2.1.3 Материал длябазовых деталей

Основными материалами базовых деталей, удовлетворяющими условиям стабильности, жёсткости и виброустойчивости, являются чугун и низкоуглеродистая сталь. Значительно реже применяют бетон, да и то в качестве материала для оснований или станин.

Чугун – наиболее распространенный материал для изготовления базовых деталей.

При повышенных требованиях к износостойкости направляющих, выполненных как одно целое с базовой деталью, применяют чугун марки СЧ 21. Его также широко используют для изготовления станин и других ответственных деталей прецизионных станков. Значительно реже применяют чугуны марок СЧ 32 и СЧ 36. Обладая высокой прочностью и износостойкостью, они имеют плохие литейные качества, поэтому их не рекомендуют для изготовления базовых деталей сложной формы и крупногабаритных. Эти чугуны применяют для изготовления шпиндельных блоков и плит многошпиндельных станков, станин токарных, револьверных станков, базовых деталей станков-автоматов и других интенсивно нагруженных станков.

Для изготовления базовых деталей станков применяют и легированные чугуны с присадками никеля, хрома, магния, ванадия и других элементов.

В деталях из литых чугунов образуются остаточные напряжения, которые могут привести к короблению базовых деталей и нарушению точности станка. Напряжения снимаются сами через несколько месяцев, в течение которых детали не используют и ничего с ними не делают. Это называют естественным старением. Для сокращения времени изготовления станков применяют более интенсивные методы старения: тепловую обработку, отжиг, вибрационное старение, статическую перегрузку и др.

Чаще всего применяют чугун марки СЧ 15. Он обладает хорошими литейными свойствами, мало коробится, но имеет сравнительно низкие механические свойства (модуль продольной упругости Е=80-150 кН/мм²). Его применяют для изготовления оснований большинства станков, салазок, столов, корпусов задних бабок, тонкостенных отливок небольшой массы с большими габаритными размерами и других деталей сложной конфигурации при недопустимости большого коробления и невозможности подвергнуть их старению.

Низкоуглеродистую сталь применяют при изготовлении сварных базовых деталей относительно простой формы. Сварными базовые детали делают при мелкосерийном и единичном характере производства; их также широко применяют в станках, работающих при ударных и при очень больших нагрузках. По сравнению с литыми сварные конструкции значительно легче при той же жёсткости, поскольку модуль упругости стали в 2-2,4 раза выше модуля упругости чугуна. Кроме того, сварным конструкциям легче придать более совершенные формы с точки зрения жёсткости, в них проще исправить дефекты конструкции, механическая обработка их менее трудоёмка. Для сварных конструкций используют в основном листовую сталь марок Ст 3 или Ст 4 толщиной от 3 мм (лёгкие станки) до 16 (тяжёлые). С целью экономии металла толщина стенок базовых деталей средних и тяжёлых станков может быть уменьшена, но тогда требуется выполнять большее число перегородок и рёбер, что технологически сложнее. Применение конструкционных фасонных профилей в сварных станинах позволяет существенно снизить трудоёмкость их изготовления.

Бетон в качестве материала для станин характеризуется тем, что он хорошо гасит вибрации; это увеличивает динамическую жёсткость станка. Кроме того, большая по сравнению с чугуном тепловая инерция делает бетон менее чувствительным к колебаниям температуры. Модуль упругости бетона меньше, чем чугуна, и ту же жёсткость бетонной станины можно достичь, увеличивая толщину стенок. Вес детали при этом может и не увеличиться, так как удельный вес бетона в три раза меньше, чем у серого чугуна. Существенный недостаток бетона состоит в том, что он поглощает влагу – это влечет за собой объёмные изменения, а попадание масла на бетон повреждает его. Поэтому необходимы мероприятия по защите бетона от влаги и попадания масла.

Для изготовления станин тяжёлых станков иногда применяют железобетон. Обеспечивая такую же жёсткость, как и чугун, железобетон даёт экономию металла примерно на 40-60 %.

Находит применение для изготовления базовых деталей полимербетон. Состоящий из наполнителя (кварц, мраморная или гранитная крошка) и связующего материала (эпоксидная, акриловая или метакриловая смола с отвердителем) полимербетон, обладая сравнительно высоким модулем упругости (Е≈40 кН/мм²) и достоинствами бетона, не боится воздействия масла и влаги.