矿物铸件材料在机床上运用分析

斯泳皓

摘要：与传统铸铁材料相比，矿物铸件材料在机床上的应用，具有吸振性好、热稳定性佳、精度高等性能优势，同时还有其绝缘、耐腐蚀、整合性好及节能环保的特点。因此，本文将对矿物铸件材料在机床上的运用进行分析，本文首先对矿物铸件进行综述，其次对矿物铸件在机床上的运用进行分析，以供参考与借鉴。

关键词：矿物铸件；机床；铸造

引言：矿物铸件也被称为人造大理石，是当前一种新型的环保节能型铸件。该铸件将固化剂以及改性环氧树脂作为粘结剂，将石英砂、玄武石、卵石等作为填料，根据科学配比，在多道工序的处理下，所形成的一种新型铸件。该铸件在常温下浇筑形成，成型后不仅密度相对较高，而且尺寸较为稳定。由于其可通过不同的模具完成不同的复杂外形铸造，所以，技术人员会将该铸件作为制造机床的结构铸件。

1、矿物铸件综述分析

1.1组分分析

矿物铸件材料的组份一般分为填料、粘结剂，技术人员还可以根据不同的需求添加一些碳纤维以及纳米碳化硅等材料。

填料。填料由不同直径大小的石英砂、玄武石、卵石等组成，填料的直径及材料组成将对矿物铸件材料的性能造成极大的影响。通常情况下，树脂越少，弹性模量、抗压强度、和抗弯强度越高；反之，树脂越高，弹性模量、抗压强度、和抗弯强度越低。

但是直径越大，也会导致矿物铸件在应用的过程中出现离析问题，导致铸件强度下降。骨料材料的不同搭配，也会展现出不一样的性能。所以，技术人员在对骨料进行甄选的过程中，需要对以下注意事项进行关注：含水率不得高于1%，对树脂固化不会产生影响，骨料颗粒形状及材料组成需要适配。同时还可以对矿物铸件的收缩率以及热膨胀系数进行改善，加强矿物铸件的稳定性。对裂纹、空穴等问题进行规避。

第一，填料。在矿物铸件中添加适当的填料，从而降低树脂数量，以此来在一定程度上降低成本，同时还可以对矿物铸件的收缩率以及热膨胀系数进行改善，加强矿物铸件的稳定性。对裂纹、空穴等问题进行规避。

第二，粘结剂。树脂材料中除去有机树脂外，还涵盖稀释剂、增韧剂、消泡剂以及固化剂等诸多辅助材料、其中有机树脂可以分为热塑性树脂以及热固性树脂。其中热固性树脂涵盖EP以及UP。热塑性树脂主要是双酚A型环氧树脂，辅助剂的性能对矿物铸件的成型有着极大的影响。其中稀释剂可以有效的降低环氧树脂的黏度，并提高环氧树脂的流动性。保证环氧树脂可以有效的渗透到骨料以及填料的内部，从而加强固化时间。而消泡剂可以对固化反应进行抑制，值得技术人员注意的是，辅助溶剂会对环氧树脂的耐热性以及力学效应造成破坏，所以技术人员需要对其用量进行严格控制。

1.2矿物铸件材料的特征

   第一，具有相对较好的热稳定性。矿物铸件是在常温条件下合成的，矿物铸件材料的固化反应放热量相对较低，收缩形变性较小。铸件内部的残余应力相对较为集中，使得铸件成型精度相对较高。通常情况下，矿物铸件的热传导效率为1-2W/MK，铸铁铸件的热传导系数为40-50W/MK，所以加工高温环境并不会对矿物铸件造成影响。

   第二，具有相对较好的减振性。矿物铸件的内部颗粒密度相对较小，而且分布相对较为均匀，常温条件与高温条件下对铸件进行浇筑存在着极大的区别、矿物铸件的阻尼特性为常规铸铁铸件的10倍左右，所以能够最大限度的降低机床加工过程中的振动。

第三，具有良好的耐腐性。矿物铸件自身具有良好的耐化学腐蚀性，可以对酸碱溶液进行有效的抵御，以往的铸铁铸件在化学溶液的侵蚀下会出现生锈现象，从而导致铸件性能大幅度下降。

第四，具有降低成本的特点。矿物铸件材料可以进行事先整合，从而能够优化设计以及生产过程，精简加工以及装配的时间，从而降低生产制造成本。

2、矿物铸件材料在机床上的运用分析

以本人所参与设计的机床设备为例，以往在机床铸件材料使用中以铸铁材料为主，该材料虽然具有一定的坚固性，但是热稳定性较差，吸震能力较弱，不利于整体机床的运行，后续在机床铸件材料使用中主要以高分子矿物材料为主，无论是在热稳定性以及吸震方面都有着较高的优势。基于此笔者将以自身的工作经验为例，对矿物铸件材料在机床上的运用简要分析，以期为其他工作人员提供参考与帮助。

2.1 工艺流程

   矿物铸件材料在机床上运用的工艺流程与其他制造工艺流程大体上一致，具体为模具设计制作、对模具进行装配、原材料配比、材料混合搅拌、浇注、对浇注的铸件进行夯实，最后固化成型，具体如下图所示。

图1工艺流程示意图

第一，模具装配。技术人员将提前设计制作好的模具装配成型，包括将插件、液压管、水管、叉车槽等构件装配在模具之中，从而为后续的浇铸成型提供便利。

第二，原材料配比。技术人员需要将填充料、固化剂、砂石以及缓凝剂等原材料根据一定的添加比例进行混合，原材料添加的比例将对矿物铸件的质量造成极大的影响，同时，砂石材料的直径、种类以及规格也会对矿物铸件的强度造成一定的影响。所以技术人员作业时需要保证原材料配比的准确性。

第三，材料混合搅拌。技术人员可以借助搅拌机对多样化的砂石、填充料等原材料进行均匀的搅拌。搅拌时间不能太短，倘若时间过短，将会导致混合不充分。

第四，浇注、夯实。技术人员提前将装配好的模具放置在振动平台上，开启振动平台，并将搅拌均匀的材料倒入模具中。该环节与铸铁浇注比较相似，为加快该环节的浇筑速度，技术人员可以借助机械振动的形式，降低气泡出现概率，提高原材料的固结性。值得技术人员注意的是，矿物铸件是在常温条件下完成浇注的，所以比较符合低碳环保要求。

第五，成型。矿物铸件的完全固化成型时间为1至7天，与以往的铸铁铸件相比较而言，缩短了制造周期，降低制造成本。

2.2磨削机床及立式加工中心

   高分子矿物铸件因其卓越的机械性已逐渐成为磨削机床制造中的理想材料。与铸铁材料相比，高分子矿物铸件的抗震性要高10倍，具有极佳的振动阻尼和降噪效果，从而提高加工精度和表面光洁度，并且高分子矿物铸件导热系数（W.M-1.K-1）为1.5-2.0，而铸铁材料导热系数为50，可看出高分子矿物铸件有着良好的热稳定性，能够减少环境温度变化的影响，造成机床精准度的下降。

   高分子矿物铸件在立式加工中心中也有着广泛的应用，首先高分子矿物铸件的耐腐蚀性是其在立式加工中心中得以广泛应用的重要原因之一，通常铸铁材料在潮湿环境或长期接触冷却液后易发生锈蚀，整体耐腐蚀性较差，容易降低设备的寿命和安全性，但高分子矿物铸件对油、冷却液及其他腐蚀性液体有很好的抗腐蚀性性能，即使在极端的工作条件下也不易发生腐蚀，大大增加了设备的使用寿命。其次高分子矿物铸件具备优秀的电绝缘性能，受高分子性能的影响，使得高分子矿物铸件材料具有良好的电绝缘性能，有助于提高设备的稳定性，避免因电磁干扰导致的控制误差，而铸铁材料受铁物质影响，导电性能较强，电绝缘性较弱，容易对设备造成损坏。

结论：综上所述，在我国工业水平不断发展的驱动下，越来越多的铸造行业开始转型升级，将矿物铸件材料应用在机床之中，不仅是铸造行业产业升级的必然之举，亦是环境保护对于铸造行业所提出的全新要求。

参考文献：

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[2]袁来朝, 精密机床基础件用矿物铸件的关键技术研发. 甘肃省,天水星火机床有限责任公司,2020-11-28.