用于減少熱變形的機(jī)床用基座的制造方法及通過該方法制造的基座的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于減少熱變形的機(jī)床用基座制造方法及通過該方法制造的基座。所述用于減少熱變形的機(jī)床用基座制造方法包括：表面處理步驟，在鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座中，在需要冷卻的相應(yīng)部分或其周圍，通過鍍金或熱噴涂的方法，對(duì)為形成冷卻通道(40)而設(shè)置的異質(zhì)管(20)進(jìn)行表面處理；模具設(shè)置步驟，在造型和合型過程中將所述異質(zhì)管(20)設(shè)置到模具中；以及冷卻步驟，在注入镕湯時(shí)，使空氣或氮?dú)庖?～3Bar、3～6Bar或6～9Bar的壓力向異質(zhì)管(20)的內(nèi)部流入10～30、30～60或60～90分鐘，進(jìn)行冷卻直到接合界面(30)的溫度達(dá)到1150～1000℃或1000～600℃為止。
【專利說明】用于減少熱變形的機(jī)床用基座的制造方法及通過該方法制造的基座

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于減少熱變形的機(jī)床用基座的制造方法及通過該方法制造的基座，更具體地講，涉及如下的用于減少熱變形的機(jī)床用基座的制造方法及通過該方法制造的基座:事先預(yù)測(cè)鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座、例如床身和立柱的發(fā)熱情況，確定需要冷卻的部分，在相應(yīng)部分鑄造并接合異質(zhì)管而形成冷卻通道之后，使冷媒通過該冷卻通道而流動(dòng)，從而能夠減少床身與立柱的整體溫度偏差，提高機(jī)床的加工精度。

【背景技術(shù)】
[0002]通常，機(jī)床的構(gòu)成部件中的床身和立柱在機(jī)床中被用作基座，因此床身和立柱的熱變形對(duì)機(jī)床的加工精度非常重要。
[0003]但是，在機(jī)床工作時(shí)，根據(jù)由直線往返運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦熱和大氣溫度而在床身和立柱上發(fā)生熱變形，由此加工精度下降。
[0004]為了解決這樣的問題并提高加工精度，需要減少床身和立柱的熱變形。
[0005]在減少熱變形的方法中最有效的方法是在床身和立柱上形成冷卻通道，利用冷卻油或冷卻水等冷媒來進(jìn)行冷卻，從而減少床身和立柱的整體溫度偏差而減少熱變形。
[0006]但是，在床身和立柱中，厚度厚的截面與厚度薄的截面相結(jié)合而存在，特別是，由于具有長度較長的形狀，因此所能形成的冷卻通道的尺寸只能受限。
[0007]作為在床身和立柱上形成冷卻通道的方法，存在使用在鑄造制作時(shí)制作為鑄物砂的中子來形成冷卻通道的方法。
[0008]但是，由于床身和立柱的形狀特征，所形成的冷卻通道的尺寸小而長度長，在鑄造時(shí)通過熔融金屬而被破壞，由此發(fā)生燒結(jié)和融合的現(xiàn)象，從而發(fā)生冷卻通道堵塞的問題，因此在以往的鑄造工序中，無法形成冷卻通道。
[0009]另一方面，作為通過加工來形成冷卻通道的方法，代表性的有鉆孔加工，但是這同樣存在由于床身和立柱的形狀特性而無法進(jìn)行冷卻通道加工的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]技術(shù)課題
[0011]對(duì)此，本發(fā)明是為了解決如上所述的問題而完成的，其目的在于，提供如下的用于減少熱變形的機(jī)床用基座制造方法及根據(jù)該方法制造的基座:事先預(yù)測(cè)鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座、例如床身和立柱的發(fā)熱情況，確定需要冷卻的部分，鑄造異質(zhì)管并接合到相應(yīng)部分而形成冷卻通道，之后使冷媒通過該冷卻通道而流動(dòng)，從而能夠減少床身與立柱的整體溫度偏差而提聞機(jī)床的加工精度。
[0012]解決技術(shù)課題的方法
[0013]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于減少熱變形的機(jī)床用基座制造方法，包括:表面處理步驟，在鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座中，在需要冷卻的相應(yīng)部分或其周圍，通過鍍金或熱噴涂的方法，對(duì)為形成冷卻通道而設(shè)置的異質(zhì)管進(jìn)行表面處理；模具設(shè)置步驟，在造型和合型過程中將所述異質(zhì)管設(shè)置到模具中；以及冷卻步驟，在注入镕湯時(shí)，使空氣或氮?dú)庖訧?3Bar、3?6Bar或6?9Bar的壓力向異質(zhì)管的內(nèi)部流入10?30、30?60或60?90分鐘，進(jìn)行冷卻直到接合界面的溫度達(dá)到1150?1000°C或1000?600°C為止。
[0014]另外，本發(fā)明對(duì)上述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還提供下述的具體實(shí)施例。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其特征在于，所述異質(zhì)管是碳鋼材質(zhì)的管，在所述異質(zhì)管的表面，利用鋅、錫或鎳以0.5 μ m?10 μ m的厚度進(jìn)行表面處理。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于減少熱變形的機(jī)床用基座，其特征在于，在鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座中，在需要冷卻的相應(yīng)部分或其周圍夾雜異質(zhì)管(20)來形成供冷媒流動(dòng)的冷卻通道(40)，向所述異質(zhì)管(20)區(qū)域注入熔融金屬，通過鑄造接合而設(shè)置所述異質(zhì)管(20)，其中，在所述異質(zhì)管(20)中，通過鍍金或熱噴涂的方法而利用鋅、錫或鎳以
0.5μπι?10 μ m的厚度進(jìn)行了表面處理。
[0017]另外，本發(fā)明對(duì)上述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還提供下述的具體實(shí)施例。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其特征在于，所述機(jī)床用基座是立柱或床身。
[0019]發(fā)明效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，具有如下效果:事先預(yù)測(cè)鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座、例如床身和立柱的發(fā)熱情況，確定需要冷卻的部分，鑄造異質(zhì)管并接合到相應(yīng)部分而形成冷卻通道，之后使冷媒通過該冷卻通道而流動(dòng)，從而能夠減少床身與立柱的整體溫度偏差而提高機(jī)床的加工精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是作為用于減少熱變形的機(jī)床用基座的立柱的立體圖。
[0022]圖2是圖1的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖3是圖2的要部放大圖。
[0024]圖4是示出不銹鋼(合金鋼)管接合面的微細(xì)組織的圖。
[0025]圖5是碳鋼和不銹鋼(合金鋼)管的硬度分布曲線圖。
[0026]圖6是因氧化夾雜物而形成了未接合部的狀態(tài)的圖。
[0027]圖7是示出在冷卻空氣壓力為IBar以下的條件下的異質(zhì)管的熔融燒失的圖。
[0028]圖8是在冷卻空氣壓力為IlBar的條件下形成異質(zhì)管的未接合部的狀態(tài)的圖。
[0029]圖9是設(shè)置在模具上的異質(zhì)管的冷卻方法的結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖10是對(duì)立柱的熱分析模擬結(jié)果。
[0031]標(biāo)號(hào)說明
[0032]10:立柱 11:導(dǎo)軌
[0033]20:異質(zhì)管30:接合界面
[0034]40:冷卻通道

【具體實(shí)施方式】
[0035]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0036]圖1是作為用于減少熱變形的機(jī)床用基座的立柱的立體圖，圖2是圖1的截面結(jié)構(gòu)圖，圖3是圖2的要部放大圖，圖4是示出不銹鋼(合金鋼)管接合面的微細(xì)組織的圖，圖5是碳鋼和不銹鋼(合金鋼)管的硬度分布曲線圖，圖6是因氧化夾雜物而形成了未接合部的狀態(tài)的圖，圖7是示出在冷卻空氣壓力為IBar以下的條件下的異質(zhì)管的熔融燒失的圖，圖8是在冷卻空氣壓力為IlBar的條件下形成異質(zhì)管的未接合部的狀態(tài)的圖。
[0037]在參照附圖進(jìn)行說明之前需要陳述的一點(diǎn)是，在以下說明中將立柱(10)作為機(jī)床用基座來進(jìn)行說明，但是也可以將相同結(jié)構(gòu)和方法應(yīng)用于床身(未圖示)。
[0038]圖1是立柱(10)的立體圖，圖2是圖1中所示的立柱(10)的縱截面圖，圖3是在圖2中用圓形的虛線標(biāo)記的部分的放大圖，是形成有冷卻通道的立柱(10)的導(dǎo)軌(11)的詳細(xì)圖，通過這些附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0039]首先，雖然因?yàn)楹唵味催M(jìn)行圖示，但本發(fā)明的用于減少熱變形的機(jī)床用基座制造方法包括表面處理步驟、模具設(shè)置步驟以及冷卻步驟。
[0040]表面處理步驟是如下步驟:在鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座、即立柱(10)中，在需要冷卻的相應(yīng)部分或其周圍，通過鍍金或熱噴涂(thermal spray)的方法,對(duì)為形成冷卻通道
[40]而設(shè)置的異質(zhì)管(20)進(jìn)行表面處理。此時(shí)，異質(zhì)管(20)可以是碳鋼材質(zhì)的管，在異質(zhì)管(20)的表面利用鋅、錫或鎳以0.5 μ m?10 μ m的厚度進(jìn)行表面處理為。
[0041]模具設(shè)置步驟是如下步驟:在造型和合型過程中將異質(zhì)管(20)設(shè)置到模具。
[0042]并且，冷卻步驟是如下步驟:在注入镕湯時(shí)，使空氣或氮?dú)庖訧?3Bar、3?6Bar或6?9Bar的壓力向異質(zhì)管(20)的內(nèi)部流入10?30、30?60或60?90分鐘，進(jìn)行冷卻直到接合界面(30)的溫度達(dá)到1150?1000°C或1000?600°C為止。
[0043]通過如上所述的方法，即在鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座、即立柱(10)中的需要冷卻的相應(yīng)部分或其周圍，夾雜通過鍍金或熱噴涂的方法利用鋅、錫或鎳以0.5 μ m?10 μ m厚度進(jìn)行表面處理而成的異質(zhì)管(20)，從而形成供冷媒流動(dòng)的冷卻通道(40)，向異質(zhì)管(20)區(qū)域注入熔融金屬，通過鑄造接合而設(shè)置異質(zhì)管(20)，從而與以往不同，能夠提高機(jī)床的加工精度。
[0044]以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0045]如上所述，作為在本實(shí)施例中應(yīng)用的機(jī)床用基座的一例的立柱(10)可以是鑄鐵材質(zhì)。
[0046]此時(shí)，關(guān)于立柱(10)的材質(zhì)，可以使用鑄鋼和鑄鐵等各種各樣的金屬材質(zhì)，但特別優(yōu)選使用灰鑄鐵。
[0047]另外，作為接合材料而使用的異質(zhì)管(20)可以是未添加鉻(Cr)和鑰(Mo)等合金或者即使添加也是以雜質(zhì)形態(tài)微量添加的低碳鋼材質(zhì)。異質(zhì)管(20)可以具有截面為圓形的形態(tài)。
[0048]在由鉻和鑰等材質(zhì)合金而成的異質(zhì)管(20)的情況下，如圖4所示，在注入熔融金屬時(shí)，通過表面熔融和擴(kuò)散，在熔融金屬與異質(zhì)管(20)的接合界面(30，參照?qǐng)D3)產(chǎn)生鉻和鑰碳化物和萊氏體，如圖5所示，與碳鋼相比，表面硬度高，由此在機(jī)械加工時(shí)發(fā)生諸多問題。
[0049]但是，在未添加鉻和鑰等合金或者即使添加也以雜質(zhì)形態(tài)添加微量的低碳鋼材質(zhì)中，在異質(zhì)管(20)的接合界面(30，參照?qǐng)D3)不產(chǎn)生碳化物，因此能夠進(jìn)行機(jī)械加工。
[0050]因?yàn)檫@樣的原因，在本發(fā)明中應(yīng)用的異質(zhì)管(20)優(yōu)選為未添加鉻和鑰等合金或即使添加也以雜質(zhì)形態(tài)添加微量的低碳鋼材質(zhì)。簡單地說，異質(zhì)管(20)可以是不銹鋼材質(zhì)的管。
[0051]另外，在本發(fā)明的情況下，在作為接合材料的異質(zhì)管(20)的外周面，利用鋅、錫或鎳以大致0.5 μ m?10 μ m左右的厚度進(jìn)行表面處理之后進(jìn)行夾雜。此時(shí)，可通過鍍金或熱噴涂的方法來進(jìn)行表面處理。
[0052]如上所述，在異質(zhì)管(20)的外周面上進(jìn)行了表面處理的鋅、錫或鎳起到防止在金屬表面產(chǎn)生氧化物的功能。
[0053]如果，不像本發(fā)明這樣對(duì)異質(zhì)管(20)的外周面進(jìn)行表面處理，則如圖6所示，因表面氧化而有可能在接合界面(30，參照?qǐng)D3)上產(chǎn)生未接合部。
[0054]另外，鋅、錫或鎳在熔融金屬與異質(zhì)管(20)之間起到表面的促熔劑作用而提高接合能力。
[0055]附帶地說一下，在表面處理中所使用的鋅、錫或鎳比熔融金屬和異種材質(zhì)的熔融溫度低，因此當(dāng)注入熔融金屬時(shí)，在熔融金屬與異質(zhì)管(20)之間，被表面處理的金屬維持液體狀態(tài)，通過兩種材料的間接接觸而促進(jìn)彼此合金化，從而能夠提高兩種材料之間的接口 ο
[0056]接著，當(dāng)完成了異質(zhì)管(20)的表面處理時(shí)，在造型時(shí)將異質(zhì)管(20)設(shè)置在模具上。
[0057]在造型工序中，在立柱(10)的導(dǎo)軌(11)和需要冷卻的部分中夾雜并鑄造管形態(tài)的異種材質(zhì)，使得在鑄造工序中，在模具內(nèi)部形成由中空部實(shí)現(xiàn)的冷卻通道(40)。
[0058]此時(shí)，應(yīng)將異質(zhì)管(20)導(dǎo)出至砂箱(flask)外，使得在注入熔融金屬時(shí)能夠冷卻異質(zhì)管(20)。
[0059]另外，在設(shè)置過程中，應(yīng)將附著在異質(zhì)管(20)外周面的鑄物砂完全去除。這是因?yàn)椋绻T物砂附著在異質(zhì)管(20)，則有可能因?yàn)橛设T物砂導(dǎo)致的鑄造缺陷而產(chǎn)生未接合部。
[0060]接著，在模具中設(shè)置異質(zhì)管(20)之后，注入熔融金屬。
[0061]此時(shí)，向?qū)С鲋辽跋渫獾漠愘|(zhì)管(20)噴射空氣而實(shí)施冷卻。在該情況下，用I?3Bar、3?6Bar以及6?9Bar范圍的空氣壓力來噴射空氣而進(jìn)行冷卻。
[0062]在冷卻為所述空氣壓力范圍以下的情況下，如圖7所示，因異質(zhì)管(20)的熔融而能夠向冷卻通道(40)內(nèi)填充熔融金屬。
[0063]并且，在過度地冷卻為所述空氣壓力范圍以上的情況下，如圖8所示，產(chǎn)生未接合部。
[0064]另外，圖9是設(shè)置于模具的異質(zhì)管的冷卻方法的結(jié)構(gòu)圖，圖10是對(duì)立柱的熱分析模擬結(jié)果。
[0065]參照這些附圖，關(guān)于異質(zhì)管(20)的冷卻時(shí)間，從熔融金屬注入時(shí)刻開始實(shí)施10?30分鐘或30?60分鐘的冷卻，優(yōu)選為直到接合界面(30)部分的溫度達(dá)到1150?1000°C以及1000?600°C為止進(jìn)行冷卻。
[0066]這是基于如下的目的以及用于防止由過度的體積比而導(dǎo)致異質(zhì)管(20)熔融的方案:將接合界面(30)快速冷卻至固相線附近和Al相變點(diǎn)附近，防止隨著異質(zhì)管(20)長時(shí)間維持高溫狀態(tài)而發(fā)生的異質(zhì)管(20)的變形、接合面(30)的晶粒粗大化或過度滲碳。
[0067]另外，如上所述，作為用于防止異質(zhì)管(20)熔融的冷媒，一般使用空氣，但是在需要使冷卻通道(40)內(nèi)部的氧化最小化的情況下，也可以使用氮?dú)狻?br> [0068]另外，在熔融金屬與異質(zhì)管(20)之間的體積比為3:1以下的情況下，優(yōu)選不適用冷卻。
[0069]其結(jié)果，在鑄造接合時(shí)，熔融金屬與接合材料之間的接合力非常重要，在本發(fā)明中，為了提高熔融金屬與使用為接合材料的異質(zhì)管(20)之間的接合力，在使用為接合材料的異質(zhì)管(20)的表面，通過鍍金或熱噴涂的方法而利用鋅、錫或鎳進(jìn)行表面處理，另外，為了防止因熔融金屬與接合材料的過度的體積比而產(chǎn)生的接合材料的變形或熔融燒失，在注入熔融金屬的時(shí)刻，使用冷卻空氣或氮?dú)?，通過以一定的壓力來冷卻接合材料，使得接合界面(30)的溫度冷卻至1150?600°C范圍，從而形成品質(zhì)優(yōu)異的冷卻通道(40)。
[0070]如圖10所示，進(jìn)行熱分析模擬的結(jié)果，在進(jìn)行直線往返運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌(11)部分的發(fā)熱量最高，在該部分形成冷卻通道(40)而實(shí)施冷卻的情況下，最高溫度減小0.9°C，對(duì)此已進(jìn)行了確認(rèn)。
[0071]通過以上方法制造的立柱(10)在需要冷卻的確定部分上形成冷卻通道(40)，并使冷卻水或冷卻油等冷媒經(jīng)由冷卻通道(40)而流動(dòng)，從而減少立柱(10)的各個(gè)部分的溫度偏差而能夠抑制熱變形。
[0072]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，事先預(yù)測(cè)鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座、例如立柱(10)的發(fā)熱情況，確定需要冷卻的部分，鑄造異質(zhì)管(20)并接合到相應(yīng)部分而形成冷卻通道(40)，之后使冷媒經(jīng)由該冷卻通道(40)而流動(dòng)，從而能夠減少立柱(10)的整體溫度偏差而提高機(jī)床的加工精度。
[0073]如上所述，本發(fā)明不限于所記載的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的思想和范圍的情況下能夠進(jìn)行各種修改和變形是顯而易見的。因此，這些修改例和變形例應(yīng)該屬于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
[0074]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0075]本發(fā)明涉及用于減少熱變形的機(jī)床用基座的制造方法及通過該方法制造的基座，更具體地講，涉及如下的用于減少熱變形的機(jī)床用基座的制造方法及通過該方法制造的基座:事先預(yù)測(cè)鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座、例如床身和立柱的發(fā)熱情況，確定需要冷卻的部分，在相應(yīng)部分鑄造并接合異質(zhì)管而形成冷卻通道之后，使冷媒通過該冷卻通道而流動(dòng)，從而能夠減少床身與立柱的整體溫度偏差，提高機(jī)床的加工精度。
【權(quán)利要求】
1.一種用于減少熱變形的機(jī)床用基座制造方法，包括: 表面處理步驟，在鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座中，在需要冷卻的相應(yīng)部分或其周圍，通過鍍金或熱噴涂的方法，對(duì)為形成冷卻通道(40)而設(shè)置的異質(zhì)管(20)進(jìn)行表面處理； 模具設(shè)置步驟，在造型和合型過程中將所述異質(zhì)管(20)設(shè)置到模具中；以及 冷卻步驟，在注入镕湯時(shí)，使空氣或氮?dú)庖訧?3Bar、3?6Bar或6?9Bar的壓力向異質(zhì)管(20)的內(nèi)部流入10?30、30?60或60?90分鐘，進(jìn)行冷卻直到接合界面(30)的溫度達(dá)到1150?1000°C或1000?600°C為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于減少熱變形的機(jī)床用基座制造方法，其特征在于， 所述異質(zhì)管(20)是碳鋼材質(zhì)的管， 在所述異質(zhì)管(20)的表面，利用鋅、錫或鎳以0.5μπι?1ym的厚度進(jìn)行表面處理。
3.一種用于減少熱變形的機(jī)床用基座，其特征在于， 在鑄鐵材質(zhì)的機(jī)床用基座中，在需要冷卻的相應(yīng)部分或其周圍夾雜異質(zhì)管(20)來形成供冷媒流動(dòng)的冷卻通道(40)，向所述異質(zhì)管(20)區(qū)域注入熔融金屬，通過鑄造接合而設(shè)置所述異質(zhì)管(20)，其中，在所述異質(zhì)管(20)中，通過鍍金或熱噴涂的方法而利用鋅、錫或鎳以0.5 μ m?10 μ m的厚度進(jìn)行了表面處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求或3所述的用于減少熱變形的機(jī)床用基座，其特征在于， 所述機(jī)床用基座是立柱或床身。
【文檔編號(hào)】B23Q11/12GK104144767SQ201280057435
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月26日
【發(fā)明者】黃載亨, 沈東燮, 梁植, 鄭璣煥, 金泰源 申請(qǐng)人:斗山英維高株式會(huì)社