JH振动时效设备对数控机床床身去应力机理 点击:159 | 回复:0



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发表于:2017-01-05 14:33:49
楼主

针对大型数控机床床身的特点,结合数控机床床身振动时效机理,确定振动时效的工艺方案,使用JH振动时效设备对数控机床进行处理,验证JH振动时效设备对数控机床床身制造的作用。

数控机床床身振动时效机理

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。若以σa表示动应力,σn表示残余应力,σs表示屈服极限,则振动时效消除残余应力的必要条件

σa+σn≥σs  1

当式(1)成立时,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。

从位错理论的微观角度分析

残余应力的本质是晶格畸变,而晶格畸变在很大程度上是由位错引起的。根据能量原理,较小的间隙原子优先处在位错旁的空洞里,它们起着钉住位错,阻碍位错滑移的作用。如果要位错脱出钉锚,产生滑移,需要足够的分切应力。所有阻碍位错滑移的因素均会提高临界分切应力。在振动时效时,需要加大动应力,以便在振动过程中金属材料内部的位错滑移产生微观塑性变形,使残余应力得以释放。若以τa表示外加动应力,τn表示残余应力,τs表示流变应力,则振动时效消除残余应力的微观必要条件可表示

τa+τn≥τs  2

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。当式(2)成立时,将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,其最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:当数控机床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。

JH振动时效设备处理,有效地消除和均化机床床身的残余应力,缩短机床床身的制造时间,解决数控机床床身制造过程中的变形问题,提高大型数控机床床身的尺寸稳定性、精度、刚度、强度和机械加工性能等



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