Чугун для станин станков

Содержание

Основа любого успеха – надежный фундамент!
Преимущества минерального литья:
Все преимущества современной техники на надежном основании
реализованы в следующих группах станков:
Требования к материалам направляющих
Группы материалов
Использование чугуна
Использование цветных сплавов
Использование пластмасс
Использование композиционных материалов

Минеральное литье относится к самым высокопроизводительным современным конструкционным материалам. Первопроходцами в использовании минерального литья стали производители высокоточных 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:

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 185	Великобритания, BS 1452	Германия, DIN 1691	США, ASTM A 48	Япония, JIS G 5501
СЧ 10	100	100	GO-10	20 В	FC 100
СЧ 15	150	150	GG-15	25 В	FC 150
СЧ 18	—	180	—	—	—
СЧ 20	200	200	GG-20	ЗОВ	FC 200
СЧ 21	—	220	—	—	—
СЧ 24	—	—	—	—	—
СЧ 25	250	250	GG-25	35 В	FC250
—	—	—	—	40 В	—
СЧ 30	300	300	GG-30	45 В	FC 300
СЧ 35	350	350	GO-35	50 В	FC 350

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

Стандарт	Марка чугуна	Толщина стенки, мм	Временное сопротивление при растяжении, МПа, не менее	Твердость НВ
ГОСТ 1412-85	СЧ 10	4 8 15 30 50 80 150	140 120 100 80 75 70 65	205 200 190 185 156 149 120
ИСО 185	100	2,5 — 10 10 — 20	120 90	— —
BS 1452	100	30	100	—
DIN 1691	GG-10	5 — 40	100	—
ASTM A 48	20В	30,5	138	—
JIS G 5501	FC 100	4 — 50	98,1	201
ГОСТ 1412-85	СЧ 15	4 8 15 30 50 80 150	220 180 150 110 105 90 80	241 224 210 201 163 156 130
ИСО 185	150	2,5 — 10 10 — 20 20 — 30 30 — 50	155 130 115 105	— — — —
ИСО 185	150	20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	120 * 110 * 100 * 90 **	— — — —
BS 1452	150	30	150	—
DIN 1691	GG-15	2,5 — 5 5 — 10 10 — 20 20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	180 155 130 120 110 100 90***	— — — — — — —
ASTM A 48	25В	30,5	172	205
JIS G 5501	FC 150	4 — 8 8 — 15 15 — 30 30 — 50	186 167 147 127	241 223 212 201
ГОСТ 1412-85	СЧ 18	30	180	—
BS 1452	180	30	180	—
ГОСТ 1412-85	СЧ 20	4 8 15 30 50 80 150	270 220 200 160 140 130 120	255 240 230 216 170 163 143
ИСО 185	200	2,5 — 10 10 — 20 20 — 30 30 — 50	205 180 160 145	— — — —
ИСО 185	200	20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	170* 150* 140 130	— — — —
BS 1452	200	30	200	—
DIN 1691	GG-20	2,5 — 5 5 — 10 10 — 20 20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	200 — 300 205 180 170 150 140 130 ***	— — — — — — —
ASTM A 48	З0В	30,5	207	—
JIS G 5501	FC 200	4- 8 8 — 15 15 — 30 30 — 50	235 216 196 167	255 235 223 217
ГОСТ 1412-85	СЧ 21	30	300	—
BS 1452	220	30	220	—
ГОСТ 1412-85	СЧ 24	240	—
ГОСТ 1412-85	СЧ 25	4 8 15 30 50 80 150	310 270 250 210 180 165 150	260 255 245 238 187 170 156
ИСО 185	250	4 — 10 10 — 20 20 — 30 30 — 50	250 225 205 185	— — — —
ИСО 185	250	20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	210 * 190 * 170 130	— — — —
BS 1452	250	30	250	—
DIN 1691	GG-25	5 — 10 10- 20 20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	250 — 350 225 210 190 170 160 ***	— — — — — —
ASTM A 48	35В	30,5	241	—
ASTM A 48	40В	30,5	276	—
JIS G 5501	FC 250	4 — 8 8 — 15 15 — 30 30 — 50	275 255 245 216	269 248 241 224
ГОСТ 1412-85	СЧ 30	4 8 15 30 50 80 150	— 330 300 260 220 195 180	— 270 260 250 197 187 163
ИСО 185	300	10 — 20 20 — 30 30 — 50	270 245 225	— — —
ИСО 185	300	20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	250 * 220 * 210 190	— — — —
BS 1452	300	30	300	262
DIN 1691	GG-30	10 — 20 20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	300 — 400 250 220 210 190	— — — — —
ASTM A 48	45В	30,5	310	—
JIS G 5501	FC 300	8 — 15 15 — 30 30 — 50	304 294 265	269 262 248
ГОСТ 1412-85	СЧ 35	4 8 15 30 50 80 150	— 380 350 310 260 225 205	— 290 275 270 229 201 179
ИСО 185	350	10 — 20 20 — 30 30 — 50	315 290 270	— — —
ИСО 185	350	20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	290 * 260 * 230 210	— — — —
BS 1452	350	30	350	—
DIN 1691	GG-35	10 — 20 20 — 40 40 — 80 80 — 150 150 — 300	350 — 450 290 260 230 210 ***	— — — — —
ASTM A 48	50В	30,5	345	—
JIS G 5501	FC 350	15 — 30 30 — 50	343 314	277 269
ASTM A 48	55В	30,5	379	—
ASTM A 48	60В	30,5	414	—

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

Марка чугуна	σ _изг, МПа	σ_сж , МПа	τ_ср , МПа	КС, кДж/м	Е·10 -3 , МПа	σ изг _-1, МПа	K_1с, 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 145	170 max	Н 215	190 — 240
Н 175	150 — 200	Н 235	210 — 260
Н 195	170 — 220	Н 255	230 — 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, мм	Твердость по Бринеллю НВ **
Марка чугуна *	Толщина стенки, мм	минимум	максимум
GG-150HB	2,5 — 5 5 — 10 10 — 20 20 — 40 40 — 80	— — — — —	210 185 170 160 150
GG-170HB	2,5 — 5 5 — 10 10 — 20 20 — 40 40 — 80	170 140 125 110 100	260 225 205 185 170
GG-190HB	4 — 5 5 — 10 10 — 20 20 — 40 40 — 80	190 170 155 135 120	275 260 230 210 190
GG-220HB	5 — 10 10 — 20 20 — 40 40 — 80	200 180 160 145	275 250 235 220
GG-240HB	10 — 20 20 — 40 40 — 80	200 180 165	275 225 240
GG-260HB	20 — 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.

Износостойкость. Износ направляющих определяет их работоспособность и сохранение точности в течение требуемого периода эксплуатации.
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.
Стабильность размеров во времени от действия внутренних напряжений и стойкость к тепловым нагрузкам, воздействию влаги, масел, слабых кислот и щелочей.
Достаточная жесткость с учетом возможного снижения ее за счет дополнительных стыков у накладных направляющих и при использовании пластмасс повышенной податливости.
Хорошая обрабатываемость для достижения необходимых точности и шероховатости поверхности.
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 чугуна	Требования к деталям	Изготовляемые детали
СЧ 30
СЧ 25
СЧ 20
СЧ 18
СЧ 15
СЧ 10