在機(jī)床生產(chǎn)中，床身是基礎(chǔ)件，所有裝配工序都是在床身上完成。如果床身生產(chǎn)不合格，則其他的生產(chǎn)過(guò)程就無(wú)法進(jìn)行。而機(jī)床床身的直線度是機(jī)床的基礎(chǔ)精度，快速有效地消除鑄件殘余應(yīng)力，是機(jī)場(chǎng)制造業(yè)為保持鑄件精度穩(wěn)定性而關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。消除鑄件應(yīng)力的方法有很多，自然時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效、熱時(shí)效。而選取合適地、有效地消除應(yīng)力工藝對(duì)加快企業(yè)生產(chǎn)有著重要的作用。本文就是研究頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效工藝對(duì)消除機(jī)床鑄件殘余應(yīng)力是否可行的試驗(yàn)。
殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因及危害
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(yīng)力。鑄造應(yīng)力按其形成原因可分為熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和接卸阻礙應(yīng)力三種。鑄造應(yīng)力是熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力三者之和。
由于鑄件應(yīng)力的存在會(huì)對(duì)鑄件造成很大的影響，會(huì)使鑄件的強(qiáng)度和疲勞*限降低，影響鑄件的使用壽命；殘余應(yīng)力容易使工件變形而影響精度的穩(wěn)定性；對(duì)已安裝在機(jī)床上的鑄件由于應(yīng)力使工件變形而影響整機(jī)的精度。
諧波振動(dòng)消除應(yīng)力的原理
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*件上的一種附加應(yīng)力。當(dāng)工件受到震動(dòng)，施加于*件上的交變應(yīng)力與*件中的殘余應(yīng)力疊加。當(dāng)應(yīng)力疊加的結(jié)果達(dá)到數(shù)值后，在應(yīng)力集中*嚴(yán)重部位就會(huì)超過(guò)材料的屈服*限而發(fā)生塑性變形。
這塑性變形降低了該處殘余應(yīng)力峰值，并強(qiáng)化了金屬基體，而后振動(dòng)又在另一些應(yīng)力集中較嚴(yán)重的部位上產(chǎn)生同樣作用，直至振動(dòng)附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加的代數(shù)和不能引起任何部位的塑性變形為之，此時(shí)，振動(dòng)消除和均化殘余應(yīng)力及強(qiáng)化金屬的過(guò)程就結(jié)束。
頻譜諧波模式是不需掃描，通過(guò)傅立葉方法對(duì)工件進(jìn)行頻譜分析找出工件的幾十種諧波頻率，在這幾十種諧波頻率中優(yōu)選出對(duì)消除工件殘余應(yīng)力效果*佳的五種不同振型的諧波頻率進(jìn)行時(shí)效處理，*大動(dòng)應(yīng)力方向有5個(gè)，達(dá)到多維消除應(yīng)力，提高尺寸精度穩(wěn)定性的目的。
試驗(yàn)情況介紹
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則是選取同一規(guī)格的鑄件床身做試件，分別應(yīng)用傳統(tǒng)采用的熱時(shí)效的方法、采用諧波振動(dòng)消除應(yīng)力和不做時(shí)效處理。做諧波振動(dòng)時(shí)效的試件稱試驗(yàn)件，做熱時(shí)效處理的試件稱燜火件，未做任何時(shí)效處理的試件稱對(duì)照件。在3臺(tái)試件鑄后處置大致相同，即鑄后放置時(shí)間、加工方式等過(guò)程相當(dāng)?shù)那闆r下，對(duì)3臺(tái)試件床身的變形進(jìn)行了比較測(cè)量。以床身的變形量作為判斷消除有效性的依據(jù)。
結(jié)果與分析
根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《振動(dòng)時(shí)效效果評(píng)定方法》規(guī)定，評(píng)定振動(dòng)時(shí)效效果的方法有：參考曲線觀測(cè)法；實(shí)測(cè)法（殘余應(yīng)力測(cè)試法、尺寸精度穩(wěn)定性測(cè)試）。本次采用*二種測(cè)量方法進(jìn)行評(píng)定。以試件床身導(dǎo)軌的大平面的變形情況作為判斷應(yīng)力消除效果的依據(jù)。測(cè)量以床身導(dǎo)軌大平面的一端為參考點(diǎn)，通過(guò)打表法測(cè)量導(dǎo)軌的變形量。測(cè)量結(jié)果如下圖所示。
結(jié)論
從以上3臺(tái)試件消除應(yīng)力的結(jié)果看出，采用諧波振動(dòng)的工藝方法消除鑄件床身應(yīng)力后，床身的變形量比未采取措施的床身的變形量小0.023mm，而比對(duì)采用熱時(shí)效消除應(yīng)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(yīng)力是有效地消除應(yīng)力的工藝方法。采用諧波振動(dòng)時(shí)效設(shè)備消除鑄件殘余應(yīng)力與熱時(shí)效相比，在設(shè)備投入、場(chǎng)地環(huán)境的要求、速度、耗能、經(jīng)濟(jì)效益等方面有著較大的優(yōu)勢(shì)，是一種非常有效的工藝手段，有著廣泛的應(yīng)用前景。
