殘余應(yīng)力消除方法的比較

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為了減小或消除殘余應(yīng)力，可以根據(jù)各種工藝的特點在工藝規(guī)劃時進行改進和完善，例如合理安排焊縫位置和焊縫尺寸、焊接前施以相反變形等可以有效降低焊接殘余應(yīng)力，在型砂中埋設(shè)水管對鑄件肥厚部分進行強制冷卻可以減少鑄造殘余應(yīng)力，在對床身等鑄件進行大余量粗加工后進行熱時效處理不僅能消除鑄造殘余應(yīng)力還能減少粗加工過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，總之針對不同的工藝過程采取的措施也不盡相同，對此不多贅述。

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然而即使通過恰當?shù)墓に囈?guī)劃在工藝過程中減小殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，但終究會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，此時就要通過后續(xù)工藝對殘余應(yīng)力進行消除，下面主要從這一方面對各種工藝通用的殘余應(yīng)力消除措施進行闡述。

采用后續(xù)工藝方法來消除或減小工藝過程中所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對工件的不良影響，這種消除殘余應(yīng)力的方法稱為時效處理，包括自然時效、熱時效以及振動時效。
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1 z7 H1 R% }3 R1 _6 Y2 N6 P( R$ _總體來說，3種方法對于消除各種工藝過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力都是適用的。自然時效是將工件長時間置于自然條件下使得殘余應(yīng)力釋放。由于自然時效周期長、效率低，難以適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)需要。熱時效是在合適的溫度下，對工件進行退火或回火處理，可以很好地起到消除殘余應(yīng)力的目的。振動時效則是工件在激振器周期性的外力作用下產(chǎn)生共振，使工件內(nèi)部發(fā)生微觀變形從而均化、消除工件殘余應(yīng)力。熱時效處理作為傳統(tǒng)工藝，能夠很好地對工件中殘余應(yīng)力進行消除，并能一定程度上改善材料特性，然而，目前大多數(shù)機床制造企業(yè)已不具備大型工件熱時效處理的設(shè)備和條件，導(dǎo)致切削加工等工序中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力無法得到很好的消除。

經(jīng)實驗證明，振動時效不僅可消除殘余應(yīng)力，還能削除殘余應(yīng)力峰值、均化殘余應(yīng)力，從而增強零件尺寸穩(wěn)定性，且工件的材料性能和疲勞壽命都有所提高。例如，經(jīng)過振動時效處理的鑄件，兩個月之后變形量很小，尺寸穩(wěn)定所需的時間很短。而且由于振動時效具有節(jié)能、環(huán)保、高效等特點，同自然時效和熱時效相比有顯著的優(yōu)越性。運用振動時效有助于企業(yè)降低成本，提高生產(chǎn)效率，增強產(chǎn)品的競爭力，同時也正是當今資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會所極力倡導(dǎo)的。

; Y0 |4 ]) `. p9 R, a因而選擇時效處理方法時需要綜合考慮各種影響因素。3種殘余應(yīng)力消除方法的比較如表2所示。

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振動時效消除殘余應(yīng)力的效果并不十分徹底，但是從工藝的經(jīng)濟性角度看，犧牲一定的工藝效果而避免成倍的工藝成本是合理的（目前頻譜諧波振動時效華云技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用相比傳統(tǒng)振動時效效果更好）。國內(nèi)多家機床企業(yè)采用了振動消除殘余應(yīng)力系統(tǒng)代替鑄造、機加工等工藝過程之后的熱時效處理，有效地對殘余應(yīng)力進行消除，不僅縮短了生產(chǎn)周期、減少能源消耗和污染排放，還不受工件尺寸和場地約束，避免了大型機床床身等工件在熱時效處理時面臨的尺寸和空間問題。振動時效時對工件施加循環(huán)載荷，當交變作用應(yīng)力與工件殘余應(yīng)力疊加后超過材料的屈服極限而使應(yīng)力集中部位發(fā)生塑性變形，從而降低了殘余應(yīng)力峰值，并能強化金屬基體。

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即振動消除殘余應(yīng)力要滿足

激振作用動應(yīng)力條件：
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同時，為了避免作用應(yīng)力過大造成工件的疲勞損傷，動應(yīng)力應(yīng)不大于工件材料的疲勞極限。
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σ動 ≤σ-1

當動應(yīng)力與工件殘余應(yīng)力之和小于材料屈服極限時，工件將保持穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)，若要進一步降低殘余應(yīng)力，則必須增大作用應(yīng)力，否則振動時效將無效。在多階有效頻率的循環(huán)載荷作用下，便可消除和均化工件不同部位的殘余應(yīng)力。

! [: c" l$ n2 x( ~; A0 F9 Y隨著振動時效理論的發(fā)展，諸多技術(shù)障礙得到突破，振動時效工藝在歐美國家被廣泛應(yīng)用。近年來，國內(nèi)也出現(xiàn)了各種振動時效系統(tǒng)，力圖擺脫人工經(jīng)驗的約束，取代以消除殘余應(yīng)力為目的的熱時效，并能實時監(jiān)測振動時效參數(shù)變化。

對振動時效效果的評定，除了應(yīng)用殘余應(yīng)力檢測法比較時效前后實測的殘余應(yīng)力數(shù)值變化，還可以利用振動時效系統(tǒng)打印振動參數(shù)曲線，通過觀察參數(shù)曲線的變化趨勢來判斷是否達到時效效果。當掃頻曲線出現(xiàn)下列情形時，認為時效效果良好：掃頻曲線（a-n曲線）振后比振前峰值高；掃頻曲線振后的峰值點相比振前右移，即共振頻率減��；掃頻曲線的帶寬振后比振前變窄。

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