振动时效对工件尺寸精度稳定性的影响

时间：2020-01-05

振动时效对工件尺寸精度稳定性的影响
振动时效在稳定工件尺寸精度、提高抗静、动态荷载变形能力方面，均优于热时效。这也是机床行业大量应用振动时效工艺的原因之一。
一、振动时效对零件尺寸精度的影响
国内外大量试验和实际应用已经证明，振动时效可使工件在长期使用中精度变化量比热时效小，工件尺寸稳定所需要的时间比热时效要短。因此说振动时效对于稳定工件的尺寸精度具有良好的作用。
齐齐哈尔**机床厂对C5116A的滑枕的尺寸稳定性做了对比性检测，将9件滑枕静置在陈旧的水泥地面上，每月用合向水平仪检测一次平直性，共观测六个月。
其中02，06，07号滑枕未作任何处理。
01和03，04和05号滑枕采用串接式振动处理。用一阶固有频率激振25分钟后，再用二、三阶共振频率各激振2~5分钟。
08，09号滑枕在550℃热时效并保温6小时后，随炉冷至200℃出炉。
全部试样均在22℃±2℃下分七段（每段桥距200mm），测02导轨的平直性，测量精度2μm/m。对01，03，04和05号试样，在振前、振后各测一次观测其较大变形量为24μm，说明振动处理使变形量提前发生。
在六个月的检测中，未时效件共测量144段，振动处理件测量192段，热时效件测量96段。其结果如下：
月较大变形为未时效件8μm，振动时效件4.4μm，热时效件4.8μm。
3μm以上变形段数为未时效件30个，占总测量段数的20.8%；振动时效件20个，占总测量段数的10.4%；热时效件有11个，占总测量段数的11.4%。
表3.6和表3.7是CW6163床身尺寸稳定性检测结果。该床身为4500×500×600mm，重量为1.5t。用8件静置半年，每月测其导轨的平直性。每件17个测量段，每段桥距为200mm。
表3.5
	未时效件	振动时效件	热时效件
较大月变形  μm	14	8	8
测量频数	289	306	204
变形量
6μm以上	频    数	36	8	9
	相对频数	12.5%	2.6%	4.4%
变形量
9μm以上	频    数	7	0	0
	相对频数	2.4%	0	0
表3.6
	未时效件	振动时效件	热时效件
较大月变形		27μm	12μm	14μm
测量频数		45	45	30
变形量
6μm以上	频    数	36	8	9
	相对频数	12.5%	2.6%	4.4%
变形量
9μm以上	频    数	7	0	0
	相对频数	2.4%	0	0
从表3.5和表3.6中可见，热时效和振动时效均可使较大变形减少一半以上，且大变形的频数显着降低。如月变形量6μm以上的频数，未时效件是振动时效件的4.8倍，是热时效件的2.9倍。而累计变形就更加明显，变形11μm以上的频数，未时效件是热时效件的7.2倍，是振动时效件的9.6倍。
振动时效和热时效都起着使尺寸稳定而提高精度保持性的作用，而振动时效更优于热时效。这已为国内外大量试验验证而被广泛应用。
二、振动时效提高工件抗静、动荷载变形能力的作用
振动时效使构件的塑性变形在使用前提前发生，并降低残余应力。因此振后的工件其弹性性能要比未振工件强，其抗静、动荷载变形能力比热时效工件还要好。
为了测定工件抗静、动荷载变形能力，又做了有关的试验。选用如图3.5所示的试样六件（应力框），每两件为一组。分别做未时效、热时效和振动时效三种不同处理，表面加工至▽6，并选如图3.5所示1~7处为测点。实验工况为抗静载能力测试和抗动载能力测试。
1．抗静载能力试验
没加荷载之前先测1~7点翘曲量。然后再在材料试验机上平放，支距为200mm，在7点处加静荷载1.4t，持续5分钟，卸下后按同样方法进行变形量的测量，结果列于表3.7中。



表3.7  变形量测试数据表
变
形
量
（μm）	变形量
范  围	未时效件	振动时效件	热时效件
		频数
（次）	相对频数
（%）	频数
（次）	相对频数
（%）	频数
（次）	相对频数
（%）
	0-50	7	58.3	10	83.3	6	50.0
	60-100	0	0	2	16.7	1	8.3
	110-160	5	41.7	0	0	5	41.7
表3.7中说明，在静荷载作用下，未时效件在100~160μm的大变形占总测点的41.7%，热时效件也占41.7%，而振动时效件却为0。而小变形点（0~50μm），未时效件占58.3%，热时效件占50%，而振动时效件占83.3%。试验结果说明，热时效降低了工件抗静载变形的能力，而振动时效件却提高了工件抗静载变形能力25%以上。
2．抗动载能力的试验
同静载试验一样，在没加载荷载之前测各点的翘曲量。再将应力框以悬臂夹持，并用ZS-1000S型振动台以50Hz频率、61V电压进行振动处理20分钟。取下后重新测量各点的变形。结果如表3.8所示。
表3.8
状    态	未时效件	振动时效件	热时效件
变
形
量
（μm）		频数
（次）	相对频数
（%）	频数
（次）	相对频数
（%）	频数
（次）	相对频数
（%）
	10~30	9	75.0	12	100	8	66.7
	40~60	1	8.3	0	0	2	16.7
	70~100	2	16.7	0	0	2	16.7
从表3.8中可以看出振动时效件的测点全落在小变形段上。大变形段上振动时效测点为0，而热时效件与未时效件相等。不难得出结论：振动时效同样提高了工件抗动载变形的能力，而热时效却降低了工件抗动载变形的能力。
其它床身的试验结果也得出了相同的结论：振动处理的铸件比不经时效的铸件抗静载能力提高30%左右，抗动载能力提高1~3倍，抗温度变形能力也提高近30%。与经热时效的铸件相比，振动处理件的抗静载能力提高40%以上，抗动载能力提高70%。

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