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大型数控机床床身振动时效处理

时间: 2020-04-02 18:24 浏览次数：

大型数控机床床身在铸造和机械加工等工艺过程中，由于受热或受力不均匀，其内部都会产生不同程度的残余应力。残余应力的存在，极人地影响了机床床身的尺寸稳定性、刚度、强度

大型数控机床床身在铸造和机械加工等工艺过程中，由于受热或受力不均匀，其内部都会产生不同

程度的残余应力。残余应力的存在，极人地影响了机床床身的尺寸稳定性、刚度、强度和机械加工性能

等，严重影响着机床的装配和正常使用1

因此，消除机床床身的残余应力是机床行业的一项十分重

要的任务，必须予以重视。传统的消除残余应力的时效方法有热时效和自然时效。振动时效技术

(VSR亠vra陌ReD是继热时效和自然时效后的一项环保型新技术。这项技术是美国著名物

理学家StrattJW提出的，其基本思想是通过对应力工件施以循环载荷，使工件内应力释放，从而使工件

残余应力降低，达到时效之目的

。由于振动时效具有投资少、生产周期短、使用方便、降低成本、操作简便、易于实现机械化、自动化
等特点，是目前最好的时效方法。

本文针对大型数控机床床身的特点，进行了大型数控机床床身振动时效机理、振动时效工艺和振动

时效效果的研究，得到了大型数控机床床身振动时效工艺的工艺规范，提高了机床床身的尺寸稳定性、

刚度、强度和机械加工性能等。

1大型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謐振力）和残余应力之和大于材

料的屈服极限。若以。表示动应力，。表示残余应力，。、表示屈服极限，则振动时效消除残余应力的

纟必要条件可表示为

0+0：0、

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，振动时效设备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。残余应力的本质是品格畸变，而品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，振动时效设备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。若以表示外加动应力，切表示残余应力，“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为邝

（2）

机床床身的应力集中区，绝人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。振动时效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；振动时效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，结果振动时效耗掉了应力峰值，使应力均化并降低。

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