礦物鑄件（人造花崗石）對機床制造的分析

作為結(jié)構(gòu)材料，礦物鑄件（人造花崗石又叫樹脂混凝土）在機床行業(yè)被廣泛接受已經(jīng)30多年了。

據(jù)統(tǒng)計，在歐洲，每10臺機床就有一臺使用礦物鑄件做床身。然而，使用不當(dāng)?shù)慕?jīng)歷、不完整或錯誤的信息都會導(dǎo)致對礦物鑄件的懷疑和偏見。因此，在制作新型設(shè)備時，分析礦物鑄件的利弊并與其他材料相比較，是很必要的。

工程機械類的底座一般分鑄鐵、礦物鑄件（聚合物和/或活性樹脂混凝土）、鋼/焊接結(jié)構(gòu)（灌漿/非灌漿）和天然石頭（如花崗巖）四種。各種材質(zhì)均各具特點，并不存在完 美的結(jié)構(gòu)材料。只有根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)要求考察材料的優(yōu)缺點，才能挑選出理想的結(jié)構(gòu)材料。 

結(jié)構(gòu)材料的兩個重要功能—─保證部件的幾何尺寸、位置和吸收能量，對材料分別提出了性能要求（靜態(tài)、動態(tài)和熱性能）、功能/結(jié)構(gòu)要求（精度、重量、壁厚、易于導(dǎo)軌安裝、介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、物流）和成本要求（價格、數(shù)量、實用性、系統(tǒng)特性）。

一、對結(jié)構(gòu)材料的性能要求

1、靜態(tài)特性 

衡量底座靜態(tài)特性的標(biāo)準(zhǔn)通常是材料的剛性—─承載下的較小形變，而不是高強度。對于靜態(tài)彈性變形，可以把礦物鑄件看作是符合胡克定律的各向同性的均質(zhì)材料。

礦物鑄件密度和彈性模量分別是鑄鐵的1/3，既然礦物鑄件和鑄鐵有相同的比剛度，因此同等重量下，在不考慮形狀影響時鑄鐵件與礦物鑄件的剛度是相同的。很多時候，礦物鑄件的設(shè)計壁厚通常是鑄鐵件的3倍，這種設(shè)計無論是在產(chǎn)品的力學(xué)性能上還是在澆鑄成型上都不會產(chǎn)生何種問題。礦物鑄件適合在承載壓力的靜態(tài)環(huán)境下工作（如床身、支架、立柱），不適合作為薄壁和/或小型機架（如工作臺、托盤、換刀裝置、拖板、主軸支架）。結(jié)構(gòu)件的重量通常是受礦物鑄件廠家的設(shè)備限制，15噸以上的礦物鑄件產(chǎn)品一般較為少見。 

2. 動態(tài)特性 

軸的旋轉(zhuǎn)速度和/或加速度越大，機器的動態(tài)性能就越顯重要?？焖俣ㄎ?、刀具快速置換、高速進給對機器結(jié)構(gòu)件不斷地強化機械共振和動態(tài)激勵。除了部件的尺寸設(shè)計，部件的撓曲性、質(zhì)量分布、動態(tài)剛性都很大程度上受材料阻尼特性的影響。

礦物鑄件的使用為這些問題提供了一個良好的解決方案。因為它比傳統(tǒng)鑄鐵的吸振性能好10倍，能大幅下降振幅和固有頻率。

在諸如機械切削加工中，可以帶來更高的精度、更好的表面質(zhì)量、更長的工具使用壽命。同時，在噪音影響方面，通過對大型發(fā)動機和離心機不同材質(zhì)的底座、傳動鑄件以及附件的比較驗證，礦物鑄件也同樣表現(xiàn)上佳。依據(jù)撞擊聲分析，礦物鑄件可以實現(xiàn)聲壓級別局部減弱20%的功效。