用于减少热变形的机床用基座的制造方法及通过该方法制造的基座的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于减少热变形的机床用基座制造方法及通过该方法制造的基座。所述用于减少热变形的机床用基座制造方法包括：表面处理步骤，在铸铁材质的机床用基座中，在需要冷却的相应部分或其周围，通过镀金或热喷涂的方法，对为形成冷却通道(40)而设置的异质管(20)进行表面处理；模具设置步骤，在造型和合型过程中将所述异质管(20)设置到模具中；以及冷却步骤，在注入镕汤时，使空气或氮气以1～3Bar、3～6Bar或6～9Bar的压力向异质管(20)的内部流入10～30、30～60或60～90分钟，进行冷却直到接合界面(30)的温度达到1150～1000℃或1000～600℃为止。
【专利说明】用于减少热变形的机床用基座的制造方法及通过该方法制造的基座
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于减少热变形的机床用基座的制造方法及通过该方法制造的基座，更具体地讲，涉及如下的用于减少热变形的机床用基座的制造方法及通过该方法制造的基座:事先预测铸铁材质的机床用基座、例如床身和立柱的发热情况，确定需要冷却的部分，在相应部分铸造并接合异质管而形成冷却通道之后，使冷媒通过该冷却通道而流动，从而能够减少床身与立柱的整体温度偏差，提高机床的加工精度。
【背景技术】
[0002]通常，机床的构成部件中的床身和立柱在机床中被用作基座，因此床身和立柱的热变形对机床的加工精度非常重要。
[0003]但是，在机床工作时，根据由直线往返运动而产生的摩擦热和大气温度而在床身和立柱上发生热变形，由此加工精度下降。
[0004]为了解决这样的问题并提高加工精度，需要减少床身和立柱的热变形。
[0005]在减少热变形的方法中最有效的方法是在床身和立柱上形成冷却通道，利用冷却油或冷却水等冷媒来进行冷却，从而减少床身和立柱的整体温度偏差而减少热变形。
[0006]但是，在床身和立柱中，厚度厚的截面与厚度薄的截面相结合而存在，特别是，由于具有长度较长的形状，因此所能形成的冷却通道的尺寸只能受限。
[0007]作为在床身和立柱上形成冷却通道的方法，存在使用在铸造制作时制作为铸物砂的中子来形成冷却通道的方法。
[0008]但是，由于床身和立柱的形状特征，所形成的冷却通道的尺寸小而长度长，在铸造时通过熔融金属而被破坏，由此发生烧结和融合的现象，从而发生冷却通道堵塞的问题，因此在以往的铸造工序中，无法形成冷却通道。
[0009]另一方面，作为通过加工来形成冷却通道的方法，代表性的有钻孔加工，但是这同样存在由于床身和立柱的形状特性而无法进行冷却通道加工的问题。
【发明内容】
[0010]技术课题
[0011]对此，本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于，提供如下的用于减少热变形的机床用基座制造方法及根据该方法制造的基座:事先预测铸铁材质的机床用基座、例如床身和立柱的发热情况，确定需要冷却的部分，铸造异质管并接合到相应部分而形成冷却通道，之后使冷媒通过该冷却通道而流动，从而能够减少床身与立柱的整体温度偏差而提闻机床的加工精度。
[0012]解决技术课题的方法
[0013]为了实现上述目的，本发明提供一种用于减少热变形的机床用基座制造方法，包括:表面处理步骤，在铸铁材质的机床用基座中，在需要冷却的相应部分或其周围，通过镀金或热喷涂的方法，对为形成冷却通道而设置的异质管进行表面处理；模具设置步骤，在造型和合型过程中将所述异质管设置到模具中；以及冷却步骤，在注入镕汤时，使空气或氮气以I?3Bar、3?6Bar或6?9Bar的压力向异质管的内部流入10?30、30?60或60?90分钟，进行冷却直到接合界面的温度达到1150?1000°C或1000?600°C为止。
[0014]另外，本发明对上述本发明的一个实施例，还提供下述的具体实施例。
[0015]根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述异质管是碳钢材质的管，在所述异质管的表面，利用锌、锡或镍以0.5 μ m?10 μ m的厚度进行表面处理。
[0016]为了实现上述目的，本发明提供一种用于减少热变形的机床用基座，其特征在于，在铸铁材质的机床用基座中，在需要冷却的相应部分或其周围夹杂异质管(20)来形成供冷媒流动的冷却通道(40)，向所述异质管(20)区域注入熔融金属，通过铸造接合而设置所述异质管(20)，其中，在所述异质管(20)中，通过镀金或热喷涂的方法而利用锌、锡或镍以
0.5μπι?10 μ m的厚度进行了表面处理。
[0017]另外，本发明对上述本发明的一个实施例，还提供下述的具体实施例。
[0018]根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述机床用基座是立柱或床身。
[0019]发明效果
[0020]根据本发明，具有如下效果:事先预测铸铁材质的机床用基座、例如床身和立柱的发热情况，确定需要冷却的部分，铸造异质管并接合到相应部分而形成冷却通道，之后使冷媒通过该冷却通道而流动，从而能够减少床身与立柱的整体温度偏差而提高机床的加工精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是作为用于减少热变形的机床用基座的立柱的立体图。
[0022]图2是图1的截面结构图。
[0023]图3是图2的要部放大图。
[0024]图4是示出不锈钢(合金钢)管接合面的微细组织的图。
[0025]图5是碳钢和不锈钢(合金钢)管的硬度分布曲线图。
[0026]图6是因氧化夹杂物而形成了未接合部的状态的图。
[0027]图7是示出在冷却空气压力为IBar以下的条件下的异质管的熔融烧失的图。
[0028]图8是在冷却空气压力为IlBar的条件下形成异质管的未接合部的状态的图。
[0029]图9是设置在模具上的异质管的冷却方法的结构图。
[0030]图10是对立柱的热分析模拟结果。
[0031]标号说明
[0032]10:立柱 11:导轨
[0033]20:异质管30:接合界面
[0034]40:冷却通道
【具体实施方式】
[0035]以下，参照附图对本发明进行说明。
[0036]图1是作为用于减少热变形的机床用基座的立柱的立体图，图2是图1的截面结构图，图3是图2的要部放大图，图4是示出不锈钢(合金钢)管接合面的微细组织的图，图5是碳钢和不锈钢(合金钢)管的硬度分布曲线图，图6是因氧化夹杂物而形成了未接合部的状态的图，图7是示出在冷却空气压力为IBar以下的条件下的异质管的熔融烧失的图，图8是在冷却空气压力为IlBar的条件下形成异质管的未接合部的状态的图。
[0037]在参照附图进行说明之前需要陈述的一点是，在以下说明中将立柱(10)作为机床用基座来进行说明，但是也可以将相同结构和方法应用于床身(未图示)。
[0038]图1是立柱(10)的立体图，图2是图1中所示的立柱(10)的纵截面图，图3是在图2中用圆形的虚线标记的部分的放大图，是形成有冷却通道的立柱(10)的导轨(11)的详细图，通过这些附图，对本发明进行详细说明。
[0039]首先，虽然因为简单而未进行图示，但本发明的用于减少热变形的机床用基座制造方法包括表面处理步骤、模具设置步骤以及冷却步骤。
[0040]表面处理步骤是如下步骤:在铸铁材质的机床用基座、即立柱(10)中，在需要冷却的相应部分或其周围，通过镀金或热喷涂(thermal spray)的方法,对为形成冷却通道
[40]而设置的异质管(20)进行表面处理。此时，异质管(20)可以是碳钢材质的管，在异质管(20)的表面利用锌、锡或镍以0.5 μ m?10 μ m的厚度进行表面处理为。
[0041]模具设置步骤是如下步骤:在造型和合型过程中将异质管(20)设置到模具。
[0042]并且，冷却步骤是如下步骤:在注入镕汤时，使空气或氮气以I?3Bar、3?6Bar或6?9Bar的压力向异质管(20)的内部流入10?30、30?60或60?90分钟，进行冷却直到接合界面(30)的温度达到1150?1000°C或1000?600°C为止。
[0043]通过如上所述的方法，即在铸铁材质的机床用基座、即立柱(10)中的需要冷却的相应部分或其周围，夹杂通过镀金或热喷涂的方法利用锌、锡或镍以0.5 μ m?10 μ m厚度进行表面处理而成的异质管(20)，从而形成供冷媒流动的冷却通道(40)，向异质管(20)区域注入熔融金属，通过铸造接合而设置异质管(20)，从而与以往不同，能够提高机床的加工精度。
[0044]以下，对本发明进行详细说明。
[0045]如上所述，作为在本实施例中应用的机床用基座的一例的立柱(10)可以是铸铁材质。
[0046]此时，关于立柱(10)的材质，可以使用铸钢和铸铁等各种各样的金属材质，但特别优选使用灰铸铁。
[0047]另外，作为接合材料而使用的异质管(20)可以是未添加铬(Cr)和钥(Mo)等合金或者即使添加也是以杂质形态微量添加的低碳钢材质。异质管(20)可以具有截面为圆形的形态。
[0048]在由铬和钥等材质合金而成的异质管(20)的情况下，如图4所示，在注入熔融金属时，通过表面熔融和扩散，在熔融金属与异质管(20)的接合界面(30，参照图3)产生铬和钥碳化物和莱氏体，如图5所示，与碳钢相比，表面硬度高，由此在机械加工时发生诸多问题。
[0049]但是，在未添加铬和钥等合金或者即使添加也以杂质形态添加微量的低碳钢材质中，在异质管(20)的接合界面(30，参照图3)不产生碳化物，因此能够进行机械加工。
[0050]因为这样的原因，在本发明中应用的异质管(20)优选为未添加铬和钥等合金或即使添加也以杂质形态添加微量的低碳钢材质。简单地说，异质管(20)可以是不锈钢材质的管。
[0051]另外，在本发明的情况下，在作为接合材料的异质管(20)的外周面，利用锌、锡或镍以大致0.5 μ m?10 μ m左右的厚度进行表面处理之后进行夹杂。此时，可通过镀金或热喷涂的方法来进行表面处理。
[0052]如上所述，在异质管(20)的外周面上进行了表面处理的锌、锡或镍起到防止在金属表面产生氧化物的功能。
[0053]如果，不像本发明这样对异质管(20)的外周面进行表面处理，则如图6所示，因表面氧化而有可能在接合界面(30，参照图3)上产生未接合部。
[0054]另外，锌、锡或镍在熔融金属与异质管(20)之间起到表面的促熔剂作用而提高接合能力。
[0055]附带地说一下，在表面处理中所使用的锌、锡或镍比熔融金属和异种材质的熔融温度低，因此当注入熔融金属时，在熔融金属与异质管(20)之间，被表面处理的金属维持液体状态，通过两种材料的间接接触而促进彼此合金化，从而能够提高两种材料之间的接口 ο
[0056]接着，当完成了异质管(20)的表面处理时，在造型时将异质管(20)设置在模具上。
[0057]在造型工序中，在立柱(10)的导轨(11)和需要冷却的部分中夹杂并铸造管形态的异种材质，使得在铸造工序中，在模具内部形成由中空部实现的冷却通道(40)。
[0058]此时，应将异质管(20)导出至砂箱(flask)外，使得在注入熔融金属时能够冷却异质管(20)。
[0059]另外，在设置过程中，应将附着在异质管(20)外周面的铸物砂完全去除。这是因为，如果铸物砂附着在异质管(20)，则有可能因为由铸物砂导致的铸造缺陷而产生未接合部。
[0060]接着，在模具中设置异质管(20)之后，注入熔融金属。
[0061]此时，向导出至砂箱外的异质管(20)喷射空气而实施冷却。在该情况下，用I?3Bar、3?6Bar以及6?9Bar范围的空气压力来喷射空气而进行冷却。
[0062]在冷却为所述空气压力范围以下的情况下，如图7所示，因异质管(20)的熔融而能够向冷却通道(40)内填充熔融金属。
[0063]并且，在过度地冷却为所述空气压力范围以上的情况下，如图8所示，产生未接合部。
[0064]另外，图9是设置于模具的异质管的冷却方法的结构图，图10是对立柱的热分析模拟结果。
[0065]参照这些附图，关于异质管(20)的冷却时间，从熔融金属注入时刻开始实施10?30分钟或30?60分钟的冷却，优选为直到接合界面(30)部分的温度达到1150?1000°C以及1000?600°C为止进行冷却。
[0066]这是基于如下的目的以及用于防止由过度的体积比而导致异质管(20)熔融的方案:将接合界面(30)快速冷却至固相线附近和Al相变点附近，防止随着异质管(20)长时间维持高温状态而发生的异质管(20)的变形、接合面(30)的晶粒粗大化或过度渗碳。
[0067]另外，如上所述，作为用于防止异质管(20)熔融的冷媒，一般使用空气，但是在需要使冷却通道(40)内部的氧化最小化的情况下，也可以使用氮气。
[0068]另外，在熔融金属与异质管(20)之间的体积比为3:1以下的情况下，优选不适用冷却。
[0069]其结果，在铸造接合时，熔融金属与接合材料之间的接合力非常重要，在本发明中，为了提高熔融金属与使用为接合材料的异质管(20)之间的接合力，在使用为接合材料的异质管(20)的表面，通过镀金或热喷涂的方法而利用锌、锡或镍进行表面处理，另外，为了防止因熔融金属与接合材料的过度的体积比而产生的接合材料的变形或熔融烧失，在注入熔融金属的时刻，使用冷却空气或氮气，通过以一定的压力来冷却接合材料，使得接合界面(30)的温度冷却至1150?600°C范围，从而形成品质优异的冷却通道(40)。
[0070]如图10所示，进行热分析模拟的结果，在进行直线往返运动的导轨(11)部分的发热量最高，在该部分形成冷却通道(40)而实施冷却的情况下，最高温度减小0.9°C，对此已进行了确认。
[0071]通过以上方法制造的立柱(10)在需要冷却的确定部分上形成冷却通道(40)，并使冷却水或冷却油等冷媒经由冷却通道(40)而流动，从而减少立柱(10)的各个部分的温度偏差而能够抑制热变形。
[0072]如上所述，根据本发明，事先预测铸铁材质的机床用基座、例如立柱(10)的发热情况，确定需要冷却的部分，铸造异质管(20)并接合到相应部分而形成冷却通道(40)，之后使冷媒经由该冷却通道(40)而流动，从而能够减少立柱(10)的整体温度偏差而提高机床的加工精度。
[0073]如上所述，本发明不限于所记载的实施例，本领域技术人员在不脱离本发明的思想和范围的情况下能够进行各种修改和变形是显而易见的。因此，这些修改例和变形例应该属于本发明的权利要求范围内。
[0074]产业上的可利用性
[0075]本发明涉及用于减少热变形的机床用基座的制造方法及通过该方法制造的基座，更具体地讲，涉及如下的用于减少热变形的机床用基座的制造方法及通过该方法制造的基座:事先预测铸铁材质的机床用基座、例如床身和立柱的发热情况，确定需要冷却的部分，在相应部分铸造并接合异质管而形成冷却通道之后，使冷媒通过该冷却通道而流动，从而能够减少床身与立柱的整体温度偏差，提高机床的加工精度。
【权利要求】
1.一种用于减少热变形的机床用基座制造方法，包括: 表面处理步骤，在铸铁材质的机床用基座中，在需要冷却的相应部分或其周围，通过镀金或热喷涂的方法，对为形成冷却通道(40)而设置的异质管(20)进行表面处理； 模具设置步骤，在造型和合型过程中将所述异质管(20)设置到模具中；以及 冷却步骤，在注入镕汤时，使空气或氮气以I?3Bar、3?6Bar或6?9Bar的压力向异质管(20)的内部流入10?30、30?60或60?90分钟，进行冷却直到接合界面(30)的温度达到1150?1000°C或1000?600°C为止。
2.根据权利要求1所述的用于减少热变形的机床用基座制造方法，其特征在于， 所述异质管(20)是碳钢材质的管， 在所述异质管(20)的表面，利用锌、锡或镍以0.5μπι?1ym的厚度进行表面处理。
3.一种用于减少热变形的机床用基座，其特征在于， 在铸铁材质的机床用基座中，在需要冷却的相应部分或其周围夹杂异质管(20)来形成供冷媒流动的冷却通道(40)，向所述异质管(20)区域注入熔融金属，通过铸造接合而设置所述异质管(20)，其中，在所述异质管(20)中，通过镀金或热喷涂的方法而利用锌、锡或镍以0.5 μ m?10 μ m的厚度进行了表面处理。
4.根据权利要求或3所述的用于减少热变形的机床用基座，其特征在于， 所述机床用基座是立柱或床身。
【文档编号】B23Q11/12GK104144767SQ201280057435
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2012年12月26日 优先权日:2011年12月26日
【发明者】黄载亨, 沈东燮, 梁植, 郑玑焕, 金泰源 申请人:斗山英维高株式会社