Чугун для станин станков

Минеральное литье относится к самым высокопроизводительным современным конструкционным материалам. Первопроходцами в использовании минерального литья стали производители высокоточных станков.Чугун для станин станков
Сегодня его использование получает все большее распространение в производстве фрезерных, токарных, сверлильных, электроэрозионных станков, а преимущества находят применение не только в станках, использующих высокоскоростную технологию (HSC, HSM).
Минеральное литье – это материал, состоящий из таких минеральных наполнителей как гравий, кварцевый песок, каменная мука и связующие. Материал смешивается по точной рецептуре и отливается в соответствующие формы.

Основа любого успеха – надежный фундамент!

К современным станкам предъявляются все более высокие требования по скорости и точности обработки. Но высокая скорость процессов и сложная обработка металлов резанием неизбежно создают вибрации станины, что отрицательно сказывается на качестве обработанной поверхности, а также сокращает срок эксплуатации инструмента.

Станина из минерального литья гасит эти вибрации примерно в 6 раз быстрее, чем аналогичная станина из чугуна, и в 10 раз быстрее, чем аналогичная стальная конструкция.

Станки для инструментальной обработки на станинах из минерального литья, такие как токарные, фрезерные и шлифовальные, работают со значительно большей точностью и позволяют достичь более высокого качества поверхности обрабатываемой детали. Также заметно сокращается износ инструмента.

Преимущества минерального литья:

Чугун для станин станков

Статика: Практически идеальная статическая жесткость и – как следствие – постоянная точность.

Динамика: Все станки с вращающимися деталями, высоким количеством оборотов и ускорением получают множество преимуществ при использовании минерального литья благодаря его свойству оптимально гасить вибрации.

Термическая стабильность: Минеральное литье – однородный материал, не деформирующийся при воздействии нагрузок и под влиянием температур, что гарантирует более высокую точность обработки.

Воздействие охлаждающих средств и смазок: Минеральное литье абсолютно устойчиво практически ко всем средам.

Качество: Тщательная проверка всех параметров производства обеспечивает наилучшее подтвержденное качество. При проектировании учитывается множество расчетов, чтобы преимущества материала приносили максимальную производственную пользу.

Экология: Хороший энергетический баланс при производстве (без внешнего поступления тепла) и беспроблемная утилизация в качестве вторичного строительного материала укрепляют выше перечисленные преимущества.

Все преимущества современной техники на надежном основании

реализованы в следующих группах станков:

Точные токарные станки

Вертикальные обрабатывающие центры с ЧПУ

5-осевые обрабатывающие центры с ЧПУ

Круглошлифовальные и плоскошлифовальные станки с ЧПУ

В основу стандартизации серого чугуна (СЧ) заложены принципы регламентирования минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении.
Марки, механические свойства серого чугуна по ГОСТ 1412-85, ИСО 185 и национальным стандартам некоторых стран приведены в табл. 58 — 60.

По ГОСТ 1412-85 марка серого чугуна
определяется показателем временного сопротивления чугуна при растяжении. Условное обозначение марки включает буквы СЧ — серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении
в МПа х 10 -1 :
СЧ 20 ГОСТ 1412-85.

Механические свойства серого чугуна обеспечиваются в литом состоянии или после термической обработки.
Поскольку значения прочности чугуна данной марки в отливке зависят от скорости охлаждения, определяемой толщиной стенки (диаметром) отливки, в стандартах приводятся минимальные значения σ в в отдельно отлитых пробных заготовках других диаметров или сечений из СЧ каждой марки (табл. 59).

Классификация серого литейного чугуна по международному стандарту ИСО 185
включает шесть классов, устанавливаемых на основании результатов механических испытаний на растяжение образцов, вырезанных из различных литейных проб.
Характерным показателем, определяющим марку чугуна, является временное сопротивление при растяжении стд образцов из отдельно отлитых цилиндрических проб диаметром 30 мм.

По стандарту Германии DIN 1691
в заказе на отливки должно быть однозначно указано:
является ли характерным свойством временное сопротивление при растяжении или твердость по Бринеллю ? В зависимости от этого маркировка чугунов обозначается по-разному. Например:

Чугун DIN 1691-GG-25 или Чугун DIN 1691-GG-210 НВ

Данные о временном сопротивлении при растяжении, приведенные в табл. 59, являются гарантированными в отливках.
Связь между толщиной стенки (2,5-80 мм) и твердостью отливки из различных марок СЧ представлена в DIN 1691 в регламентированном виде (табл. 59в), что позволяет правильно и точно устанавливать твердость для заданного интервала толщин стенок отливок.


58. Отечественные марки серого чугуна и зарубежные аналоги

Россия,
ГОСТ 1412-85
ИСО 185Великобритания,
BS 1452
Германия,
DIN 1691
США,
ASTM A 48
Япония,
JIS G 5501
СЧ 10100100GO-1020 ВFC 100
СЧ 15150150GG-1525 ВFC 150
СЧ 18180
СЧ 20200200GG-20ЗОВFC 200
СЧ 21220
СЧ 24
СЧ 25250250GG-2535 ВFC250
40 В
СЧ 30300300GG-3045 ВFC 300
СЧ 35350350GO-3550 ВFC 350
Читайте также:  Скрепки для степлера канцелярского размеры

59. Механические свойства отечественных и зарубежных серых чугунов

* Приливная проба диаметром 30 мм.
** Приливная проба диаметром 50 мм.
*** Ориентировочные данные.


59а. Механические свойства серого чугуна, не предусмотренные ГОСТом и
приведенные в приложениях к некоторым национальным стандартам

СтандартМарка чугунаТолщина стенки, ммВременное сопротивление при растяжении, МПа, не менееТвердость НВ
ГОСТ 1412-85СЧ 104
8
15
30
50
80
150
140
120
100
80
75
70
65
205
200
190
185
156
149
120
ИСО 1851002,5 — 10
10 — 20
120
90

BS 145210030100
DIN 1691GG-105 — 40100
ASTM A 4820В30,5138
JIS G 5501FC 1004 — 5098,1201
ГОСТ 1412-85СЧ 154
8
15
30
50
80
150
220
180
150
110
105
90
80
241
224
210
201
163
156
130
ИСО 1851502,5 — 10
10 — 20
20 — 30
30 — 50
155
130
115
105



ИСО 18515020 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
120 *
110 *
100 *
90 **



BS 145215030150
DIN 1691GG-152,5 — 5
5 — 10
10 — 20
20 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
180
155
130
120
110
100
90***






ASTM A 4825В30,5172205
JIS G 5501FC 1504 — 8
8 — 15
15 — 30
30 — 50
186
167
147
127
241
223
212
201
ГОСТ 1412-85СЧ 1830180
BS 145218030180
ГОСТ 1412-85СЧ 204
8
15
30
50
80
150
270
220
200
160
140
130
120
255
240
230
216
170
163
143
ИСО 1852002,5 — 10
10 — 20
20 — 30
30 — 50
205
180
160
145



ИСО 18520020 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
170*
150*
140**
130**



BS 145220030200
DIN 1691GG-202,5 — 5
5 — 10
10 — 20
20 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
200 — 300
205
180
170
150
140
130 ***






ASTM A 48З0В30,5207
JIS G 5501FC 2004- 8
8 — 15
15 — 30
30 — 50
235
216
196
167
255
235
223
217
ГОСТ 1412-85СЧ 2130300
BS 145222030220
ГОСТ 1412-85СЧ 24240
ГОСТ 1412-85СЧ 254
8
15
30
50
80
150
310
270
250
210
180
165
150
260
255
245
238
187
170
156
ИСО 1852504 — 10
10 — 20
20 — 30
30 — 50
250
225
205
185



ИСО 18525020 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
210 *
190 *
170 **
130 **



BS 145225030250
DIN 1691GG-255 — 10
10- 20
20 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
250 — 350
225
210
190
170
160 ***





ASTM A 4835В30,5241
ASTM A 4840В30,5276
JIS G 5501FC 2504 — 8
8 — 15
15 — 30
30 — 50
275
255
245
216
269
248
241
224
ГОСТ 1412-85СЧ 304
8
15
30
50
80
150

330
300
260
220
195
180

270
260
250
197
187
163
ИСО 18530010 — 20
20 — 30
30 — 50
270
245
225


ИСО 18530020 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
250 *
220 *
210 **
190 **



BS 145230030300262
DIN 1691GG-3010 — 20
20 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
300 — 400
250
220
210
190




ASTM A 4845В30,5310
JIS G 5501FC 3008 — 15
15 — 30
30 — 50
304
294
265
269
262
248
ГОСТ 1412-85СЧ 354
8
15
30
50
80
150

380
350
310
260
225
205

290
275
270
229
201
179
ИСО 18535010 — 20
20 — 30
30 — 50
315
290
270


ИСО 18535020 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
290 *
260 *
230 **
210 **



BS 145235030350
DIN 1691GG-3510 — 20
20 — 40
40 — 80
80 — 150
150 — 300
350 — 450
290
260
230
210 ***




ASTM A 4850В30,5345
JIS G 5501FC 35015 — 30
30 — 50
343
314
277
269
ASTM A 4855В30,5379
ASTM A 4860В30,5414
Читайте также:  6У316 станок продольно фрезерный

ГОСТ 1412-85
СЧ 10
СЧ 15
СЧ 20
СЧ 25
СЧ 30
СЧ 35

Марка чугунаσ изг,
МПа
σсж ,
МПа
τср ,
МПа
КС,
кДж/м
Е·10 -3 , МПаσ изг -1,
МПа
K, МПа·м 1/2
280
350
420
490
560
630
530
650
800
950
1100
1250
110
150
200
250
300
350

10
20
40
60
80
70 — 110
70 — 110
85 — 110
90 — 110
125 — 145
130 — 160

70
90
110
140
160

10
15
20
25
25
DIN 1691
GG-15
GG-20
GG-25
GG-30
GG-35
250
290
340
390
490
600
720
840
960
1080
170
230
290
345
400




78 — 103
88 — 113
103 — 118
108 — 137
123 — 143
70
90
120
140
145
10
13
15
18
20
BS 1452
150
180
220
260
300
350
400






600
672
768
869
960
1080
1200
173
207
253
299
345
403
460






100
109
120
128
135
140
145
68
81
99
117
136
145
152






59б. Классы твердости серого чугуна по ИСО 185

Класс
твердости
Пределы изменения
твердости НВ
Класс
твердости
Пределы изменения
твердости НВ
Н 145170 maxН 215190 — 240
Н 175150 — 200Н 235210 — 260
Н 195170 — 220Н 255230 — 280

В стандарте Великобритании BS 1452 представлено семь марок серого чугуна.
Стандарт США ASTM А 48 включает девять марок чугуна. Условное обозначение марки включает цифровое обозначение и букву «В» Число определяет временное сопротивление разрыву (фунтах/кв. дюйм), например:

20В ASTM A 48.

Стандарт Японии JIS G 5501 включает шесть марок чугуна. Условное обозначение марки включает буквы FC и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа х 10 -1 , например:

FC 25 JIS G 5501.

Механические свойства чугуна, обеспечивающие долговечность и надежность изделия, не предусмотренные ГОСТом и приведенные в приложении национальных стандартов, даны в табл. 59а.
В большинстве национальных стандартов на серые чугуны, регламентирующих механические свойства, химический состав чугунов не оговаривается, кроме стандартов России и США.

59в. Твердость по Бринеллю отливок из серого чугуна по DIN 1691

* В марке чугуна указаны значения твердости, соответствующие стенке отливки толщиной 15 мм, кроме GG-260 НВ.

** Интервал твердости годен только для указанной области толщин стенок. Интервал твердости может быть ухе, но разница должна быть не менее 40 НВ.

60. Область применения серого чугуна наиболее распространенных марок

Марка чугуна *Толщина стенки, ммТвердость по Бринеллю НВ **
минимуммаксимум
GG-150HB2,5 — 5
5 — 10
10 — 20
20 — 40
40 — 80




210
185
170
160
150
GG-170HB2,5 — 5
5 — 10
10 — 20
20 — 40
40 — 80
170
140
125
110
100
260
225
205
185
170
GG-190HB4 — 5
5 — 10
10 — 20
20 — 40
40 — 80
190
170
155
135
120
275
260
230
210
190
GG-220HB5 — 10
10 — 20
20 — 40
40 — 80
200
180
160
145
275
250
235
220
GG-240HB10 — 20
20 — 40
40 — 80
200
180
165
275
225
240
GG-260HB20 — 40
40 — 80
200
185
275
260

Условные напряжения изгиба примерно до 50 МПа

Условные давления между трущимися поверхностями 2 2 МПа

Станины ножниц и прессов, блоки и плиты многошпиндельных станков, патроны токарных станков, зубчатые колеса

Направляющие плиты, станины с направляющими револьверных, автоматических, токарных и других интенсивно нагруженных станков; муфты, кулачки

Гидроцилиндры, корпуса гидронасосов, компрессоров и золотников высокого давления

Жаростойкость и повышенная прочность

Кокильные формы, выпускные трубы, фитинги

Условные напряжения изгиба примерно до 30 МПа

Условные давления между трущимися поверхностями > 0,5 МПа
(> 0,15 МПа в отливках массой более 10 т) или подверженность поверхностной закалке

Станины долбежных станков, вертикальные стойки фрезерных, строгальных и расточных станков

Станины с направляющими большинства металлорежущих станков, зубчатые колеса, маховики, тормозные барабаны, диски сцепления

Гидроцилиндры, гильзы, корпуса гидронасосов, золотников и клапанов среднего давления (до 8 МПа)

Средняя прочность и хорошая обрабатываемость

Условные напряжения примерно до 10 МПа

Давление между трущимися поверхностями ≤ 0,5 МПа

Основания большинства станков, ступицы, корпуса клапанов и вентилей и другие детали сложной конфигурации при недопустимости большого коробления и невозможности получения их старения Тонкостенные отливки с большими габаритными размерами небольшой массы

Салазки, столы, корпуса задних бабок, корпуса маточных гаек, зубчатые колеса, кронштейны, люнеты, вилки переключения, шкивы, планшайбы

износ не имеет большого значения;

деформации (коробления) должны быть минимальны

Корыта, крышки, кожухи

Основания привертными направляющими, плиты, стойки, подшипники, втулки

Детали из чугуна, марок СЧ 30 и СЧ 20, которые должны обладать преимущественной износоустойчивостью в трущейся паре, рекомендуется ставить сопряженно с деталями из чугуна соответственно маркам СЧ 20 и СЧ 15 за исключением следующих случаев:

а) когда обе детали в трущейся паре должны быть в равной мере износоустойчивы и основной деталью является верхняя;
б) когда условия эксплуатации создают возможность абразивного износа.

В этих случаях обе составляющие трущейся пары следует изготовлять из чугуна одной марки.

Требования к материалам направляющих

К материалам направляющих предъявляют следующие технические требования.

  1. Износостойкость. Износ направляющих определяет их работоспособность и сохранение точности в течение требуемого периода эксплуатации.
  2. Малая величина коэффициента трения покоя и незначительная его зависимость от продолжительности неподвижного контакта, малая величина коэффициента трения движения, близость его по величине к коэффициенту трения покоя и небольшая зависимость от скорости движения.
  3. Стабильность размеров во времени от действия внутренних напряжений и стойкость к тепловым нагрузкам, воздействию влаги, масел, слабых кислот и щелочей.
  4. Достаточная жесткость с учетом возможного снижения ее за счет дополнительных стыков у накладных направляющих и при использовании пластмасс повышенной податливости.
  5. Хорошая обрабатываемость для достижения необходимых точности и шероховатости поверхности.
  6. Экономические показатели, которые определяют из сопоставления затрат на изготовление направляющих повышенного технического уровня и экономии, полученной от этого.

Пару трения скольжения чаще всего комплектуют из разнородных материалов, имеющих различные составы, структуру и твердость; этим устраняют угрозу опасной аварийной ситуации — схватывания. Направляющие станин изготавливают из более износостойких и твердых материалов, чем направляющие подвижных узлов. За счет этого достигают более длительного сохранения точности, так как она определяется в основном точностью более длинных направляющих станин.

Группы материалов

Материалы, применяемые для направляющих скольжения станков, делят на три группы: упрочненные стали и чугуны, цветные сплавы, пластмассы.

Использование чугуна

Чугунные закаленные направляющие чаще всего изготовляют из чугуна СЧ20, СЧ 25, СЧ 30 за одно целое. Нагрев при закалке осуществляют токами высокой частоты или газопламенным методом. Накладные направляющие изготавливают из следующих упрочненных материалов: цементированных и закаленных сталей 20Х и 18ХГТ; высокоуглеродистых хромистых закаленных сталей ШХ15, ШХ15СГ, ХВГ, 9ХС, 7ХГ2В, 8ХФ; азотированных сталей 38ХМЮА, 40ХФ, 30ХН2МА, легированных и модифицированных закаленных чугунов СЧ 30 с твердостью под закалку не менее НВ 170. Твердость закаленных чугунных направляющих HRC 48-53, твердость стальных HRC 58-62.

Использование цветных сплавов

Из цветных сплавов используют для направляющих подвижных элементов бронзы и цинковые сплавы. Наилучшие результаты по износостойкости, отсутствию задиров и равномерности подачи дают алюминиевая бронза Бр АМц9-2 и цинковый сплав ЦАМ 10-5, работающие в паре со стальными и чугунными направляющими. Недостатком сплава ЦАМ 10-5 является невысокая износостойкость при абразивном изнашивании, в связи с чем направляющие с этим материалом требуют хорошей защиты.

Использование пластмасс

Пластмассы используют для направляющих подвижных узлов некоторых станков с ЧПУ. Положительные свойства пластмасс — благоприятные характеристики трения, способствующие равномерности перемещения подвижных устройств при малых скоростях, отсутствие явления схватывания. Однако большинство пластмасс не имеют достаточной жесткости и необходимой стойкости к воздействию тепловых нагрузок, влаги, масла, слабых щелочей и кислот. В станках используют фторопласт, наклеиваемый в виде ленты, наполненный фторопласт с бронзовым наполнителем и композиционные материалы на основе эпоксидных смол с присадками дисульфида молибдена, графита и неметаллических наполнителей.

Использование композиционных материалов

Композиционные материалы характеризуются также высокой технологичностью, так как позволяют изготовить направляющие столов и кареток без дальнейшей механической обработки. Непосредственно перед нанесением на поверхность приготовляют из специальных компонентов (смолы, порошков, пластификатора и отвердителя) пастообразную мастику, которой покрывают направляющие. Каретку или стол с нанесенной мастикой укладывают непосредственно на направляющие выверенной по уровню станины, на которые для предотвращения прилипания напылен тонкий разделительный слой воскового покрытия или тонкий слой смазки. Время затвердевания составляет несколько часов. При необходимости такое пластмассовое покрытие может быть обработано резанием (строганием, фрезерованием, шлифованием, шабрением).

«>

Марка чугунаТребования к деталямИзготовляемые детали
СЧ 30
СЧ 25
СЧ 20
СЧ 18
СЧ 15
СЧ 10