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精密机械的应用问题及耐磨性能

发布时间:2019-08-03  发布者:亿创量具
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  • 在精密机械领域应用的材料,按用途的不同,可分为结构材料和功能材料两大类。结构材料通常是指工程上要求强度、硬度、韧性和耐磨性等力学性能的材料。而功能材料指的是具有声、光、电、热、磁等功能的材料。

    按材料的特点及性质,一般将材料分为金属材料和非金属材料。而非金属材料又可分为无机非金属材料和有机材料。

    金属材料是精密机械中应用较广的材料,可分为有色金属材料和黑色金属材料两类。黑色金属材料是铁基金属合金,包括碳钢、铸铁及各种合金钢。其余的金属材料都属于有色金属材料,如铝、钦、镁、铜及其相应的合金等。

    有机材料包括塑料、橡胶和合成纤维等。这类材料具有较高的强度、良好的塑性及耐腐蚀性、较好的绝缘性和密度小等特点,是目前发展很快的新型材料。无机非金属材料一般指金属和有机材料之外的材料。陶瓷是目前发展较快的无机非金属材料。陶瓷包括硅酸盐材料(如玻璃、陶瓷、瓷器、水泥和耐火材料等)和氧化物类材料。

    常用结构材料简介:

    1)钢材

    传统结构材料是钢材,按化学成分不同分为碳素钢和合金钢,按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。它成本低,被广泛应用于机械装备领域。

    2)铸铁

    铸铁是传统的制造床身和导轨的材料,它的优点是工艺性好。一般选用耐磨性好,热膨胀系数低,对振动衰减能力强,并经时效消除内应力的合金铸铁做精密机床的床身和导轨。

    3)铝合金

    大理石平台为了减轻工作台运动部分质量,提高系统动态性能也有采用铝合金。铝合金分铸铝合金和硬铝合金。铸铝合金较常用的是硅铝合金,如ZL-7等。它铸造性能良好,切削性能较差且有足够的强度、良好的塑性和耐蚀性。常用于制造光学仪器和精密机械的壳体和支座。硬铝合金经轧制成材,如铝棒、铝板等,大理石平台广泛用于制造光学仪器和精密机械中的结构零件。

    4)殷钢

    殷钢(又称低膨胀合金、因瓦合金)的特点是具有几乎为零的膨胀系数,主要应用于环境温度波动时要求尺寸恒定不变的元件,以保证仪器仪表、整机的性能,其在超精密机床中也得到了应用,如美国LLNL开发的LODTM机床就应用了殷钢作为结构材料。

    5)花岗石

    花岗石比铸铁长期尺寸稳定性好,热膨胀系数低,对振动的衰减能力比钢铁要高很多倍(约巧倍),硬度高耐磨并不会生锈。用花岗岩作超精密机床的床身和导轨是比较好的。花岗石的主要缺点是它的吸湿性,吸湿后产生微量变形,影响精度。

    6)树脂混凝土

    树脂混凝土(人造花岗石),针对花岗石不能铸造成形且有吸湿性的问题,国外提出了人造花岗石。人造花岗石由花岗石碎粒用树脂粘结而成。用不同粒度的花岗石组合可提高人造花岗石的体积比(可达90%~}95%),使人造花岗石有优良的性能,不仅可铸造成形,吸湿性低,并对振动的衰减能力加强。

    7)氧化铝陶瓷

    工程结构陶瓷由于其高强度、高硬度和耐高温、耐辐射、抗腐蚀等优点已逐渐成为工程技术特别是技术的关键材料,大理石平台将工程结构陶瓷应用在精密平台上是一种发展趋势。氧化铝陶瓷具有很高的硬度、高的弹性模量,具有优良的力学性能。日本东京工业大学制造的分辨率可以达到2nm直线电机精密平台,就是利用氧化铝陶瓷作为平台的结构材料。

    8)石英陶瓷

    石英陶瓷作为结构陶瓷多应用在玻璃、冶金、电工、航空航天等行业。主要利用其热导率低、热膨胀系数小、电性能好等优点。但其应用于精密平台还未见报道。

    9)零膨胀玻璃

    微晶玻璃是20世纪70年代发展起来的多晶陶瓷新型材料。它兼有玻璃和陶瓷的优点,具有常规材料难以达到的物理性能。微晶玻璃采用一种不同于陶瓷的制造工艺,与普通玻璃相近,但特性与陶瓷却迥然不同。由于铿铝硅微晶玻璃的晶化程度高,又具有超细的微晶结构,并且质地均匀致密,因而机械力学性能优良。铿铝硅微晶玻璃的机械强度比一般玻璃高很多,抗弯强度一般为90~200MPa,弹性模量为80000~100000MPa,约为普通玻璃的1.5倍,硬度比高碳钢、花岗岩还高,接近淬火钢的硬度,具有良好的耐磨性能。


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