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諧波振動消除機床鑄件殘余應力的應用分析

時間:2019-08-16 15:12 作者:東建鑄造 點擊: 次
機床市場竟爭十分激烈,市場竟爭即是質量的競爭,也是交貨期的競爭。機床床身直線度是機床的基礎精度。而機床生產中,床身是基礎件,所有裝配工序都在床身上完成。生產不出合格的床身其它生產過程就無法進行。而鑄件生產周期又長,是影響機床生產周期的重要因素。快速有效地消除鑄件殘余應力,是機床制造業為保持鑄件精度穩定性而關注的熱點問題。消除鑄件應力的方法概括起來主要有自然時效法、振動時效法和熱時效法。而選取適合的消除應力的工藝方法對加快企業生產有著很重要的作用。基于諧波振動消除機床鑄件殘余應力進行了應用試驗。
1鑄件殘余應力簡介
1.1殘余應力簡介
鑄鐵件在高溫下澆注,在凝固冷卻過程中,因溫度下降而產生收縮和發生相變,如收縮和相變受到阻礙,便會在鑄件中產生鑄造應力。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對鑄件造成很大的影響,會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)自然時效法自然時效消除應力效果好,但要達到有效消除殘余應力的目的,就要使機床鑄件長期暴露的空氣中數年。長時間的放置完全不適合現代企業生產,一般不予采用。
(2)熱時效法熱時效能有效消除應力,但對設備成本高、耗能高,根據時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,而且其經濟成本高,不符合企業生產的綜合經濟效益。所以需要尋找一種能夠替代熱時效的工藝方法。
(3)振動時效法振動時效的實質是以振動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,達到或超過材料的屈服極限時,工件發生微觀或宏觀的塑性變形,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、設備簡單使用方便,目前得到廣泛應用。
2諧波振動消除鑄件應力
頻譜諧波振動時效是一種以循環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,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超過材料的屈服極限而發生塑性變形。
這塑性變形降低了該處殘余應力峰值,并強化了金屬基體,而后振動又在另一些應力集中較嚴重的部位上產生同樣作用,直至振動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,振動消除和均化殘余應力及強化金屬的過程就結束。
采用諧波振動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而比采用熱時效消除應力的床身的變形量小0.09mm,充分說明諧波振動的方法消除鑄件殘余應力是有效的消除應力的工藝方法。采用諧波振動的方法消除鑄件殘余應力與熱時效相比,在設備投入、場地環境的要求、速度、耗能、經濟效益等方面有著較大的優點,是一種非常有效的工藝手段,有著廣泛的應用前景。
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