频谱谐波振动时效设备消除机床残余应力

在机床生产中，床身是基础件，所有装配工序都是在床身上完成。如果床身生产不合格，则其他的生产过程就无法进行。而机床床身的直线度是机床的基础精度，快速有效地消除铸件残余应力，是机场制造业为保持铸件精度稳定性而关注的热点问题。消除铸件应力的方法有很多，自然时效、振动时效、热时效。而选取合适地、有效地消除应力工艺对加快企业生产有着重要的作用。本文就是研究频谱谐波振动时效工艺对消除机床铸件残余应力是否可行的试验。

残余应力产生原因及危害

铸铁件在高温下浇注，在凝固冷却过程中，因温度下降而产生收缩和发生相变，如收缩和相变受到阻碍，便会在铸件中产生铸造应力。铸造应力按其形成原因可分为热应力、相变应力和接卸阻碍应力三种。铸造应力是热应力、相变应力和机械应力三者之和。

由于铸件应力的存在会对铸件造成很大的影响，会使铸件的强度和疲劳*限降低，影响铸件的使用寿命；残余应力容易使工件变形而影响精度的稳定性；对已安装在机床上的铸件由于应力使工件变形而影响整机的精度。

谐波振动消除应力的原理

频谱谐波振动时效是一种以循环载荷的形式施加于*件上的一种附加应力。当工件受到震动，施加于*件上的交变应力与*件中的残余应力叠加。当应力叠加的结果达到数值后，在应力集中*严重部位就会超过材料的屈服*限而发生塑性变形。

这塑性变形降低了该处残余应力峰值，并强化了金属基体，而后振动又在另一些应力集中较严重的部位上产生同样作用，直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为之，此时，振动消除和均化残余应力及强化金属的过程就结束。

频谱谐波模式是不需扫描，通过傅立叶方法对工件进行频谱分析找出工件的几十种谐波频率，在这几十种谐波频率中优选出对消除工件残余应力效果*佳的五种不同振型的谐波频率进行时效处理，*大动应力方向有5个，达到多维消除应力，提高尺寸精度稳定性的目的。

试验情况介绍

实验设计的原则是选取同一规格的铸件床身做试件，分别应用传统采用的热时效的方法、采用谐波振动消除应力和不做时效处理。做谐波振动时效的试件称试验件，做热时效处理的试件称焖火件，未做任何时效处理的试件称对照件。在3台试件铸后处置大致相同，即铸后放置时间、加工方式等过程相当的情况下，对3台试件床身的变形进行了比较测量。以床身的变形量作为判断消除有效性的依据。

结果与分析

根据中华人民共和国机械行业标准《振动时效效果评定方法》规定，评定振动时效效果的方法有：参考曲线观测法；实测法（残余应力测试法、尺寸精度稳定性测试）。本次采用*二种测量方法进行评定。以试件床身导轨的大平面的变形情况作为判断应力消除效果的依据。测量以床身导轨大平面的一端为参考点，通过打表法测量导轨的变形量。测量结果如下图所示。

结论

从以上3台试件消除应力的结果看出，采用谐波振动的工艺方法消除铸件床身应力后，床身的变形量比未采取措施的床身的变形量小0.023mm，而比对采用热时效消除应力的床身的变形量小0.09mm。充分说明谐波振动的方法消除铸件残余应力是有效地消除应力的工艺方法。采用谐波振动时效设备消除铸件残余应力与热时效相比，在设备投入、场地环境的要求、速度、耗能、经济效益等方面有着较大的优势，是一种非常有效的工艺手段，有着广泛的应用前景。