振动时效技术具有节能、节省费用、方便简单、省时省力、减少污染等优点,因此受到国内外的广泛重视。尤其是在今年环保严查严打的环境下,在使用热处理进行应力消除就更加困难了 。
振动时效设备的构造和工作过程详解
机械加工过程中,为了零件在毛坯或粗加工情况下仍然具有的切削性能,需要对毛坯或粗加工的轴类零件进行消除内部剩余应力的处理。这种消除内部剩余应力的处理技能主要有两种,一种是调质处理,另一种是振荡时效消除应力。其中,振荡时效处理是经过振荡的方法给轴类零件施加一个动应力,当施加的动应力与轴类零件自身的剩余应力叠加后,到达或材料的微观屈从极,轴类零件就会发生微观或宏观的部分、全体的弹性塑性变形,一起下降并均化轴类零件内部的剩余应力,终究到达避免轴类零件在车削等精加工工序及投入使用后的变形与开裂,稳定轴类零件的尺寸与几许精度。 现在,对包括轴类零件在内的零件进行振荡时效处理的遍及方法是,将毛坯或粗加工好的零件从机床上卸下,搬移至振荡时效处理场地、放置在具有必定弹性的支撑体上,再将激振器安装在被处理零件上、经过激振器对被处理零件输出消除内部剩余应力的激振力,待振荡时效处理好后,再将零件搬移至对应机床进步行相应的精加工。
什么叫残余应力?
物体受外部作用(主要是力和温度)等引起的变形(或者有变形的趋势),其内部各部分之间因相对位置改变而引起的相互作用力,称为内力,单位面积上的内力称应力。外力撤销后,存在于物体内部的应力,称为残余应力。
残余应力是工艺过程的结果,主要有铸造应力、焊接应力、加工应力和热应力等。物体内部应力积累达到一定程度或局部应力急剧增大的现象,叫应力集中,应力集中是物体产生疲劳破坏的主要原因。
金属构件在锻压、切削、铸造、焊接等加工过程中,由于受力或受热不均匀,内部产生不均匀的塑性形变,加工完后,都存在残余应力。残余应力是金属构件开裂或变形的重要原因,地影响金属构件的疲劳强度和尺寸精度的稳定性。
机床为什么要释放残余应力?
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。机床床身在铸造及粗加工后,存在有残余应力,且残余应力不稳定性,造成应力松弛和应力的再分布,使工件产生变形影响机床精度,因此需要在粗加工后进行残余应力的消除。
一般来说,比较常用的有自然失效、热时效、振动时效法等时效方法。自然时效是把构件露天放置于室外,经过几个月至几年的风吹、日晒、雨淋和季节的温度变化,给构件多次造成反复的温度应力,促使残余应力发生松弛,使尺寸精度获得稳定。这种时效后的构件精度高,但时间太长且占地大,后期需要进行除锈工艺,并不太适用于追求高产量的企业。热时效是把工件放进热时效炉中进行热处理,由室温缓慢均匀加热至550℃左右,保温4-8小时,再严格控制降温速度至150℃以下出炉。这种方法成本较高,需要的加热炉,投资大、能耗大、效率低、污染环境、容易产生新的变形和二次应力。振动时效通过振动,使材料发生微量的塑性变形,从而使材料内部的内应力得以松弛和减轻,是工程材料常用的一种消除其内部残余内应力的方法。
从宏观角度分析,振动时效使零件产生塑性变形,降低和均化残余应力并提高材料的抗变形能力,无疑是导致零件尺寸精度稳定的基本原因。从分析残余应力松弛和零件变形中可知,残余应力的存在及其不稳定性造成了应力松弛和再分布,使零件发生塑性变形。故通常采用热时效方法以消除和降低残余应力,特别是危险的峰值应力。振动时效同样可以降低残余应力。零件在振动处理后残余应力通常可降低20-30%,有时可达50-60%,同时也可使峰值应力降低,使应力分布均化。
除残余应力值外,决定零件尺寸稳定性的另一重要因素是松弛刚性,或零件抗变形能力。有时虽然零件具有较大的残余应力,但因其抗变形能力强,而不致造成大的变形。在这一方面,振动时效同样表现出明显的作用。由振动时效的加载试验结果可知,振动时效件的抗变形能力不仅未经时效的零件,也经热时效处理的零件。通过振动而使材料得到强化,使零件的尺寸精度达到稳定。