在機床生產(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)過程就無法進(jìn)行。而機床床身的直線度是機床的基礎(chǔ)精度，快速有效地消除鑄件殘余應(yīng)力，是機場制造業(yè)為保持鑄件精度穩(wěn)定性而關(guān)注的熱點問題。消除鑄件應(yīng)力的方法有很多，自然時效、振動時效、熱時效。而選取合適地、有效地消除應(yīng)力工藝對加快企業(yè)生產(chǎn)有著重要的作用。本文就是研究頻譜諧波振動時效工藝對消除機床鑄件殘余應(yīng)力是否可行的試驗。

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)力和機械應(yīng)力三者之和。

由于鑄件應(yīng)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*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；對已安裝在機床上的鑄件由于應(yīng)力使工件變形而影響整機的精度。

諧波振動消除應(yīng)力的原理

頻譜諧波振動時效是一種以循環(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，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)重部位就會超過材料的屈服*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，并強化了金屬基體，而后振動又在另一些應(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，振動消除和均化殘余應(yīng)力及強化金屬的過程就結(jié)束。

頻譜諧波模式是不需掃描，通過傅立葉方法對工件進(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)行時效處理，*大動應(yīng)力方向有5個，達(dá)到多維消除應(yīng)力，提高尺寸精度穩(wěn)定性的目的。

試驗情況介紹

實驗設(shè)計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)采用的熱時效的方法、采用諧波振動消除應(yīng)力和不做時效處理。做諧波振動時效的試件稱試驗件，做熱時效處理的試件稱燜火件，未做任何時效處理的試件稱對照件。在3臺試件鑄后處置大致相同，即鑄后放置時間、加工方式等過程相當(dāng)?shù)那闆r下，對3臺試件床身的變形進(jìn)行了比較測量。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)中華人民共和國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《振動時效效果評定方法》規(guī)定，評定振動時效效果的方法有：參考曲線觀測法；實測法（殘余應(yīng)力測試法、尺寸精度穩(wěn)定性測試）。本次采用*二種測量方法進(jìn)行評定。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)。測量以床身導(dǎo)軌大平面的一端為參考點，通過打表法測量導(dǎo)軌的變形量。測量結(jié)果如下圖所示。

結(jié)論

從以上3臺試件消除應(yīng)力的結(jié)果看出，采用諧波振動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，而比對采用熱時效消除應(yīng)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(yīng)力是有效地消除應(yīng)力的工藝方法。采用諧波振動時效設(shè)備消除鑄件殘余應(yīng)力與熱時效相比，在設(shè)備投入、場地環(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，是一種非常有效的工藝手段，有著廣泛的應(yīng)用前景。