淺析：石材機械支承件的結構設計全過程

　　首先，對石材機械支承件的基本要求是：

一、材料和時效處理

　　支承件的材料，主要為鑄鐵和鋼。鑄鐵支承件，如果導軌和支承件鑄為一體，則鑄鐵的牌號根據(jù)導軌的要求選擇。如果導軌是鑲裝上去的, 或者支承件上沒有導軌，則一般可用HT150或HT200, 如果支承件由型鋼和鋼板焊接，則通常用Ｑ235號或Q345號鋼等。

　　在鑄造或焊接中的殘余應力，將使支承件產(chǎn)生蠕變。因此必須進行時效處理(Seasoning)。時效處理最好在粗加工后進行。鑄鐵在450℃以上的內(nèi)應力的作用下開始變形，超過550℃則硬度將降低。因此熱時效處理應在530℃ -550℃的范圍內(nèi)進行, 這就能既消除內(nèi)應力，又不致于降低硬度。鋼質(zhì)焊接件的時效處理溫度較高，約為600℃ -650℃。近來正在研究振動時效, 辦法是把零件放在兩個彈性支座如（舊輪胎）上，激振器裝在零件中部。激振器的激振頻率調(diào)到等于零件依次彎曲振動的固有頻率。于是，激振時零件發(fā)生共振，其彎曲應力加上內(nèi)應力將有一部分超過材料的屈服極限，使材料產(chǎn)生塑料變形而消除內(nèi)應力。激振器內(nèi)有一根轉(zhuǎn)軸，上有偏心，由直流電動機帶動旋轉(zhuǎn)。調(diào)整轉(zhuǎn)速就可改變激振頻率，調(diào)整偏心量可以改變激振力。這種方法的優(yōu)點是快速，節(jié)能；缺點是要測出其固有頻率，如按一次彎曲振動的固有頻率激振，則中間部分振幅大，消除內(nèi)應力效果較好，兩端振幅小，效果較差。這種方法目前多在梁類件上試用，如床身，橫梁等。

二、壁厚的選擇

　　支承件的壁厚應根據(jù)工藝上的可能選擇得薄一些。按照目前的工藝水平，砂模鑄造件的壁厚可根據(jù)當量尺寸C按照表1選擇。表中推薦的是最薄尺寸。凸臺、與導軌的連接處等應適當加厚。當量尺寸　式中L，B，H——鑄件的長，寬和高，

表1鑄鐵件的推薦的壁厚


當量尺寸(m) 0.75 1.0 1.5 1.8 2.0 2.5 3.0 3.5 4.5
壁厚(mm) 8 10 12 14 16 18 20 22 25



　　中型機械的焊接支承件如用薄壁結構，可用型鋼和厚度為3至6mm的鋼板焊接而成。靠采用封閉截形，正確地布置隔板、筋等來保證剛度和防止薄壁振動。如用厚壁結構，則可用厚度為10mm的左右的鋼板。這時焊接支承件的內(nèi)部結構與鑄鐵件差不多。

三、立柱

　　立柱是立式的床身。立柱所承受的外載荷有兩類：1）主要是彎曲載荷，作用于立柱的對稱面， 2）彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，立柱與臥式床身相比，不利之處是只有底部固定，處于懸臂工作狀態(tài)；有利的一面是通常都能做成封閉截形。

　　為了安裝機件或清砂，立柱上往往需開窗孔。窗孔對剛度的影響決定于它的大小和位置。影響抗彎剛度最大的，是開在與彎曲平面垂直的壁上的窗孔。因這些壁受壓或受拉，開孔后將減少受拉、壓的面積。對于抗扭剛度，開在較窄壁上的窗孔，對剛度的影響比開在較寬壁上的為大。故矩形截面的立柱，窗孔盡量不要開在前、后壁上。窗孔的寬度盡量不要超過立柱空腔寬度的70%，高度不超過空腔寬的1~1.2倍。窗孔邊緣厚一些（翻邊），工作時加蓋，并用螺釘上緊，可補償一部分剛度的損失。

四、橫梁

　　橫梁用于框架式機械。它與立柱接觸的長度一般不大，因而可以看作是兩點的簡支梁，承受著復雜的空間載荷；既有兩個方向的彎矩，又有扭矩。

五、滑板和工作臺

　　滑板常有上、下兩組導軌，往往互相垂直。滑板的構造在很大程度上取決于導軌的型式、位置及調(diào)整件如鑲條、壓板的構造。設計滑板時，高（厚）度往往受限制。例如橋式切機的縱向滑板的厚度，就受到中心高和層次的限制。但是，從剛度的觀點，又希望滑板要厚一些，這是矛盾的要求。

六、箱體

　　箱體的整體剛度是比較高的，故應注意提高箱壁受載處的局部剛度。常用的辦法是在開孔處加“臍子”和在軸承孔法蘭處加筋，如圖8所示。箱蓋最好用螺釘緊固, 比之用鉸鏈連接，可提高箱體的剛度。
七、鑄件結構工藝性

　　支承件在滿足使用要求的前提下，應盡量便于鑄造和加工。鑄件壁厚，應盡量均勻，以避免因厚薄不均而在厚處產(chǎn)生縮孔，如果壁厚不能相等，如床身壁厚不可能和導軌厚度相同，則應均勻過渡，避免突變，否則突變處易產(chǎn)生裂紋，拐角處應圓滑過渡，避免突拐, 否則澆鑄時突拐處因傳熱較快，首先凝固，其他部分凝固時收縮，易在突拐處產(chǎn)生裂紋。如果某些部位厚度較大，材料較集中（例如導軌處）則應考慮澆鑄時有放冷鐵的地方。（冷鐵放在鑄件較厚處附近，澆鑄時可吸收一部分熱量，使該處和較薄處差不多同時凝固，以避免較厚處出現(xiàn)縮孔。如圖9為米字筋，圖a在交匯處較厚，易產(chǎn)生縮孔，如改為圖b，中間加一個圓窩，交匯處成為環(huán)狀，厚度與筋差不多，就可避免縮孔。鑄件必須便于清砂，特別是便于清理砂芯（如果鑄件不保留砂芯）,不僅要便于手工清砂，而且還要便于水爆清砂或者機械化清砂。要使風槍能夠伸入或者高壓水能夠沖到每個角落, 為此，清砂口要開得足夠大，位置也要合適。鑄件表面的加工面要處于一個平面內(nèi)，可以一次刨出或銑出。

　　大型鑄件應有起吊孔，以便穿鋼絲繩或插鋼管，如鑄件不能開孔，則應鑄出足夠大得吊鉤或加工螺紋孔以便裝吊環(huán)螺絲。立柱背面如果是彎的，加工正面導軌時就沒有可靠的加工藝基準面。因此，必須鑄出“工藝臍子”，　加工時，先把臍子表面銑或刨平，然后以它為基面來加工導軌面，加工完畢，檢驗合格后將臍割去。

八、支承件的焊接結構

　　支承件用鋼板和型鋼焊接有許多優(yōu)點1，不需要制造木模和澆鑄，生產(chǎn)周期短，又不易出廢品。2，減輕重量。鋼的彈性模量約鑄鐵的1.5至2倍, 在形狀和輪廓尺寸相同的前提下，如果要求支承件本身的剛度相同，則鋼焊接件的壁厚可比鑄鐵的薄。3，可以采用完全封閉的箱形結構，不象鑄件那樣要留出砂孔。4，如發(fā)現(xiàn)結構有缺陷，如發(fā)現(xiàn)剛度不足，焊接件可以補救, 例如可加焊隔板和筋。

　　焊接結構的缺點是：1，焊接結構在中、小型機械成批生產(chǎn)時成本比鑄鐵高，手工勞動多，因此，在這種條件下宜鑄造。2，鋼的材料內(nèi)摩擦阻尼約為鑄鐵的1/3。但是，整機的阻尼，主要是由支承件間的結合面決定的，即振動能量，主要消耗在結合面間的摩擦和粘滯上。這一點，鋼焊接結構和鑄鐵結構并沒有多大差別。差別在于支承件本身振動（如床身的彎曲、扭轉(zhuǎn)振動）的阻尼和鋼板薄壁振動的阻尼比鑄鐵低。焊接支承件的導軌，可以用鋼的，也可以是用鑄鐵的。與支承件本體的聯(lián)接，鋼導軌可以焊，也可以用螺釘、銷等固定, 鑄鐵導軌則只能用螺釘、銷等固定。

　　以上觀點是本人實踐經(jīng)驗的總結，如有不足之處望同仁給予指點，希望同行石材機械制造商精誠合作、攜手共進，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，相互交流、共同攻關，為我國的石材加工業(yè)的發(fā)展壯大和走向世界作出應有的貢獻。