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1、(10)申请公布号 CN 103072186 A (43)申请公布日 2013.05.01 CN 103072186 A *CN103072186A* (21)申请号 201210562812.6 (22)申请日 2012.12.21 B28B 3/02(2006.01) C04B 26/10(2006.01) (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923 号 (72)发明人 季忠 刘韧 刘毅 李鹏 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 杨琪 (54) 发明名称 一种高阻尼性机床构件的精密成型方法 (57) 摘要 本发明。
2、涉及一种高阻尼性机床构件的精密成 型方法， 首先通过粗浇铸模具， 将以粗骨料为主的 聚合物混凝土浇铸成型为机床构件主体， 然后用 以填料为主的聚合物混凝土， 对粗浇铸的机床主 体再进行精浇铸。在不破坏构件表面结构的前提 下， 大大提高了机床构件的尺寸精度， 平面度可达 每 200 毫米 2 微米以内。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103072186 A CN 103072186 A *CN103072186A* 1/1 页 2。
3、 1. 一种高阻尼性机床构件的精密成型方法， 其特征是， 包括步骤如下 ： （1） 粗浇铸 ： 通过粗浇铸模具， 将以粗骨料为主的聚合物混凝土预先浇铸成型为机床构 件主体， 对有精度要求的机床构件的表面要少浇铸 1 3mm 厚的材料， 养护至自然强度， 脱 模 ； （2） 精浇铸 ： 对于机床构件主体上少浇的 1 3mm 厚度的表面， 用以填料为主的聚合物 混凝土再次进行浇铸， 浇铸层的厚度为 3 6mm ； （3） 将表面涂有脱模剂的压块， 压向上述的精浇铸层， 并挤出多余的聚合物混凝土， 从 而使机床构件的外形达到尺寸要求， 然后将机床构件养护至自然强度， 最后移走压块。 2. 一种高阻尼。
4、性机床构件的精密成型方法， 其特征是， 包括步骤如下 ： （1） 准备两套模具， 粗浇铸模具要比精度要求的机床构件的表面少 1 3mm 厚， 先以粗 骨料为主的聚合物混凝土粗浇铸成型， 养护至自然强度， 脱模 ； （2） 精浇铸模具根据所要求的机床构件尺寸进行制作， 将通过粗浇铸模具预先浇铸成 型的机床构件主体， 放在精浇铸模具中， 机床构件主体与精浇铸模具之间将存在13mm的 间隙， 此间隙用以填料为主的聚合物混凝土再次进行浇铸， 即精浇铸， 养护至自然强度， 脱 模。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种高阻尼性机床构件的精密成型方法， 其特征是， 步 骤 （1） 所述的以粗骨料为主。
5、的聚合物混凝土均由骨料和胶黏剂组成， 胶黏剂与骨料的重量 比为 1 ： 5 12， 骨料采用花岗岩颗粒和石英砂。 4. 根据权利要求 3 所述的一种高阻尼性机床构件的精密成型方法， 其特征是， 骨料级 配是 ： 粒径 13.2mm 16mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 10% ； 粒径 9.5mm 13mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 10% ； 粒径 4.75mm 9.5mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 35% ； 粒径 1.18mm 4.75mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 35% ； 粒径小于 1.18mm 的石英砂 ： 占骨料总重量的 10%。 5. 根据权利要。
6、求 3 所述的一种高阻尼性机床构件的精密成型方法， 其特征是， 所述的 胶黏剂采用双酚A环氧树脂和改性胺固化剂， 或者双酚A环氧树脂、 改性胺固化剂及少量的 增韧剂和稀释剂， 双酚 A 环氧树脂与改性胺固化剂的质量比例范围为 3 5 ： 1。 6. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种高阻尼性机床构件的精密成型方法， 其特征是， 步 骤 （2） 所述的以填料为主的聚合物混凝土均由填料和胶黏剂组成， 胶黏剂与填料的重量比 为 1 ： 1 4， 填料采用石粉、 石英砂和氧化铁粉。 7. 根据权利要求 6 所述的一种高阻尼性机床构件的精密成型方法， 其特征是， 填料的 级配是 ： 粒径 0.3mm 。
7、0.6mm 的石粉 ： 占填料总重量的 50% ； 粒径小于 0.075mm 的石英砂 ： 占填料总重量的 40% 粒径小于 0.075mm 的氧化铁粉， 占填料总重量的 10%。 8. 根据权利要求 6 所述的一种高阻尼性机床构件的精密成型方法， 其特征是， 所述的 胶黏剂采用双酚A环氧树脂和改性胺固化剂， 或者双酚A环氧树脂、 改性胺固化剂及少量的 增韧剂和稀释剂， 双酚 A 环氧树脂与改性胺固化剂的质量比例范围为 3 5 ： 1。 权 利 要 求 书 CN 103072186 A 2 1/5 页 3 一种高阻尼性机床构件的精密成型方法 技术领域 0001 本发明涉及一种高阻尼性机床构件的。
8、精密成型方法， 可有效解决聚合物混凝土机 床构件因浇铸时的收缩， 以及浇铸后的变形所造成的精度不足问题。 背景技术 0002 聚合物混凝土是由改性环氧树脂等材料为胶黏剂， 以花岗岩等矿物颗粒为骨料， 以石英沙等细颗粒物为填料， 所形成的一种新型结构材料。聚合物混凝土因其优良的减震 性和高的耐蚀性等优势， 已在机床床身制造中获得广泛应用。如弗里茨 - 斯塔德股份公司 的 “由聚合物混凝土制造机器零件和机器部件方法” 早在 1986 年即申请中国发明专利 （申 请号为 86100838） 。国内也有很多学者对聚合物混凝土材料的强化方法等内容进行了大量 研究 （如 ： 徐平.钢纤维聚合物混凝土机床基。
9、础件静动态力学性能及损伤机理研究.辽宁工 程技术大学博士学位论文， 2005.11） 。 用聚合物混凝土制造的机床床身， 其振动阻尼性比铸 铁床身高， 因而可以显著提高机床的加工速度、 加工精度、 工具寿命等。 另外， 聚合物混凝土 床身是在室温下浇铸成型的， 管路、 线缆、 螺纹紧固件等， 可以在浇铸成型时直接铸入其中， 因而机床的结构完整性非常好， 制造工艺相对简单， 设计灵活性大。 0003 然而， 聚合物混凝土在浇铸模具中浇铸成型后， 由于化学反应等因素， 会造成构件 尺寸的改变。聚合物混凝土的铸后收缩率一般为 0.1 0.3mm/m, 这种脱模精度通常难以 达到机床构件的精度要求。 。
10、如果对浇铸成型的机床构件再进行铣削、 磨削等机械加工， 不仅 增加了加工成本， 而且势必破坏构件的表面结构， 破坏聚合物对矿物颗粒的包裹， 使矿物颗 粒直接暴露在外， 从而影响了材料的吸湿性、 耐蚀性等性能。 0004 因此， 发明一种聚合物混凝土机床构件的精密成型方法， 在不破坏构件表面结构 的前提下， 来解决聚合物混凝土因浇铸后的尺寸变化所造成的精度不足问题， 是非常必要 的。 发明内容 0005 本发明的目的是克服上述不足而提供一种高阻尼性机床构件的精密成型方法。 0006 本发明采取的技术方案为 ： 0007 一种高阻尼性机床构件的精密成型方法， 包括步骤如下 ： 0008 （1） 粗。
11、浇铸 ： 通过粗浇铸模具， 将以粗骨料为主的聚合物混凝土预先浇铸成型为机 床构件主体， 对有精度要求的机床构件的表面要少浇铸 1 3mm 厚的材料， 养护至自然强 度， 脱模 ； 0009 （2） 精浇铸 ： 对于机床构件主体上少浇的 1 3mm 厚度的表面， 用以填料为主的聚 合物混凝土再次进行浇铸， 浇铸层的厚度为 3 6mm ； 0010 （3） 将表面涂有脱模剂的压块， 压向上述的精浇铸层， 并挤出多余的聚合物混凝 土， 从而使机床构件的外形达到尺寸要求， 然后将机床构件养护至自然强度， 最后移走压 块。 说 明 书 CN 103072186 A 3 2/5 页 4 0011 或者准备。
12、两套模具， 即粗浇铸模具和精浇铸模具，（1） 粗浇铸模具要比精度要求的 机床构件的表面少 1 3mm 厚， 先粗浇铸成型养护至自然强度， 脱模 ；（2） 精浇铸模具将根 据所要求的机床构件尺寸进行制作， 将通过粗浇铸模具预先浇铸成型的机床构件主体， 放 在精浇铸模具中， 机床构件主体与精浇铸模具之间将存在13mm的间隙， 此间隙用以填料 为主的聚合物混凝土再次进行浇铸， 即精浇铸， 养护至自然强度， 脱模。 精浇铸方法是， 用蠕 动泵向该间隙中强力灌注聚合物混凝土， 使聚合物混凝土密实地充满间隙。 0012 上述成型方法中步骤 （1） 所述的以粗骨料为主的聚合物混凝土由骨料和胶黏剂组 成， 0。
13、013 胶黏剂与骨料的重量比为 1 ： 5 12， 骨料采用花岗岩颗粒和石英砂。骨料的级配 优选是 ： 0014 粒径 13.2mm 16mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 10% ； 0015 粒径 9.5mm 13mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 10% ； 0016 粒径 4.75mm 9.5mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 35% ； 0017 粒径 1.18mm 4.75mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 35% ； 0018 粒径小于 1.18mm 的石英砂 ： 占骨料总重量的 10%。 0019 胶黏剂采用双酚 A 环氧树脂和改性胺固化剂， 必要时也可加入适量。
14、的稀释剂和增 韧剂。双酚 A 环氧树脂与改性胺固化剂的质量比例范围为 3 5 ： 1。胶黏剂的室温粘度控 制在 500 1200mPas。 0020 上述成型方法中步骤 （2） 所述的以填料为主的聚合物混凝土由填料和胶黏剂组 成， 胶黏剂与填料的重量比为 1 ： 1 4， 填料采用石粉、 石英砂和氧化铁粉。填料的级配优 选是 ： 0021 粒径 0.3mm 0.6mm 的石粉 ： 占填料总重量的 50% ； 0022 粒径小于 0.075mm 的石英砂 ： 占填料总重量的 40% 0023 粒径小于 0.075mm 的氧化铁粉， 占填料总重量的 10%。 0024 胶黏剂采用双酚 A 环氧树脂。
15、和改性胺固化剂， 必要时也可加入适量的稀释剂和增 韧剂。双酚 A 环氧树脂与改性胺固化剂的比例范围为 3 5 ： 1。胶黏剂的室温粘度控制在 500 1000mPas。 0025 浇铸机床构件主体的粗浇铸模具， 可以是木模、 钢模、 铝模， 也可以是由金属与木 材制作而成的复合模具。精浇铸所用的模具， 最好采用钢模， 以使模具具有高的强度、 好的 表面质量、 高的尺寸精度。 0026 几个值得注意的问题是 ： 在粗浇铸或精浇铸前， 模具的内表面都要涂覆脱模剂， 如 石蜡、 硅油、 聚四氟乙烯等 ； 精浇铸前， 由粗浇铸得到的机床构件主体， 应养护或时效足够的 时间， 待其达到自然强度， 且尺寸。
16、稳定后， 再进行精浇铸 ； 选择模具类型时， 应同时考虑机床 构件的精度与批量。 0027 本发明所述的机床构件由两种材料的聚合物混凝土浇铸而成。首先将以粗骨料 为主的聚合物混凝土， 通过粗浇铸模具， 预先浇铸成型为机床构件主体， 然后用以填料为主 的聚合物混凝土进行精浇铸。在压块或精浇铸模具的保证下， 达到机床构件的最终形状精 度和位置精度， 该机床构件同时具有高的表面质量， 并消除了后续的机械加工工序， 在不破 坏构件表面结构的前提下， 大大提高了机床构件的尺寸精度， 机床构件的平面度可达每 200 说 明 书 CN 103072186 A 4 3/5 页 5 毫米 2 微米之内。 附图说。
17、明 0028 图 1 是粗浇铸、 精浇铸、 压块挤出多余材料， 从而得到最终构件的过程示意图 ； 0029 图 2 是粗浇铸、 精浇铸， 从而得到最终构件的过程示意图 ； 0030 其中 ： 1. 粗浇铸模具 ； 2. 粗浇铸得到的机床构件主体 ； 3. 精浇铸层 ； 4. 压块 ； 5. 最终的机床构件 ； 6. 精浇铸模具。H H1+2， 并且 2 1。 具体实施方式 0031 下面结合附图进一步说明。 0032 图 1 是粗浇铸、 精浇铸、 压块挤出多余材料， 从而得到最终构件的过程示意图。首 先通过粗浇铸模具 1， 并往其中浇铸以粗骨料为主的聚合物混凝土， 这一过程称为粗浇铸。 养护至。
18、自然强度， 脱模， 得到机床构件主体 2。对于机床构件主体 2 上尺寸为 H1 的表面， 用 以填料为主的聚合物混凝土再次进行浇铸， 形成厚度为 1 的精浇铸层 3， 1 的取值范围 是 3 6mm， 这一过程称为精浇铸。然后用表面涂有脱模剂的压块 4， 压向上述的精浇铸层 3， 挤出多余的聚合物混凝土， 使精浇铸层的厚度达到 2， 2 的取值范围一般是 1 3mm。 总体尺寸达到， H ， H 即是机床构件外形所要求的尺寸。将机床构件养护至 自然强度， 最后移走压块， 得到满足尺寸要求的机床构件 5。 0033 图 2 是粗浇铸、 精浇铸， 从而得到最终构件的过程示意图。首先通过粗浇铸模具 。
19、1， 并往其中浇铸以粗骨料为主的聚合物混凝土， 这一过程称为粗浇铸。养护至自然强度， 脱模， 得到机床主体 2。将机床主体 2 置于精浇铸模具 6 中， 在 H1 尺寸的表面处， 出现了宽 度为 2 的间隙。用蠕动泵往该 2 间隙处浇铸以填料为主的聚合物混凝土， 这一过程称 为精浇铸。将机床构件养护至自然强度， 脱模， 得到满足尺寸要求的机床构件 5， 其中 H H1+2， H 即是机床构件外形所要求的尺寸。 0034 在浇铸聚合物混凝土前， 模具的内表面都要涂覆脱模剂， 如石蜡、 硅油等。 0035 下面结合实例进行进一步说明。 0036 实施例 1 ： 0037 某机床床身， 其导轨面有较。
20、高的精度要求。首先制作浇铸机床床身主体所用的粗 浇铸模具， 采用在导轨面预留 3mm 的空间， 并进行精浇铸， 然后挤出多余材料的方法。骨料 采用花岗岩颗粒， 按如下级配 ： 0038 粒径 13.2mm 16mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 10% ； 0039 粒径 9.5mm 13mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 10% ； 0040 粒径 4.75mm 9.5mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 35% ； 0041 粒径 1.18mm 4.75mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 35% ； 0042 粒径小于 1.18mm 的石英砂 ： 占骨料总重量的 10%。 0。
21、043 将不同粒径的骨料按比例称量并混合， 然后一起充分搅拌均匀。 0044 胶黏剂可采用双酚A环氧树脂与改性胺固化剂及少量增韧剂,一种可行的胶黏剂 配方是 ： 0045 双酚 A 环氧树脂 E-44 ： 占胶黏剂总重量的 22% ； 说 明 书 CN 103072186 A 5 4/5 页 6 0046 双酚 A 环氧树脂 E-51 ： 占胶黏剂总重量的 50% 0047 增韧剂 DBP ： 占胶黏剂总重量的 10% ； 0048 固化剂 T31 ： 占胶黏剂总重量的 18%。 0049 胶黏剂与骨料的重量比为 1 ： 9。 0050 将搅拌均匀的骨料与胶黏剂混合， 并充分搅拌， 形成搅拌均。
22、匀的聚合物混凝土。 将 搅拌好的聚合物混凝土浇入粗浇铸模具中， 在导轨面处欠浇铸 2 3mm 的厚度。养护 12 天， 至自然强度， 并蠕变至稳定尺寸， 脱模， 从而形成机床床身主体。 0051 按如下级配， 将不同粒径的填料按比例称量并混合， 然后一起充分搅拌均匀， 0052 粒径 0.3mm 0.6mm 的石粉 ： 占填料总重量的 50% ； 0053 粒径小于 0.075mm 的石英砂 ： 占填料总重量的 40% 0054 粒径小于 0.075mm 的氧化铁粉， 占填料总重量的 10%。 0055 仍然采用上述胶黏剂与配方， 胶黏剂与填料的重量比为 20 ： 80。 0056 将搅拌均匀。
23、的填料与胶黏剂混合， 并充分搅拌， 形成搅拌均匀的聚合物混凝土。 往 导轨面进行二次浇铸， 浇铸层的厚度为 1=5mm。 0057 将表面涂有石蜡的压块压向上述的二次浇铸层， 并挤出多余的 1-2=2mm 厚的 聚合物混凝土。从而使机床构件的外形达到精度要求， 养护至自然强度， 然后移走压块。此 时， 机床构件的平面度可达每 200 毫米 2 微米之内。 0058 实施例 2 ： 0059 某机床床身， 导轨面具有较高的精度要求。首先制作浇铸机床床身所用的粗浇铸 模具， 由于导轨面处尺寸精度较高， 因此采用在这个表面预留 2 3mm 的空间， 然后用蠕 动泵向该空间中进行精浇铸的方法。骨料采用。
24、花岗岩颗粒， 按如下级配 ： 0060 粒径 13.2mm 16mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 10% ； 0061 粒径 9.5mm 13mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 10% ； 0062 粒径 4.75mm 9.5mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 35% ； 0063 粒径 1.18mm 4.75mm 的花岗岩颗粒 ： 占骨料总重量的 35% ； 0064 粒径小于 1.18mm 的石英砂 ： 占骨料总重量的 10%。 0065 将不同粒径的骨料按比例称量并混合， 然后一起充分搅拌均匀。 0066 胶黏剂采用双酚 A 环氧树脂和改性胺固化剂 T31， 二者比例 3 。
25、： 1。胶黏剂与骨料的 重量比为 10 ： 90。 0067 将搅拌均匀的骨料与胶黏剂混合， 并充分搅拌， 形成搅拌均匀的聚合物混凝土。 将 搅拌好的聚合物混凝土浇入粗浇铸模具中。 注意， 在设计制造模具时， 将有尺寸精度要求的 表面内移 3mm。养护 12 天， 至自然强度， 并蠕变至稳定尺寸， 脱模， 从而形成机床床身主体。 然后将该机床床身主体放置于内表面涂好石蜡的精浇铸模具中。 注意， 对于精浇铸模具， 对 于有尺寸精度要求的表面， 完全按照形状和位置的精度要求进行设计制造。 显然， 机床床身 主体与精浇铸模具之间， 会出现 2 3mm 的间隙。 0068 按如下级配， 将不同粒径的填。
26、料按比例称量并混合， 然后一起充分搅拌均匀， 0069 粒径 0.3mm 0.6mm 的石粉 ： 占填料总重量的 50% ； 0070 粒径小于 0.075mm 的石英砂 ： 占填料总重量的 40% 0071 粒径小于 0.075mm 的氧化铁粉， 占填料总重量的 10%。 说 明 书 CN 103072186 A 6 5/5 页 7 0072 胶黏剂可采用双酚A环氧树脂与改性胺固化剂及少量增韧剂,一种可行的胶黏剂 配方是 ： 0073 双酚 A 环氧树脂 E-44 ： 占胶黏剂总重量的 22% ； 0074 双酚 A 环氧树脂 E-51 ： 占胶黏剂总重量的 50% 0075 增韧剂 DBP ： 占胶黏剂总重量的 10% ； 0076 固化剂 T31 ： 占胶黏剂总重量的 18%。 0077 胶黏剂与填料的重量比为 50 ： 50。 0078 将搅拌均匀的填料与胶黏剂混合， 并充分搅拌， 形成搅拌均匀的聚合物混凝土。 将 配好的聚合物混凝土用蠕动泵灌注于机床床身主体与精浇铸模具之间的 2 缝隙中。养护 至自然强度， 脱模， 得到符合要求的机床床身。 说 明 书 CN 103072186 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103072186 A 8 。