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谐波振动消除机床铸件残余应力的应用分析

时间:2019-08-16 15:12 作者:东建铸造 点击: 次
机床市场竟争十分激烈,市场竟争即是质量的竞争,也是交货期的竞争。机床床身直线度是机床的基础精度。而机床生产中,床身是基础件,所有装配工序都在床身上完成。生产不出合格的床身其它生产过程就无法进行。而铸件生产周期又长,是影响机床生产周期的重要因素。快速有效地消除铸件残余应力,是机床制造业为保持铸件精度稳定性而关注的热点问题。消除铸件应力的方法概括起来主要有自然时效法、振动时效法和热时效法。而选取适合的消除应力的工艺方法对加快企业生产有着很重要的作用。基于谐波振动消除机床铸件残余应力进行了应用试验。
1铸件残余应力简介
1.1残余应力简介
铸铁件在高温下浇注,在凝固冷却过程中,因温度下降而产生收缩和发生相变,如收缩和相变受到阻碍,便会在铸件中产生铸造应力。铸造应力按其形成原因可分为热应力、相变应力和机械阻碍应力三种。铸造应力是热应力、相变应力和机械应力三者之和。
1.2残余应力的危害
由于铸件应力的存在会对铸件造成很大的影响,会使铸件的强度和疲劳极限降低,影响铸件的使用寿命;残余应力容易使工件变形而影响精度的稳定性;对已安装在机床上的铸件由于应力使工件变形而影响整机的精度。
1.3常用的消除应力的方法
(1)自然时效法自然时效消除应力效果好,但要达到有效消除残余应力的目的,就要使机床铸件长期暴露的空气中数年。长时间的放置完全不适合现代企业生产,一般不予采用。
(2)热时效法热时效能有效消除应力,但对设备成本高、耗能高,根据时效窑的功率不同一般需要30h以上。是普通使用的消除残余应力的工艺方式。但在能源日益紧张的情况下,也不适合应用,而且其经济成本高,不符合企业生产的综合经济效益。所以需要寻找一种能够替代热时效的工艺方法。
(3)振动时效法振动时效的实质是以振动的形式给工件施加附加应力。当附加应力与残余应力叠加后,达到或超过材料的屈服极限时,工件发生微观或宏观的塑性变形,从而降低和均化工件的残余应力,从而使工件几何尺寸得到稳定。该工艺方法耗能低、设备简单使用方便,目前得到广泛应用。
2谐波振动消除铸件应力
频谱谐波振动时效是一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加应力。当工件受到振动,施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加。当应力叠加的结果达到一定的数值后,在应力集中较严重部位就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形。
这塑性变形降低了该处残余应力峰值,并强化了金属基体,而后振动又在另一些应力集中较严重的部位上产生同样作用,直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止,此时,振动消除和均化残余应力及强化金属的过程就结束。
采用谐波振动的工艺方法消除铸件床身应力后,床身的变形量比未采取措施的床身的变形量小0.023mm而比采用热时效消除应力的床身的变形量小0.09mm,充分说明谐波振动的方法消除铸件残余应力是有效的消除应力的工艺方法。采用谐波振动的方法消除铸件残余应力与热时效相比,在设备投入、场地环境的要求、速度、耗能、经济效益等方面有着较大的优点,是一种非常有效的工艺手段,有着广泛的应用前景。
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