機床市場(chǎng)竟爭十分激烈,市場(chǎng)竟爭即是質(zhì)量的競爭,也是交貨期的競爭。機床床身直線(xiàn)度是機床的基礎精度。而機床生產(chǎn)中,床身是基礎件,所有裝配工序都在床身上完成。生產(chǎn)不出合格的床身其它生產(chǎn)過(guò)程就無(wú)法進(jìn)行。而鑄件生產(chǎn)周期又長(cháng),是影響機床生產(chǎn)周期的重要因素??焖儆行У叵T件殘余應力,是機床制造業(yè)為保持鑄件精度穩定性而關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。消除鑄件應力的方法概括起來(lái)主要有自然時(shí)效法、振動(dòng)時(shí)效法和熱時(shí)效法。而選取適合的消除應力的工藝方法對加快企業(yè)生產(chǎn)有著(zhù)很重要的作用?;谥C波振動(dòng)消除機床鑄件殘余應力進(jìn)行了應用試驗。
1鑄件殘余應力簡(jiǎn)介
1.1殘余應力簡(jiǎn)介
鑄鐵件在高溫下澆注,在凝固冷卻過(guò)程中,因溫度下降而產(chǎn)生收縮和發(fā)生相變,如收縮和相變受到阻礙,便會(huì )在鑄件中產(chǎn)生鑄造應力。鑄造應力按其形成原因可分為熱應力、相變應力和機械阻礙應力三種。鑄造應力是熱應力、相變應力和機械應力三者之和。
1.2殘余應力的危害
由于鑄件應力的存在會(huì )對鑄件造成很大的影響,會(huì )使鑄件的強度和疲勞極限降低,影響鑄件的使用壽命;殘余應力容易使工件變形而影響精度的穩定性;對已安裝在機床上的鑄件由于應力使工件變形而影響整機的精度。
1.3常用的消除應力的方法
(1)自然時(shí)效法自然時(shí)效消除應力效果好,但要達到有效消除殘余應力的目的,就要使
機床鑄件長(cháng)期暴露的空氣中數年。長(cháng)時(shí)間的放置完全不適合現代企業(yè)生產(chǎn),一般不予采用。
(2)熱時(shí)效法熱時(shí)效能有效消除應力,但對設備成本高、耗能高,根據時(shí)效窯的功率不同一般需要30h以上。是普通使用的消除殘余應力的工藝方式。但在能源日益緊張的情況下,也不適合應用,而且其經(jīng)濟成本高,不符合企業(yè)生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益。所以需要尋找一種能夠替代熱時(shí)效的工藝方法。
(3)振動(dòng)時(shí)效法振動(dòng)時(shí)效的實(shí)質(zhì)是以振動(dòng)的形式給工件施加附加應力。當附加應力與殘余應力疊加后,達到或超過(guò)材料的屈服極限時(shí),工件發(fā)生微觀(guān)或宏觀(guān)的塑性變形,從而降低和均化工件的殘余應力,從而使工件幾何尺寸得到穩定。該工藝方法耗能低、設備簡(jiǎn)單使用方便,目前得到廣泛應用。
2諧波振動(dòng)消除鑄件應力
頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效是一種以循環(huán)載荷的形式施加于零件上的一種附加應力。當工件受到振動(dòng),施加于零件上的交變應力與零件中的殘余應力疊加。當應力疊加的結果達到一定的數值后,在應力集中較嚴重部位就會(huì )超過(guò)材料的屈服極限而發(fā)生塑性變形。
這塑性變形降低了該處殘余應力峰值,并強化了金屬基體,而后振動(dòng)又在另一些應力集中較嚴重的部位上產(chǎn)生同樣作用,直至振動(dòng)附加應力與殘余應力疊加的代數和不能引起任何部位的塑性變形為止,此時(shí),振動(dòng)消除和均化殘余應力及強化金屬的過(guò)程就結束。
采用諧波振動(dòng)的工藝方法消除鑄件床身應力后,床身的變形量比未采取措施的床身的變形量小0.023mm而比采用熱時(shí)效消除應力的床身的變形量小0.09mm,充分說(shuō)明諧波振動(dòng)的方法消除鑄件殘余應力是有效的消除應力的工藝方法。采用諧波振動(dòng)的方法消除鑄件殘余應力與熱時(shí)效相比,在設備投入、場(chǎng)地環(huán)境的要求、速度、耗能、經(jīng)濟效益等方面有著(zhù)較大的優(yōu)點(diǎn),是一種非常有效的工藝手段,有著(zhù)廣泛的應用前景。