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大型數控機床床身振動時效處理

時間: 2020-04-02 18:24 瀏覽次數：

大型數控機床床身在鑄造和機械加工等工藝過程中，由于受熱或受力不均勻，其內部都會產生不同程度的殘余應力。殘余應力的存在，極人地影響了機床床身的尺寸穩定性、剛度、強度

大型數控機床床身在鑄造和機械加工等工藝過程中，由于受熱或受力不均勻，其內部都會產生不同

程度的殘余應力。殘余應力的存在，極人地影響了機床床身的尺寸穩定性、剛度、強度和機械加工性能

等，嚴重影響著機床的裝配和正常使用1

因此，消除機床床身的殘余應力是機床行業的一項十分重

要的任務，必須予以重視。傳統的消除殘余應力的時效方法有熱時效和自然時效。振動時效技術

(VSR亠vra陌ReD是繼熱時效和自然時效后的一項環保型新技術。這項技術是美國著名物

理學家StrattJW提出的，其基本思想是通過對應力工件施以循環載荷，使工件內應力釋放，從而使工件

殘余應力降低，達到時效之目的

。由于振動時效具有投資少、生產周期短、使用方便、降低成本、操作簡便、易于實現機械化、自動化
等特點，是目前最好的時效方法。

本文針對大型數控機床床身的特點，進行了大型數控機床床身振動時效機理、振動時效工藝和振動

時效效果的研究，得到了大型數控機床床身振動時效工藝的工藝規范，提高了機床床身的尺寸穩定性、

剛度、強度和機械加工性能等。

1大型數控機床床身振動時效機理

從材料的應力應變特性角度分析。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

不同程度的應力集中。振動時效消除殘余應力的必要條件是動應力謐振力）和殘余應力之和大于材

料的屈服極限。若以。表示動應力，。表示殘余應力，。、表示屈服極限，則振動時效消除殘余應力的

纟必要條件可表示為

0+0：0、

當式（1)成立時，在工件內殘余應力的高峰值處將產生局部屈服，引起微小塑性變形，使得工件內

部殘余應力高峰值降低和殘余應力重新均勻分布，振動時效設備使工件內原來不穩定的殘余應力得到松弛和勻化；同

時，由于包辛格效應，經過一段時間循環后，工件的屈服極限上升，直到與所受應力相等，工件內部不再

產生新的塑性變形，工件的彈性性能得到強化，金屬基體達到強化，增強了抗變形能力，提高了工件尺寸

精度穩定性。

從位錯理論的微觀角度分析。殘余應力的本質是品格畸變，而品格畸變在很大程度上是由位錯引

起的。根據能量原理，較小的間隙原子優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，產生滑移，需要足夠的分切應力。所有阻礙位錯滑移的因素均會提高臨界

分切應力。在振動時效時，需要加大動應力，振動時效設備以便在振動過程中金屬材料內部的位錯滑移產生微觀塑性

變形，使殘余應力得以釋放。若以表示外加動應力，切表示殘余應力，“表示流變應力，則振動時效

消除殘余應力的微觀必要條件可表示為鄺

（2）

機床床身的應力集中區，絕人部分是在工件的微觀缺陷區，如位錯、空位、夾雜等。當式（2）成立

時，將引起金屬內缺陷區大量位錯移動。位錯滑移一開始就相當于晶體開始屈服，工件的自變形就是位

錯滑移的結果。振動時效如果有某種方式使易動位錯先滑移，余下位錯不易滑移，其最終結果就可減少構件的自

變形使尺寸穩定。位錯運動一方面產生位錯增殖及亞結構的變化；振動時效另一方面使晶體產生微觀塑性變形。

位錯增殖及亞結構的變化將使金屬發生強烈的加工硬化，即繼續塑性變形的抗力增大，強度大大提高，

從而提高工件抗變形能力和尺寸穩定性。而金屬晶體的微觀塑性變形將使高殘余應力得以釋放，消除

或降低應力集中，達到均化應力的目的。

從以上分析可知．當工件受到動應力的作用時，在其內部激起局部應變，應力集中越大的區域，產生

的應變也越大，結果振動時效耗掉了應力峰值，使應力均化并降低。

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