重量的35％；

粒径小于1.18mm的石英砂：占骨料总重量的10％；

(2)精浇铸模具根据所要求的机床构件尺寸进行制作，将通过粗浇铸模具预先浇铸成型的机床构件主体，放在精浇铸模具中，机床构件主体与精浇铸模具之间将存在1～3mm的间隙，此间隙用以填料为主的聚合物混凝土再次进行浇铸，即精浇铸，养护至自然强度，脱模；所述的以填料为主的聚合物混凝土均由填料和胶黏剂组成，胶黏剂与填料的重量比为1：1～4，填料采用石粉、石英砂和氧化铁粉，填料的级配是：

粒径0.3mm～0.6mm的石粉：占填料总重量的50％；

粒径小于0.075mm的石英砂：占填料总重量的40％

粒径小于0.075mm的氧化铁粉，占填料总重量的10％。

3.根据权利要求1或2所述的一种高阻尼性机床构件的精密成型方法，其特征是，所述的胶黏剂采用双酚A环氧树脂和改性胺固化剂，或者双酚A环氧树脂、改性胺固化剂及少量的增韧剂和稀释剂，双酚A环氧树脂与改性胺固化剂的质量比例范围为3～5：1。