浅析：石材机械支承件的结构设计全过程

　　首先，对石材机械支承件的基本要求是：

一、材料和时效处理

　　支承件的材料，主要为铸铁和钢。铸铁支承件，如果导轨和支承件铸为一体，则铸铁的牌号根据导轨的要求选择。如果导轨是镶装上去的, 或者支承件上没有导轨，则一般可用HT150或HT200, 如果支承件由型钢和钢板焊接，则通常用Ｑ235号或Q345号钢等。

　　在铸造或焊接中的残余应力，将使支承件产生蠕变。因此必须进行时效处理(Seasoning)。时效处理最好在粗加工后进行。铸铁在450℃以上的内应力的作用下开始变形，超过550℃则硬度将降低。因此热时效处理应在530℃ -550℃的范围内进行, 这就能既消除内应力，又不致于降低硬度。钢质焊接件的时效处理温度较高，约为600℃ -650℃。近来正在研究振动时效, 办法是把零件放在两个弹性支座如（旧轮胎）上，激振器装在零件中部。激振器的激振频率调到等于零件依次弯曲振动的固有频率。于是，激振时零件发生共振，其弯曲应力加上内应力将有一部分超过材料的屈服极限，使材料产生塑料变形而消除内应力。激振器内有一根转轴，上有偏心，由直流电动机带动旋转。调整转速就可改变激振频率，调整偏心量可以改变激振力。这种方法的优点是快速，节能；缺点是要测出其固有频率，如按一次弯曲振动的固有频率激振，则中间部分振幅大，消除内应力效果较好，两端振幅小，效果较差。这种方法目前多在梁类件上试用，如床身，横梁等。

二、壁厚的选择

　　支承件的壁厚应根据工艺上的可能选择得薄一些。按照目前的工艺水平，砂模铸造件的壁厚可根据当量尺寸C按照表1选择。表中推荐的是最薄尺寸。凸台、与导轨的连接处等应适当加厚。当量尺寸　式中L，B，H——铸件的长，宽和高，

表1铸铁件的推荐的壁厚


当量尺寸(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



　　中型机械的焊接支承件如用薄壁结构，可用型钢和厚度为3至6mm的钢板焊接而成。靠采用封闭截形，正确地布置隔板、筋等来保证刚度和防止薄壁振动。如用厚壁结构，则可用厚度为10mm的左右的钢板。这时焊接支承件的内部结构与铸铁件差不多。

三、立柱

　　立柱是立式的床身。立柱所承受的外载荷有两类：1）主要是弯曲载荷，作用于立柱的对称面， 2）弯曲和扭转载荷，立柱与卧式床身相比，不利之处是只有底部固定，处于悬臂工作状态；有利的一面是通常都能做成封闭截形。

　　为了安装机件或清砂，立柱上往往需开窗孔。窗孔对刚度的影响决定于它的大小和位置。影响抗弯刚度最大的，是开在与弯曲平面垂直的壁上的窗孔。因这些壁受压或受拉，开孔后将减少受拉、压的面积。对于抗扭刚度，开在较窄壁上的窗孔，对刚度的影响比开在较宽壁上的为大。故矩形截面的立柱，窗孔尽量不要开在前、后壁上。窗孔的宽度尽量不要超过立柱空腔宽度的70%，高度不超过空腔宽的1~1.2倍。窗孔边缘厚一些（翻边），工作时加盖，并用螺钉上紧，可补偿一部分刚度的损失。

四、横梁

　　横梁用于框架式机械。它与立柱接触的长度一般不大，因而可以看作是两点的简支梁，承受着复杂的空间载荷；既有两个方向的弯矩，又有扭矩。

五、滑板和工作台

　　滑板常有上、下两组导轨，往往互相垂直。滑板的构造在很大程度上取决于导轨的型式、位置及调整件如镶条、压板的构造。设计滑板时，高（厚）度往往受限制。例如桥式切机的纵向滑板的厚度，就受到中心高和层次的限制。但是，从刚度的观点，又希望滑板要厚一些，这是矛盾的要求。

六、箱体

　　箱体的整体刚度是比较高的，故应注意提高箱壁受载处的局部刚度。常用的办法是在开孔处加“脐子”和在轴承孔法兰处加筋，如图8所示。箱盖最好用螺钉紧固, 比之用铰链连接，可提高箱体的刚度。
七、铸件结构工艺性

　　支承件在满足使用要求的前提下，应尽量便于铸造和加工。铸件壁厚，应尽量均匀，以避免因厚薄不均而在厚处产生缩孔，如果壁厚不能相等，如床身壁厚不可能和导轨厚度相同，则应均匀过渡，避免突变，否则突变处易产生裂纹，拐角处应圆滑过渡，避免突拐, 否则浇铸时突拐处因传热较快，首先凝固，其他部分凝固时收缩，易在突拐处产生裂纹。如果某些部位厚度较大，材料较集中（例如导轨处）则应考虑浇铸时有放冷铁的地方。（冷铁放在铸件较厚处附近，浇铸时可吸收一部分热量，使该处和较薄处差不多同时凝固，以避免较厚处出现缩孔。如图9为米字筋，图a在交汇处较厚，易产生缩孔，如改为图b，中间加一个圆窝，交汇处成为环状，厚度与筋差不多，就可避免缩孔。铸件必须便于清砂，特别是便于清理砂芯（如果铸件不保留砂芯）,不仅要便于手工清砂，而且还要便于水爆清砂或者机械化清砂。要使风枪能够伸入或者高压水能够冲到每个角落, 为此，清砂口要开得足够大，位置也要合适。铸件表面的加工面要处于一个平面内，可以一次刨出或铣出。

　　大型铸件应有起吊孔，以便穿钢丝绳或插钢管，如铸件不能开孔，则应铸出足够大得吊钩或加工螺纹孔以便装吊环螺丝。立柱背面如果是弯的，加工正面导轨时就没有可靠的加工艺基准面。因此，必须铸出“工艺脐子”，　加工时，先把脐子表面铣或刨平，然后以它为基面来加工导轨面，加工完毕，检验合格后将脐割去。

八、支承件的焊接结构

　　支承件用钢板和型钢焊接有许多优点1，不需要制造木模和浇铸，生产周期短，又不易出废品。2，减轻重量。钢的弹性模量约铸铁的1.5至2倍, 在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如果要求支承件本身的刚度相同，则钢焊接件的壁厚可比铸铁的薄。3，可以采用完全封闭的箱形结构，不象铸件那样要留出砂孔。4，如发现结构有缺陷，如发现刚度不足，焊接件可以补救, 例如可加焊隔板和筋。

　　焊接结构的缺点是：1，焊接结构在中、小型机械成批生产时成本比铸铁高，手工劳动多，因此，在这种条件下宜铸造。2，钢的材料内摩擦阻尼约为铸铁的1/3。但是，整机的阻尼，主要是由支承件间的结合面决定的，即振动能量，主要消耗在结合面间的摩擦和粘滞上。这一点，钢焊接结构和铸铁结构并没有多大差别。差别在于支承件本身振动（如床身的弯曲、扭转振动）的阻尼和钢板薄壁振动的阻尼比铸铁低。焊接支承件的导轨，可以用钢的，也可以是用铸铁的。与支承件本体的联接，钢导轨可以焊，也可以用螺钉、销等固定, 铸铁导轨则只能用螺钉、销等固定。

　　以上观点是本人实践经验的总结，如有不足之处望同仁给予指点，希望同行石材机械制造商精诚合作、携手共进，充分发挥各自优势，相互交流、共同攻关，为我国的石材加工业的发展壮大和走向世界作出应有的贡献。