石材机械支承件的结构设计应注意的几点要求

汉庭装饰建材网,领先中国建材行业门户网站[2008-4-7 10:57:36]

石材机械的支承件有的互相固定连接，有的则在导轨上作相对运动。在切削和磨削时，刀具、磨料与石材之间的相互作用里沿着大部分支承件逐个传递并使之变形，在运转过程中，变动的切削力，往复运动件的惯性，旋转件的不平衡等，使得支承件和整机振动，这将影响加工石材的精度和表面质量，故此，石材机械支承件的设计对整机的性能要求至关重要。

　　首先，对石材机械支承件的基本要求是：

　　一、材料和时效处理

　　支承件的材料，主要为铸铁和钢。铸铁支承件，如果导轨和支承件铸为一体，则铸铁的牌号根据导轨的要求选择。如果导轨是镶装上去的, 或者支承件上没有导轨，则一般可用HT150或HT200, 如果支承件由型钢和钢板焊接，则通常用Ｑ235号或Q345号钢等。

　　在铸造或焊接中的残余应力，将使支承件产生蠕变。因此必须进行时效处理(Seasoning)。时效处理最好在粗加工后进行。铸铁在450℃以上的内应力的作用下开始变形，超过550℃则硬度将降低。因此热时效处理应在530℃ -550℃的范围内进行, 这就能既消除内应力，又不致于降低硬度。钢质焊接件的时效处理温度较高，约为600℃ -650℃。近来正在研究振动时效, 办法是把零件放在两个弹性支座如（旧轮胎）上，激振器装在零件中部。激振器的激振频率调到等于零件依次弯曲振动的固有频率。于是，激振时零件发生共振，其弯曲应力加上内应力将有一部分超过材料的屈服极限，使材料产生塑料变形而消除内应力。激振器内有一根转轴，上有偏心，由直流电动机带动旋转。调整转速就可改变激振频率，调整偏心量可以改变激振力。这种方法的优点是快速，节能；缺点是要测出其固有频率，如按一次弯曲振动的固有频率激振，则中间部分振幅大，消除内应力效果较好，两端振幅小，效果较差。这种方法目前多在梁类件上试用，如床身，横梁等。

　　二、壁厚的选择

　　支承件的壁厚应根据工艺上的可能选择得薄一些。按照目前的工艺水平，砂模铸造件的壁厚可根据当量尺寸C按照表1选择。表中推荐的是最薄尺寸。凸台、与导轨的连接处等应适当加厚。当量尺寸　式中L，B，H——铸件的长，宽和高，
表1铸铁件的推荐的壁厚

<TABLE borderColor=#000000 cellSpacing=2 cellPadding=3 width="100%" bgColor=#ffffff border=1 heihgt="">
<TBODY>
<TR>
<TD> 当量尺寸(m)</TD>
<TD> 0.75</TD>
<TD> 1.0</TD>
<TD> 1.5</TD>
<TD> 1.8</TD>
<TD> 2.0</TD>
<TD> 2.5</TD>
<TD> 3.0</TD>
<TD> 3.5</TD>
<TD> 4.5</TD></TR>
<TR>
<TD> 壁厚(mm)</TD>
<TD> 8</TD>
<TD> 10</TD>
<TD> 12</TD>
<TD> 14</TD>
<TD> 16</TD>
<TD> 18</TD>
<TD> 20</TD>
<TD> 22</TD>
<TD> 25</TD></TR></TBODY></TABLE>

　　中型机械的焊接支承件如用薄壁结构，可用型钢和厚度为3至6mm的钢板焊接而成。靠采用封闭截形，正确地布置隔板、筋等来保证刚度和防止薄壁振动。如用厚壁结构，则可用厚度为10mm的左右的钢板。这时焊接支承件的内部结构与铸铁件差不多。

　　三、立柱

　　立柱是立式的床身。立柱所承受的外载荷有两类：1）主要是弯曲载荷，作用于立柱的对称面， 2）弯曲和扭转载荷，立柱与卧式床身相比，不利之处是只有底部固定，处于悬臂工作状态；有利的一面是通常都能做成封闭截形。

　　为了安装机件或清砂，立柱上往往需开窗孔。窗孔对刚度的影响决定于它的大小和位置。影响抗弯刚度最大的，是开在与弯曲平面垂直的壁上的窗孔。因这些壁受压或受拉，开孔后将减少受拉、压的面积。对于抗扭刚度，开在较窄壁上的窗孔，对刚度的影响比开在较宽壁上的为大。故矩形截面的立柱，窗孔尽量不要开在前、后壁上。窗孔的宽度尽量不要超过立柱空腔宽度的70%，高度不超过空腔宽的1~1.2倍。窗孔边缘厚一些（翻边），工作时加盖，并用螺钉上紧，可补偿一部分刚度的损失。

　　四、横梁

　　横梁用于框架式机械。它与立柱接触的长度一般不大，因而可以看作是两点的简支梁，承受着复杂的空间载荷；既有两个方向的弯矩，又有扭矩。

　　五、滑板和工作台

　　滑板常有上、下两组导轨，往往互相垂直。滑板的构造在很大程度上取决于导轨的型式、位置及调整件如镶条、压板的构造。设计滑板时，高（厚）度往往受限制。例如桥式切机的纵向滑板的厚度，就受到中心高和层次的限制。但是，从刚度的观点，又希望滑板要厚一些，这是矛盾的要求。

　　六、箱体

　　箱体的整体刚度是比较高的，故应注意提高箱壁受载处的局部刚度。常用的办法是在开孔处加“脐子”和在轴承孔法兰处加筋，如图8所示。箱盖最好用螺钉紧固, 比之用铰链连接，可提高箱体的刚度。

　　七、铸件结构工艺性

　　支承件在满足使用要求的前提下，应尽量便于铸造和加工。铸件壁厚，应尽量均匀，以避免因厚薄不均而在厚处产生缩孔，如果壁厚不能相等，如床身壁厚不可能和导轨厚度相同，则应均匀过渡，避免突变，否则突变处易产生裂纹，拐角处应圆滑过渡，避免突拐, 否则浇铸时突拐处因传热较快，首先凝固，其他部分凝固时收缩，易在突拐处产生裂纹。如果某些部位厚度较大，材料较集中（例如导轨处）则应考虑浇铸时有放冷铁的地方。（冷铁放在铸件较厚处附近，浇铸时可吸收一部分热量，使该处和较薄处差不多同时凝固，以避免较厚处出现缩孔。如图9为米字筋，图a在交汇处较厚，易产生缩孔，如改为图b，中间加一个圆窝，交汇处成为环状，厚度与筋差不多，就可避免缩孔。铸件必须便于清砂，特别是便于清理砂芯（如果铸件不保留砂芯）,不仅要便于手工清砂，而且还要便于水爆清砂或者机械化清砂。要使风枪能够伸入或者高压水能够冲到每个角落, 为此，清砂口要开得足够大，位置也要合适。铸件表面的加工面要处于一个平面内，可以一次刨出或铣出，如图１０b就比图a好。

　　大型铸件应有起吊孔，以便穿钢丝绳或插钢管，如铸件不能开孔，则应铸出足够大得吊钩或加工螺纹孔以便装吊环螺丝。立柱背面如果是弯的，加工正面导轨时就没有可靠的加工艺基准面。因此，必须铸出“工艺脐子”，　加工时，先把脐子表面铣或刨平，然后以它为基面来加工导轨面，加工完毕，检验合格后将脐割去。

　　八、支承件的焊接结构

　　支承件用钢板和型钢焊接有许多优点1，不需要制造木模和浇铸，生产周期短，又不易出废品。2，减轻重量。钢的弹性模量约铸铁的1.5至2倍, 在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如果要求支承件本身的刚度相同，则钢焊接件的壁厚可比铸铁的薄。3，可以采用完全封闭的箱形结构，不象铸件那样要留出砂孔。4，如发现结构有缺陷，如发现刚度不足，焊接件可以补救, 例如可加焊隔板和筋。

　　焊接结构的缺点是：1，焊接结构在中、小型机械成批生产时成本比铸铁高，手工劳动多，因此，在这种条件下宜铸造。2，钢的材料内摩擦阻尼约为铸铁的1/3。但是，整机的阻尼，主要是由支承件间的结合面决定的，即振动能量，主要消耗在结合面间的摩擦和粘滞上。这一点，钢焊接结构和铸铁结构并没有多大差别。差别在于支承件本身振动（如床身的弯曲、扭转振动）的阻尼和钢板薄壁振动的阻尼比铸铁低。焊接支承件的导轨，可以用钢的，也可以是用铸铁的。与支承件本体的联接，钢导轨可以焊，也可以用螺钉、销等固定, 铸铁导轨则只能用螺钉、销等固定。

　　以上观点是本人实践经验的总结，如有不足之处望同仁给予指点，希望同行石材机械制造商精诚合作、携手共进，充分发挥各自优势，相互交流、共同攻关，为我国的业的发展壮大和走向世界作出应有的贡献。

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