陶粒增强矿物混凝土的制备与性能研究文献综述

 2022-11-04 11:05:20

机床工业是国民经济与国防现代化的基础,随着航天航空、高精密仪器仪表等技术的迅速发展和多领域的广泛应用,机床行业面临着高精度,高速度,高效率和被切削材料多样化的要求。而机床的加工精度反映着一个国家机械工业的基础水平。为此需要在不断提高机床自动化程度的同时,迅速发展高速和高效加工技术,以提高机床的静、动态性能和热态性能,从而达到提高机床的加工精度的目的。一方面人们通过使用性能更为突出的结构材料代替传统材料制造机床构件,来获得性能更为优良的机床。另一方面,必须发展新型精密加工和精密测量技术[1,2,3]。开发超精密机床已不再一种孤立的工艺问题,而是一项包含内容极其广泛的系统工程。

超精密机床的发展

近年来发达国家已成功开发了多种先进的超精密加工机床。超精密机床的发展方向是:进一步提高超精密机床的精度,发展大型超精密机床,发展多功能和高效专用超精密机床。如美国LLL实验室和Y-12工厂1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM-3型,该机床可加工最大零件直径2100mm、重量4500kg 的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜等。该机床的加工精度可达到形状误差为28nm,圆度和平面度为12.5nm,加工表面粗糙度为Ra4.2nm。该机床与该实验室1984 年研制的LODTM大型超精密车床一起仍是现在世界上公认的技术水平最高、精度最高的车床。我国北京机床研究所、航空精密机械研究所、哈尔滨工业大学等单位现在已能生产若干种超精密数控金刚石机床,如北京机床研究所研制的加工直径800mm的NAM- 800型CNC超精密车床和哈尔滨工业大学研制的加工直径300mm的CNC超精密车床,这两台机床均有两坐标精密数控系统和两坐标激光在线测量系统,可以加工非球回转曲面;还有哈尔滨工业大学研制了加工KDP 晶体大平面的超精密铣床。KDP 晶体可用于光学倍频,是大功率激光系统中的重要元件。在大型超精密机床方面,目前美、英、俄等国都拥有自行开发的大型超精密机床,而我国由于没有大型超精密机床,因此无法加工大直径曲面反射镜等大型超精密零件,国外对这些大型超精密零件的出口有严格限制,从而严重影响了我国国防尖端技术的发展。现在我国正在加紧研制加工直径1m以上的立式超精密机床[4,5]

树脂矿物复合材料概述

钢纤维聚合物混凝土简称树脂混凝土( SPC) 是以热固性树脂为黏结剂并选择添加增韧增强辅助组分制备而成。将钢纤维与骨料( 天然石料, 石英岩, 花岗岩) 黏结在一起, 通过聚合物反应成型构成一种高镇充复合材料。钢纤维聚合物混凝土是一种黏弹性材料, 具有复杂外形的成形和很高的阻尼特性以及良好的耐腐蚀性能,适用于植被高速和精密机床、电子或医疗器械的床身、底座等基础构件。其生产过程无需烧结,配合精密模具与预埋工艺可在室温条件下浇铸成型,对环境基本无污染,废料经破碎后可回收再利用,低消耗,高产出[6]

树脂混凝土中加入适量的钢纤维可明显提高树脂混凝土的强度和刚度。用钢纤维树脂混凝土做机床基础件其动态性能将优于铸铁材料的机床基础件,而其静态性能也将优于普通树脂混凝土机床基础件[7.8,9]。因此以钢纤维树脂混凝土做机床基础件将会提高机床的静动态能,钢纤维树脂混凝土是一种值得研究和推广的机床基础件材料。

超精密机床的质量,取决于关键部件的质量。传统的机床结构材料(钢和铸铁)具有良好的切削性能、较高的刚度和强度等特点。它们可以铸成复杂的形状,且易加工,加工精度高,加工质量好。但它们的生产周期长、废品率高,其阻尼特性不突出。近年来国内外不少研究采用树脂矿物复合材料作为精密机床的支承件,与传统结构材料相比它具有如下突出特点:

它具有比混凝土和灰铸铁等材料更高的阻尼性能;可在室温下浇注,固化反应热一般不超过50℃;树脂混凝土材料的比热比灰铸铁大0.5—1倍,而导热系数只是灰铸铁的1/20。因此,对短时温度变化不敏感,热稳定性高;具有较强的抗化学腐蚀能力,对水、酸、碱、润滑油和切削液不敏感,不生锈;应用树脂混凝土材料,可大量节省能源和金属材料,且生产周期短,零件制造工作量小,工艺设备简单。[9]从结构设计上看,灰铸铁床身往往是带肋的薄壁结构,而树脂混凝土床身的截面形状多以矩形为主,壁较厚,目的是满足床身足够的强度和刚度的要求,但这样将增加机床尺寸。

钢纤维的聚合物混凝土的阻尼机理

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