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大型數(shù)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(nèi)部都會產(chǎn)生不同程度的殘余應力。殘余應力的存在，極大地影響了機床床身的尺寸穩(wěn)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。

 

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力集中。振動時效消除殘余應力的必要條件是動應力（激振力）和殘余應力之和大于材料的屈服極限。由于機床床身在鑄造及粗加工后，存在有殘余應力，且殘余應力不穩(wěn)定性，造成應力松弛和應力的再分布，使工件產(chǎn)生變形影響機床精度，因此需要在粗加工后進行振動時效處理消除殘余應力。

 

機床鑄件應用振動時效工藝，從近百件的床身中隨機抽出兩件進行殘余應力振前、振后測量計算，結果發(fā)現(xiàn)振動時效使縱向平均應力水平降低32%，橫向應力降低39%，不低于熱時效的效果。其抗變形能力比熱時效有所提高，精度變化值與熱時效相比均小于0.005mm，符合工藝要求。

 

振動時效技術優(yōu)勢

 

振動時效工藝其原理是用振動消除殘余應力，可達到熱時效工藝的同樣效果，并在許多性能指標上超過熱時效。振動時效工藝耗能少（是熱時效的2%左右）、設備投資少、效率高，其在節(jié)能、減少環(huán)境污染和提高產(chǎn)品性能方面有卓越的表現(xiàn)，使得這一高新技術在各行各業(yè)中有廣泛的應用前景。

 

1. 調(diào)整、均化、消除殘余應力

 

對于那些無需改變組織狀態(tài)、非加工硬化材料，振動時效完全可以取代熱時效。此外，振動時效可處理熱時效不能處理的大型工件。一方面，振動時效可以看成是在周期性動應力作用下循環(huán)應變的過程。由于金屬晶體內(nèi)存在有大量的位錯，在循環(huán)應變下，位錯克服阻力而運動，產(chǎn)生滑移使晶體發(fā)生微觀塑性變形，殘余應力峰值下降，從而改變了工件原有的內(nèi)應力場，工件內(nèi)部應力降低，并重新分布，在較低的應力水平下達到平衡。另一方面，振動時效以機械能的形式施加給工件一定的振動能量，從而提高了構件內(nèi)部晶體的動能，加快了畸變晶格恢復平衡位置的速度，晶格排列趨于平衡，工件內(nèi)部阻尼減小，內(nèi)應力峰值降低，分布均化。

2. 提高構件抗變形能力，穩(wěn)定構件加工尺寸

 

振動時效使構件基體內(nèi)晶體結構強化，從而提高了構件抗變形能力和尺寸穩(wěn)定性。

 

3. 提高焊件疲勞壽命

 

振動時效通過降低焊接殘余應力，有效地延緩裂紋萌生，降低其擴展速度，從而提高焊件的疲勞壽命。疲勞裂紋的萌生總是先在應力最高，強度最弱的基體上形成。試件經(jīng)振動時效處理后，由于高殘應力的降低，應力分布的均化，減少了應力集中的影響；另外，由于位錯積塞、纏結和網(wǎng)狀化程度的增大及位錯密度的增加，使滑移帶滑移更加困難，從而延緩了疲勞裂紋的成核時間，使裂紋萌生壽命增大。

 

4. 提高焊件抗應力腐蝕性能

 

殘余拉應力是產(chǎn)生應力腐蝕的重要原因。振動時效減少了構件的應力集中效應，有效地消除和均化了殘余應力，從而提高了焊件抗應力腐蝕性能。

 

5. 提高金屬材料沖擊功Ak值

 

振動時效使金屬試件由振前處于較高能量級的平衡，轉變成振后處于較低能量級的平衡，即處于更穩(wěn)定的狀態(tài)，從而提高了其沖擊功Ak值。

 

振動時效使沖擊試驗的兩組試樣在沖擊前處在不同能量級狀態(tài)下，處在較低能量級試件（振后試件）其抵抗斷裂的能力將比處在較高能量級試件（振前試件）強，即振動時效后試件在沖擊過程中所耗沖擊吸收功Ak將比振動時效前試件要大。振動時效使裂紋擴展阻力增大，裂紋擴展過程中繞曲的次數(shù)增多，材料的沖擊韌性提高，沖擊功Ak值增大。