CN107572884A - 一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，具有稳定性高，热膨胀系数低，抗压和抗拉性能好等优点，而且利用废弃陶瓷为原料，解决废弃陶瓷随意丢弃、难以回收等问题，达到变废为宝的目的。一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，主要由以下重量份的原料制成：废弃陶瓷片或废弃陶瓷颗粒70‑75份，废弃陶瓷粉8‑15份，环氧树脂7‑10份，固化剂1.75‑2.5份，碳纤维1份，玄武岩纤维1份，铋0‑1份，锑0‑1份，硅石粉8‑10份，氧化铝粉0‑10份。
Description
技术领域
本发明属于机械设备领域，尤其涉及了一种利用废弃陶瓷铸造的机床床上。
背景技术
机床是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工，因此对机床床身的稳固性等特征有严格的要求。
目前，市面上大部分机床床身的材料主要是采用铸铁来进行制作，但是，采用铸铁制备机床床身存在工艺复杂，模具费用昂贵，生产周期长，产品的精度差，加工余量大，表面质量差，减振性差、热膨胀系数大等问题。因此，也有部分采用混凝土做机床床身，近几年，由于我国机加工行业对机床的静动态性能有较高要求，使传统的机床结构材料的性能不能满足要求，同时，由于金属材料的制造成本较高，从已公开的资料可知，能够制作出优良的并在实际应用中具有较长使用寿命的产品非常欠缺。目前树脂混凝土做机床基础件使用中最常见的问题是易产生开裂、断裂，影响机床的机加工性能；产品强度较低，脆性大，在较大重量的撞击下易出现破碎；在南方地区高温高湿环境下使用易发生变形等。
我司地处福建泉州，具有非常丰富的陶土资源，泉州市德化县更是著名的中国瓷都，每年生产大量的瓷器，而在生产、运输过程中也容易产生破损、次品等陶瓷制品，在日常生活或房屋装修等领域也存在大量的废弃陶瓷，利用陶瓷碗、陶瓷砖等陶瓷破碎后遗留的大量废弃陶瓷碎片，由于陶瓷化学结构稳定无法自然降解，也很难回收重铸，陶瓷碎片往往只能丢弃在野外，长期以往不仅破坏生态环境，而且造成大量的资源浪费，而陶瓷具有硬度高、耐腐蚀、耐磨等优良的特性，具有很大的回收价值，我司经过多年的研发，提出利用废弃陶瓷铸造机床床身的办法并研发成功。
发明内容
本发明提出一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，具有稳定性高，热膨胀系数低，抗压和抗拉性能好等优点，而且利用废弃陶瓷为原料，解决废弃陶瓷随意丢弃、难以回收等问题，达到变废为宝的目的。本发明技术方案如下：
一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，主要由以下重量份的原料制成：
废弃陶瓷片或废弃陶瓷颗粒70-75份，废弃陶瓷粉8-15份，环氧树脂7-10份，固化剂1.75-2.5份，碳纤维1份，玄武岩纤维1份，铋0-1份，锑0-1份，硅石粉8-10份，氧化铝粉0-10份。
再进一步的，所述陶瓷片体的尺寸为3-15mm，废弃陶瓷颗粒的尺寸0.5-3mm，所述陶瓷粉为30-100目。
进一步的，所述氧化铝粉为200-300目粉末。
进一步的，所述硅石粉为500目粉末。
进一步的，所述废弃陶瓷片体重量份为35-45份，废弃陶瓷颗粒重量份为30-35份。
进一步的，所述碳纤维和玄武岩纤维为长度35～150mm的短纤维。
进一步的，所述固化剂为改性酚醛胺固化剂。
进一步的，所述废弃陶瓷粉、硅石粉和氧化铝粉带有电荷。
再进一步的，所述碳纤维带有与废弃套餐饭粉极性相反的电荷。
陶瓷具有结构稳定、绝缘、耐腐蚀、耐磨、硬度高等特点，本发明的废弃陶瓷片和废弃陶瓷颗粒主要来源于瓷碗、瓷瓶、瓷砖等日常可见瓷器中；本发明中废弃陶瓷粉主要起到填料作用，填充于废弃陶瓷片、废弃陶瓷颗粒之间的间隙中，减少气孔，增强强度和硬度，环氧树脂和固化剂组成粘合剂作用。
本发明中，碳纤维和玄武岩纤维主要起到增强抗拉伸能力、起到胶联作用，使得物料之间联结成整体、增强机床床身的强度和刚性，使得铸造出来的机床床身具有更高的稳定性。
本发明利用铋或锑冷胀热缩并且可还原等特性，用于调节和对抗环氧树脂等材料产生的形变系数，调节热膨胀系数。
本发明利用硅石粉和氧化铝粉作为填料补充，具有硬度高的特性，能够增强床身硬度。
本发明采用环氧树脂和固化剂组成粘合剂作用。本发明的固化剂优选用酚醛胺固化剂特别是腰果酚改性固化剂，具体的是基于腰果酚、甲醛、特性胺等通过曼尼希反应而成的化合物。
和现有技术相比，本发明采用废弃陶瓷片和废弃陶瓷颗粒作为主要骨料，陶瓷粉和硅石粉作为主要填料，环氧树脂和固化剂作为粘合剂，碳纤维和玄武岩纤维作为增强结构的搭配方案，能够明显提升机床性能，而且抗振性能更佳，并且取材容易，成本低，能够实现资源回收利用，促进资源可持续性发展，具有重大意义。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，主要由以下重量份的原料制成：废弃陶瓷片或废弃陶瓷颗粒75份（其中废弃陶瓷片体45份，废弃陶瓷颗粒30份），废弃陶瓷粉8份，环氧树脂7份，固化剂1.75份，碳纤维1份，玄武岩纤维1份，铋1份，硅石粉10份。
所述陶瓷片体的尺寸为3-15mm，废弃陶瓷颗粒的尺寸0.5-3mm，所述陶瓷粉为30-100目。所述氧化铝粉为200-300目粉末。所述硅石粉为500粉末。所述碳纤维和玄武岩纤维为长度35～150mm的短纤维。所述固化剂为改性酚醛胺固化剂。所述废弃陶瓷粉、硅石粉和氧化铝粉带有电荷。所述碳纤维带有与废弃套餐饭粉极性相反的电荷。
根据本实施例方案铸造的机床床身的性能经过测试如下表：
表一、实施例一机床床身性能测试参数
二、抗振性分析
对于本发明的机床床身和传统铸铁机床床身，采用地面固定，通过床身的模态分析，可以得出以下结果：
表2铸铁床身模态分析结果（该结果引用于《机械设计与制造》第12期《高速车床花岗岩与铸铁床身动静态性能的分析》）
表二、铸铁床身抗振性分析
| 阶次 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 频率（Hz） | 242.32 | 304.06 | 373.35 | 542.7 | 585.53 |
| X向变形（mm） | 0.49 | 1.26 | 0.84 | 0.89 | 1.62 |
| Y向变形（mm） | 1.80 | 0.31 | 1.88 | 1.46 | 2.08 |
| Z向变形（mm） | 0.48 | 0.36 | 0.62 | 1.72 | 1.65 |
为直观对比，我司将频率调整为与上述表格频率一致，对本发明的机床床身进行测试，结果如下表：
表三、实施例一抗振性分析
| 阶次 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 频率（Hz） | 242.32 | 304.06 | 373.35 | 542.7 | 585.53 |
| X向变形（mm） | 0.31 | 1.16 | 0.81 | 0.87 | 1.61 |
| Y向变形（mm） | 1.41 | 0.27 | 1.76 | 1.44 | 1.97 |
| Z向变形（mm） | 0.36 | 0.28 | 0.57 | 1.69 | 1.62 |
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于：
一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，主要由以下重量份的原料制成：废弃陶瓷片或废弃陶瓷颗粒65份（其中废弃陶瓷片35份，废弃陶瓷颗粒30份），废弃陶瓷粉15份，环氧树脂10份，固化剂2.5份，碳纤维1份，玄武岩纤维1份，锑1份，硅石粉8份，氧化铝粉10份。
根据本实施例方案铸造的机床床身的性能经过测试如下表：
表四、实施例二机床床身性能测试参数
表五、实施例二抗振性分析
| 阶次 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 频率（Hz） | 242.32 | 304.06 | 373.35 | 542.7 | 585.53 |
| X向变形（mm） | 0.32 | 1.14 | 0.79 | 0.84 | 1.57 |
| Y向变形（mm） | 1.43 | 0.29 | 1.81 | 1.43 | 1.89 |
| Z向变形（mm） | 0.37 | 0.31 | 0.61 | 1.71 | 1.63 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，其特征在于：主要由以下重量份的原料制成：
废弃陶瓷片或废弃陶瓷颗粒70-75份，废弃陶瓷粉8-15份，环氧树脂7-10份，固化剂1.75-2.5份，碳纤维1份，玄武岩纤维1份，铋0-1份，锑0-1份，硅石粉8-10份，氧化铝粉0-10份。
2.如权利要求1所述的一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，其特征在于所述陶瓷片体的尺寸为3-15mm，废弃陶瓷颗粒的尺寸0.5-3mm，所述陶瓷粉为30-100目。
3.如权利要求1所述的一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，其特征在于：所述氧化铝粉为200-300目粉末。
4.如权利要求1所述的一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，其特征在于：所述硅石粉为500目粉末。
5.如权利要求1或2所述的一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，其特征在于：所述废弃陶瓷片体重量份为35-45份，废弃陶瓷颗粒重量份为30-35份。
6.如权利要求1所述的一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，其特征在于：所述碳纤维和玄武岩纤维为长度35～150mm的短纤维。
7.如权利要求1所述的一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，其特征在于：所述固化剂为改性酚醛胺固化剂。
8.如权利要求1所述的一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，其特征在于：所述废弃陶瓷粉、硅石粉和氧化铝粉带有电荷。
9.如权利要求8所述的一种利用废弃陶瓷铸造的机床床身，其特征在于：所述碳纤维带有与废弃套餐饭粉极性相反的电荷。
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