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振动时效消除机床导轨应力

更新时间:2019/3/15  点击数:440


数控机床床身在铸造和机械加工等工艺过程中,由于受热或受力不均匀,其内部都会产生不同程度的残余应力。残余应力的存在,极大地影响了机床床身的尺寸稳定性、刚度、强度和机械加工性能等,严重影响着机床的装配和正常使用。振动时效技术是继热时效和自然时效后的一项干净型新技术。基本思想是通过对应力工件施以循环载荷,使工件内应力释放,从而使工件残余应力降低,达到时效之目的。

针对大型数控机床床身的特点,进行了大型数控机床床身振动时效机理、振动时效工艺和振动时效效果的研究,得到了大型数控机床床身振动时效工艺的工艺规范,提高了机床床身的尺寸稳定性、刚度、强度和机械加工性能等。

  从材料的应力应变特性角度分析。工程上采用的材料都不是理想的弹性体,其内部存在着不同类型的微观缺陷,铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨,其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中。振动时效消除残余应力的必要条件是动应力(激振力)和残余应力之和大于材料的屈服极限。


在工件内残余应力的高峰值处将产生局部屈服,引起微小塑性变形,使得工件内部残余应力高峰值降低和残余应力重新均匀分布,使工件内原来不稳定的残余应力得到松弛和匀化;同 时,由于包辛格效应,经过一段时间循环后,工件的屈服极限上升,直到与所受应力相等,工件内部不再产生新的塑性变形,工件的弹性性能得到强化,金属基体达到强化,增强了抗变形能力,提高了工件尺寸精度稳定性。

  机床床身的应力集中区,绝大部分是在工件的微观缺陷区,如位错、空位、夹杂等,引起金属内缺陷区大量位错移动。位错滑移一开始就相当于晶体开始屈服,工件的自变形就是位错滑移的结果。如果有某种方式使易动位错先滑移,余下位错不易滑移,其*终结果就可减少构件的自变形使尺寸稳定。位错运动一方面产生位错增殖及亚结构的变化;另一方面使晶体产生微观塑性变形。位错增殖及亚结构的变化将使金属发生强烈的加工硬化,即继续塑性变形的抗力增大,强度大大提高,从而提高工件抗变形能力和尺寸稳定性。而金属晶体的微观塑性变形将使高残余应力得以释放,消除或降低应力集中,达到均化应力的目的。


  从以上分析可知:当工件受到动应力的作用时,在其内部激起局部应变,应力集中越大的区域产生的应变也越大,结果耗掉了应力峰值,使应力均化并降低。

  2数控机床床身振动时效工艺

  振动时效的大型数控机床床身特点如下

(1)其机床床身的结构较长;
(2)机床床身内部的加强筋较多;( Y- G0 i& v$ d7 v' F8 k
(3)机床床身在铸造过程中,导轨面朝下,浇注口和冒口在两端;9 [1 g! X: ?9 R3 s( A2 n
(4)由于机床床身铸造后变形量较大,则铸造时给粗加工留有较大的加工余量。数控机床的床身为铸件,由于机床床身在铸造及粗加工后,存在有残余应力,且残余应力不稳定性,造成应力松弛和应力的再分布,使工件产生变形,影响机床精度,因此需要在粗加工后进行振动时效处理消除残余应力。"
振动时效是基于谐波共振原理。在振动时效过程中工件处在外部激振器激振力的持续作用下,零件处于“受迫振动”时的一个特殊状态,即在激振器所产生的周期性外力的作用下使零件产生共振,从而使工件的残余应力得到部分消除和均布,从而达到时效的目的。

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