工具機結構鑄件安定化發展現況

前言
隨著製造工藝技術不斷進步，所要求的產品精度越來越高，理所當然相關加工設備的品質也就越來越重要，影響工具機精度、品質的原因很多，其中一項重要的原因就是機台結構件的尺寸穩定性。結構件如果尺寸無法保持穩定，機台就無法保持良好的精度。
工具機結構件中使用量最大的為灰鑄鐵，灰鑄鐵具有優良的吸震性，良好的耐磨性與潤滑性，因此在機械結構件中廣泛使用。灰鑄鐵由於鑄造製程中牽涉到高溫冷卻到低溫、液相凝固成固相的原因，因此有相當大的內應力存在，所以之後需進行一道退火處理，使其內應力降到一定的水平下。而國外甚至還會再進行一段長時間的戶外靜置，時間短則數月，多則長達一年以上，之後再進行加工。但是由於自然時效費時太長，且需場地擺放與氣候配合，台灣廠商多無法進行此步驟，因此會應用振動處理、二次退火等方法來輔助處理。
振動處理由於不需要有升降溫的流程，所以不用擔心已加工的工件表面黑化問題，而且處理設備為攜帶式，大型工件不需移動，因此許多工具機廠會用於加工後較易變形之部件。振動處理是利用振動的能量，促使工件中原本不夠安定部分能趨向安定，使其未來面對一些外部環境的擾動時，能較有抵抗力，從而達成尺寸安定化。但是振動處理也有一些限制與技術門檻，如對振動頻率、振動位置的掌握。另外振動處理由於振動馬達影響的範圍有其限制，因此依工件大小可能需分點施工。但是綜合來說，振動處理是一種省能、方便、有效的鑄件尺寸安定方法。
二次退火的實施多在粗加工後，精加工研磨前，目的是消除加工所引入的應力，但是由於退火處理一般或多或少會有變形發生，因此不適合在精加工研磨後實施。二次退火的尺寸安定化原理與一次退火相同，都是藉著升溫到再結晶化溫度以上，使差排移動、消失，促使應力重新分佈成較平衡的狀態，避免局部過大應力，使其在之後的運輸、使用過程中釋放變形。
但是仔細深究振動處理與二次退火處理後的鑄鐵材料微結構，可以發現兩者其實是有差異的，二次退火藉由升溫到再結晶溫度消除應力，但同時也消除了大量的差排。振動處理則只是藉由外部給予振動，促使差排產生、滑移到相對安定的位置，本質上並沒有使差排大量消失。
在金屬材料中，差排其實對金屬的抗變形能力起到相當大的作用，這也就是金屬在鍛造過程中，會變得越來越難成形的原因。退火雖然把工件的內應力降到很低，使它變形不會由工件內部應力引發，但是其對外部給予的力(如振動、拉扯、溫差)的能力也被減弱，所以是一種兩面刃。
鑄鐵在常溫下波來鐵組織是安定的，而於常溫對潛變來說，溫度過低，所以也極難發生，因此自然時效一般是依靠日夜、氣後交替時，由於肉厚、陽光照射、雨水造成的鑄件局部冷熱不均，引發應力、變形，促使差排產生。