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數(shù)控機(jī)床床身振動時效機(jī)理

分類:消除殘余應(yīng)力    關(guān)鍵詞:振動時效

數(shù)控機(jī)床床身在鑄造和機(jī)械加工等工藝過程中,由于受熱或受力不均勻,其內(nèi)部會產(chǎn)生不同程度的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在,影響了機(jī)床床身的尺寸穩(wěn)定性、剛度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能等,嚴(yán)重影響著機(jī)床的裝配和正常使用。振動時效技術(shù)是一項環(huán)保型新技術(shù),是通過對應(yīng)力工件施以循環(huán)載荷,使工件內(nèi)應(yīng)力釋放,從而使工件殘余應(yīng)力降低和均化,達(dá)到時效目的。

針對大型數(shù)控機(jī)床床身的特點,結(jié)合數(shù)控機(jī)床床身振動時效機(jī)理,確定振動時效的工藝方案,對數(shù)控機(jī)床使用JH振動時效設(shè)備進(jìn)行處理。驗證JH振動時效設(shè)備對數(shù)控機(jī)床床身制造的作用。

數(shù)控機(jī)床床身振動時效機(jī)理

從材料的應(yīng)力應(yīng)變特性角度分析

工程上采用的材料都不是理想的彈性體,其內(nèi)部存在著不同類型的微觀缺陷,鑄鐵中更是存在著大量形狀各異的切割金屬基體的石墨,其中的微觀缺陷附近都存在著不同程度的應(yīng)力集中。振動時效消除殘余應(yīng)力的必要條件是動應(yīng)力(激振力)和殘余應(yīng)力之和大于材料的屈服*限。若以σa表示動應(yīng)力,σn表示殘余應(yīng)力,σs表示屈服*限,則振動時效消除殘余應(yīng)力的必要條件

σa+σn≥σs  1)

當(dāng)式(1)成立時,在工件內(nèi)殘余應(yīng)力的高峰值處將產(chǎn)生局部屈服,引起微小塑性變形,使得工件內(nèi)部殘余應(yīng)力高峰值降低和殘余應(yīng)力重新均勻分布,使工件內(nèi)原來不穩(wěn)定的殘余應(yīng)力得到松弛和勻化;同時,由于包辛格效應(yīng),經(jīng)過一段時間循環(huán)后,工件的屈服*限上升,直到與所受應(yīng)力相等,工件內(nèi)部不再產(chǎn)生新的塑性變形,工件的彈性性能得到強(qiáng)化,金屬基體達(dá)到強(qiáng)化,增強(qiáng)了抗變形能力,提高了工件尺寸精度穩(wěn)定性。

從位錯理論的微觀角度分析

殘余應(yīng)力的本質(zhì)是晶格畸變,而晶格畸變在很大程度上是由位錯引起的。根據(jù)能量原理,較小的間隙原子優(yōu)先處在位錯旁的空洞里,它們起著釘住位錯,阻礙位錯滑移的作用。如果要位錯脫出釘錨,產(chǎn)生滑移,需要足夠的分切應(yīng)力。所有阻礙位錯滑移的因素均會提高臨界分切應(yīng)力。在振動時效時,需要加大動應(yīng)力,以便在振動過程中金屬材料內(nèi)部的位錯滑移產(chǎn)生微觀塑性變形,使殘余應(yīng)力得以釋放。若以τa表示外加動應(yīng)力,τn表示殘余應(yīng)力,τs表示流變應(yīng)力,則振動時效消除殘余應(yīng)力的微觀必要條件可表示

τa+τn≥τs  2)

機(jī)床床身的應(yīng)力集中區(qū),絕大部分是在工件的微觀缺陷區(qū),如位錯、空位、夾雜等。當(dāng)式(2)成立時,將引起金屬內(nèi)缺陷區(qū)大量位錯移動。位錯滑移一開始就相當(dāng)于晶體開始屈服,工件的自變形就是位錯滑移的結(jié)果。如果有某種方式使易動位錯先滑移,余下位錯不易滑移,其*終結(jié)果就可減少構(gòu)件的自變形使尺寸穩(wěn)定。位錯運動一方面產(chǎn)生位錯增殖及亞結(jié)構(gòu)的變化;另一方面使晶體產(chǎn)生微觀塑性變形。位錯增殖及亞結(jié)構(gòu)的變化將使金屬發(fā)生強(qiáng)烈的加工硬化,即繼續(xù)塑性變形的抗力*大,強(qiáng)度大大提高,從而提高工件抗變形能力和尺寸穩(wěn)定性。而金屬晶體的微觀塑性變形將使高殘余應(yīng)力得以釋放,消除或降低應(yīng)力集中,達(dá)到均化應(yīng)力的目的。

從以上分析可知:當(dāng)數(shù)控機(jī)床工件受到動應(yīng)力的作用時,在其內(nèi)部激起局部應(yīng)變,應(yīng)力集中越大的區(qū)域產(chǎn)生的應(yīng)變也越大,結(jié)果耗掉了應(yīng)力峰值,使應(yīng)力均化并降低。

經(jīng)JH振動時效設(shè)備處理,有效地消除和均化機(jī)床床身的殘余應(yīng)力,縮短機(jī)床床身的制造時間,解決數(shù)控機(jī)床床身制造過程中的變形問題,提高大型數(shù)控機(jī)床床身的尺寸穩(wěn)定性、精度、剛度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能等JH振動時效設(shè)備價格及選型方案,歡迎來電南京聚航科技有限公司。



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