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孙杰 、李剑峰、张宝君－－山东大学机械工程学院

贾秀杰－－济南鲁洋科技有限公司

摘要：对新型机床基础件材料—聚醋人造花岗岩的配方进行了研究，获得了所开发的聚醋人造花岗岩的物理力学性能，并与国外人造花岗岩及铸铁材料的相应参数进行了对比，探讨了聚醋人造花岗岩机床床身的生产工艺，成功研制了聚醋人造花岗岩精密磨床床身。

关键词：聚醋人造花岗岩配方机床床身

精密、超精密加工代表着一个国家制造领域的尖端技术水平，己成为当今世界各国进行科技、市场乃至军备竞争的一个重要手段，这就要求加工和测量设备具有史高的精度、动态稳定性和热稳定性。我国过去一直沿用的机床和大型精密测量设备的基础件材料，都是山传统的铸铁制成。铸铁材料虽然具有许多优越性，但在动态性能和热变形方而很难满足对机械产品精度越来越高的要求。聚醋人造花岗岩具高阻尼、小振动、热稳定性佳等特性，一直是国外高精密机械使用的主要结构材料国内则尚在起步阶段。木文对新研制的聚醋人造花岗岩复合材料的物理力学性能、阻尼特性进行了分析，并成功研制了精密磨床床身。

1聚醋人造花岗岩复合材料组份

聚醋人造花岗岩复合材料是以热固性树脂作粘结剂，矿物质为填料，并加入其他添加剂，通过聚合反应固化而成，是一种高填充的复合材料。其主要成分包括：骨料、环氧树脂、固化剂等。研制的聚醋人造花岗岩的主要材料组份如表1所示。   

由表1看出，人然石料是聚醋人造花岗岩材料的主要成分，其物理力学性能、粒度大小及其配比对聚醋人造花岗岩的性能产生重要影响。一般选用花岗岩、辉绿石和石英石等。木文开发的聚醋人造花岗岩材料采用济南青，具有高强度、高硬度、无辐射等显著优点。对于不同的应用场合、不同尺寸的构件，对石料的粒度大小和相应配比有不同要求，需适当选取。

粘结剂对聚醋人造花岗岩的性能产生重要影响，目前大都采用环氧树脂、不饱和树脂及丙烯酸树脂。其中，环氧树脂应用最为广泛。木文研究的聚醋人造花岗岩采用特制的环氧树脂，粘结剂用量与骨料最大粒径之间的关系如表2所示。

填料的作用是为改善粘结剂的物理力学性能，增初剂的作用是增进固化树脂体系的柔韧性，提高材料的抗冲击强度和剪切强度，微量元素的作用是增强粘结剂与骨料的浸润性。

2聚醋人造花岗岩复合材料物理力学性能及阻尼特性

2.1物理力学性能

研制的聚醋人造花岗岩的物理力学性能如表3所示，表中同时给出了美国标准(AS’1’ME - 756 - 83)及国外同类型材料对比德国研制的人造花岗岩材料的相应性能指标。

表3研制的人造花岗岩材料物理力学性能与国外同类型材料对比

从表3看出，所研制的聚醋人造花岗岩材料的物理力学性能达到了国外同类型产品的性能指标，有的还超过了国外相应性能指标。

2. 2阻尼特性分析

阻尼特性是选择机床基础件材料最为关注的性能指标之一。木文采用自山振动方式测试材料的振幅衰减曲线，以确定材料的阻尼特性，并与灰铸铁的振动衰减曲线进行了对比。图1给出了所研制的聚醋人造花岗岩的振动衰减曲线，图2给出了铸铁材料的振动衰减曲线。从图1,图2看出，聚醋人造花岗岩的阻尼特性明显优于铸铁，这也是利用聚醋人造花岗岩作机床基础件材料代替铸铁材料的主要优势之一。 

2. 3尼机理分析

聚醋人造花岗岩是一种高填充的粘弹性复合材料。弹性材料虽然能够储存能量，但却不能耗散能量;相反，粘性液体具有耗散能量的功能，却不能储存能量。因此，只有介于弹性材料和粘性液体之间的粘弹性材料才能一者兼备。弹性材料在受交变应力的作用卜，其内部应力应变几乎同时增加和减小，也就是_者的相位相同或很接近，所以弹性材料的应力应变曲线为一直线，而粘弹性材料的应力一应变曲线为一椭圆滞迟回线。椭圆滞迟回线所包围的而积表示结构振动时粘弹性材料耗散的振动能量，聚醋人造花岗岩具备这样的材料特性。另外材料内部存在的气孔也是能量耗散的原因之一。

3聚醋人造花岗岩磨床床身的研制

聚醋人造花岗岩磨床床身的生产制造包括如下主要工艺环节(图3)：     

(1)磨床床身的结构设计聚醋人造花岗岩强度低于铸铁，其弹性模量仅为铸铁的1/4一1/3。因此，如果按照铸铁构件的尺寸设计机床床身，显然无法满足机床基础件的强度要求。这就需要按照聚醋人造花岗岩材料的自身特点设计基础床身，通过增加构件的壁厚，即可获得与铸铁材料相同的抗弯强度和抗扭刚度。例如，铸铁床身的壁厚一般为20 - 30 mm}’ > >聚醋人造花岗岩床身的壁厚一般要达到80一100 mm。山于聚醋人造花岗岩密度只有铸铁的1/4一1/3，因此_者总重量大致相等但能达到相同的强度、}钊度要求。

(2)搅拌混料搅拌对材料的均匀性起到重要作用，可根据不同的工件大小，采用不同的搅拌装置。对于小型工件，可采用螺旋式搅拌头，将其安装在小型钻床上，通过改变钻床主轴转速来改变搅拌器的转速。在制造磨床床身时，选用建筑用搅拌机。搅拌时，先将树脂、微量元素、增韧剂投入容器中，混合几分钟后加入固化剂搅拌几分钟，再放入骨料及填料搅拌几分钟。

(3)振动与密实聚醋人造花岗岩材料的拌和物在凝固前较粘稠，流动性差，必须在一定的振动条件下才能达到较好的密实效果。要得到良好的振动效果，应合理选择振动参数，特别是振动频率和振幅。振动频率选择合适，将会大大减少聚醋人造花岗岩材料的气孔，获得致密的聚醋人造花岗岩材料。基于大量试验，获得了最佳频率的经验公式为    

按上述生产工艺，采用自行研制的聚醋人造花岗岩配方，所生产的聚醋人造花岗岩床身如图4所示。对于需要螺栓孔联接的部位，采用金属预埋件的形式。 

4结语

(1)聚醋人造花岗岩具有高阻尼特性、耐腐蚀，生产周期短、成木低、材料来源广泛，是未来高精密机床理想的机床基础件材料。    

(2)成功开发了总体性能优于国外材料性能的聚酉旨人造花岗岩。    

(3)制造机床基础件时，聚醋人造花岗岩有着与铸铁等材料不同的工艺操作规程，确定了完整、实用的聚醋人造花岗岩床身的工艺流程。 

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