1.7. Уменьшение коробления станин

Коробление станин вызывается самопроизвольным перераспределением напряжений, которые возникают в результате структурных изменений материала в процессах литья, сварки и термообработки, а также в результате пластической деформации. Коробление станины может произойти в процессе изготовления станины, сборки или эксплуатации станка. Для предотвращения

коробления в технологическом процессе изготовления металлических станин предусматривают специальные операции, снижающие напряжения, создающие более равномерное распределение напряжений по объему станины или упрочняющие материалы. Естественное старение осуществляется путем длительной выдержки заготовок или начерно обработанных станин на открытом воздухе: в течение не менее 3 месяцев выдерживают литые станины станков нормальной точности, не менее 6 месяцев — станины станков повышенной точности после черновой обработки. Для станин станков высокой точности по рекомендациям ЭНИМС необходимо двукратное старение: не менее 6 месяцев после черновой обработки и затем не менее 3 месяцев после получистовой. Основным недостатком естественного старения является большая длительность процесса, которая значительно удлиняет производственный цикл изготовления станин. Однако естественное старение не требует дополнительного оборудования, кроме транспортно-складского, и отличается высокой надежностью снятия остаточных напряжений в отливках станин.

В отличие от естественного старения другие методы, снижающие коробление станин, получили общее название искусственного старения.

Статическая перегрузка станины осуществляется грузами, домкратами, прессами, приспособлениями или под действием собственной массы станины. Нагружение должно вызывать изгиб в направлении наименьшей жесткости станины и вызывать дополнительные напряжения, составляющие 20...60 % предела прочности материала. При этом происходит перераспределение, уравновешивание и снижение остаточных напряжений, а кроме того, упрочнение материала станины, повышение предела текучести. В соответствии с рекомендациями ЭНИМС число нагружений станины в каждую сторону должно быть не менее трех с выдержкой под нагрузкой не менее 3 с.

Виброобработка станин осуществляется с помощью вибраторов, устанавливаемых на станину. Под воздействием вибрации напряжения концентрируются на границах зерен и стабилизация размеров осуществляется без деформации станин в отличие от предшествующих способов. Использование вибраторов с плавным регулированием частоты колебаний позволяет осуществить виброобработку станины на нескольких (не менее трех) резонансных частотах по 3...5 мин в диапазоне 10...150 Гц, которые выявляют по возрастанию потребляемой вибратором мощности. Весь процесс продолжается обычно 30...45 мин и обеспечивает снижение напряжений на 50 %.

Низкотемпературный отжиг снижает остаточные напряжения в заготовках на 60...70 %. В зависимости от марки чугуна станины температуру печи выбирают 520...650 °С. При этой температуре заготовку выдерживают в печи в течение не менее 3 ч из расчета 1,5 ч на каждые 25 мм наибольшей толщины заготовки.

Термоудар рекомендуется применять для заготовок станин массой не более 5 т, длиной не более 3 м при отношении толщины стенки к удвоенной приведенной толщине направляющих не более 0,7. Заготовку загружают в разогретую печь, выдерживают в печи при температуре 400...600 °С в течение 5...40 мин, затем охлаждают на воздухе.

Ускоренный отжиг рекомендуется для тех же заготовок, что и термоудар в случаях, когда температура печи после загрузки заготовок падает ниже 400 °С. После загрузки заготовки в разогретую до температуры 340...360 °С печь осуществляют нагрев до этой температуры, выдержку заготовки в течение 1,5...4,5 ч в печи и затем охлаждение заготовки на воздухе.

Упрочняющее тепловое старение применяют для жестких станин и для станин с поверхностно-закаленными направляющими, когда нельзя применить виброобработку. Заготовку нагревают вместе с печью со скоростью не более 150 °С/ч до температуры (250 ± 30) °С (если есть поверхностно-закаленные детали, то нагрев допустим до (180 ± 15) °С). Далее заготовку выдерживают в печи не менее 5 ч, после чего охлаждают вместе с печью или на воздухе.

Для уменьшения коробления станин применяют комбинированные способы, например низкотемпературный отжиг с последующим естественным старением для станин станков классов точности А и С.