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大型數(shù)控機床床身振動時效處理

時間: 2020-04-02 18:24 瀏覽次數(shù)：

大型數(shù)控機床床身在鑄造和機械加工等工藝過程中，由于受熱或受力不均勻，其內(nèi)部都會產(chǎn)生不同程度的殘余應力。殘余應力的存在，極人地影響了機床床身的尺寸穩(wěn)定性、剛度、強度

大型數(shù)控機床床身在鑄造和機械加工等工藝過程中，由于受熱或受力不均勻，其內(nèi)部都會產(chǎn)生不同

程度的殘余應力。殘余應力的存在，極人地影響了機床床身的尺寸穩(wěn)定性、剛度、強度和機械加工性能

等，嚴重影響著機床的裝配和正常使用1

因此，消除機床床身的殘余應力是機床行業(yè)的一項十分重

要的任務，必須予以重視。傳統(tǒng)的消除殘余應力的時效方法有熱時效和自然時效。振動時效技術

(VSR亠vra陌ReD是繼熱時效和自然時效后的一項環(huán)保型新技術。這項技術是美國著名物

理學家StrattJW提出的，其基本思想是通過對應力工件施以循環(huán)載荷，使工件內(nèi)應力釋放，從而使工件

殘余應力降低，達到時效之目的

。由于振動時效具有投資少、生產(chǎn)周期短、使用方便、降低成本、操作簡便、易于實現(xiàn)機械化、自動化
等特點，是目前最好的時效方法。

本文針對大型數(shù)控機床床身的特點，進行了大型數(shù)控機床床身振動時效機理、振動時效工藝和振動

時效效果的研究，得到了大型數(shù)控機床床身振動時效工藝的工藝規(guī)范，提高了機床床身的尺寸穩(wěn)定性、

剛度、強度和機械加工性能等。

1大型數(shù)控機床床身振動時效機理

從材料的應力應變特性角度分析。工程上采用的材料都不是理想的彈性體，其內(nèi)部存在著不同類

型的微觀缺陷，鑄鐵中更是存在著大量形狀各異的切割金屬基體的石墨，其中的微觀缺陷附近都存在著

不同程度的應力集中。振動時效消除殘余應力的必要條件是動應力謐振力）和殘余應力之和大于材

料的屈服極限。若以。表示動應力，。表示殘余應力，。、表示屈服極限，則振動時效消除殘余應力的

纟必要條件可表示為

0+0：0、

當式（1)成立時，在工件內(nèi)殘余應力的高峰值處將產(chǎn)生局部屈服，引起微小塑性變形，使得工件內(nèi)

部殘余應力高峰值降低和殘余應力重新均勻分布，振動時效設備使工件內(nèi)原來不穩(wěn)定的殘余應力得到松弛和勻化；同

時，由于包辛格效應，經(jīng)過一段時間循環(huán)后，工件的屈服極限上升，直到與所受應力相等，工件內(nèi)部不再

產(chǎn)生新的塑性變形，工件的彈性性能得到強化，金屬基體達到強化，增強了抗變形能力，提高了工件尺寸

精度穩(wěn)定性。

從位錯理論的微觀角度分析。殘余應力的本質(zhì)是品格畸變，而品格畸變在很大程度上是由位錯引

起的。根據(jù)能量原理，較小的間隙原子優(yōu)先處在位錯旁的空洞里，它們起著釘住位錯，阻礙位錯滑移的
作用。如果要位錯脫出釘錨，產(chǎn)生滑移，需要足夠的分切應力。所有阻礙位錯滑移的因素均會提高臨界

分切應力。在振動時效時，需要加大動應力，振動時效設備以便在振動過程中金屬材料內(nèi)部的位錯滑移產(chǎn)生微觀塑性

變形，使殘余應力得以釋放。若以表示外加動應力，切表示殘余應力，“表示流變應力，則振動時效

消除殘余應力的微觀必要條件可表示為鄺

（2）

機床床身的應力集中區(qū)，絕人部分是在工件的微觀缺陷區(qū)，如位錯、空位、夾雜等。當式（2）成立

時，將引起金屬內(nèi)缺陷區(qū)大量位錯移動。位錯滑移一開始就相當于晶體開始屈服，工件的自變形就是位

錯滑移的結(jié)果。振動時效如果有某種方式使易動位錯先滑移，余下位錯不易滑移，其最終結(jié)果就可減少構(gòu)件的自

變形使尺寸穩(wěn)定。位錯運動一方面產(chǎn)生位錯增殖及亞結(jié)構(gòu)的變化；振動時效另一方面使晶體產(chǎn)生微觀塑性變形。

位錯增殖及亞結(jié)構(gòu)的變化將使金屬發(fā)生強烈的加工硬化，即繼續(xù)塑性變形的抗力增大，強度大大提高，

從而提高工件抗變形能力和尺寸穩(wěn)定性。而金屬晶體的微觀塑性變形將使高殘余應力得以釋放，消除

或降低應力集中，達到均化應力的目的。

從以上分析可知．當工件受到動應力的作用時，在其內(nèi)部激起局部應變，應力集中越大的區(qū)域，產(chǎn)生

的應變也越大，結(jié)果振動時效耗掉了應力峰值，使應力均化并降低。

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