机床床身残余应力检测及振动时效研究与评价

发布时间：2017-07-28 09:36

  本文关键词：机床床身残余应力检测及振动时效研究与评价

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【摘要】：铸造残余应力是导致机床基础大件变形和整机加工精度降低的重要原因,也是导致机床整机的精度保持性降低的重要原因。机床大型铸件残余应力的检测和消除方法一直是整个机床行业比较关心的问题,因此如何检测和消除铸件的残余应力成为了机械制造技术中的一个重要的研究领域。铸件残余应力的检测为振动时效工艺参数的选择提供有力的依据。然而,盲孔法检测残余应力中有两个比较重要的试验参数——应变释放系数A、B。本文对昆明机床股份有限公司广泛使用的HT300材料释放系数进行研究,给出应变释放系数A、B的准确值,以及其在不同拉应力作用下的变化趋势。研究表明：(1)昆明机床股份有限公司所生产的HT300材料的弹性模量和泊松比分别为198GPa、0.28。(2)对HT300材料释放系数进行分级加载标定,HT300应变释放系数中A值有较小幅度的增加,在后续的加载过程中,其值随着载荷的增加逐渐减小；而应力释放系数B则随着载荷F的增大而逐渐减小。(3)贴片和钻孔偏差引入的试验误差随拉应力的增加而不断被放大。采用盲孔法对机床床身重要工作表面导轨面的残余应力进行检测。测量结果表明：两条导轨面的残余应力分布离散,导轨面上各个测点残余应力值相对较大,其中有18个测量位置的残余应力值超过了100MPa；且各点的最大主应力和最小主应力均为正值。证明：在铸造过程中,床身的导轨面产生了较大的残余应力,导轨面大部分位置的应力状态均为拉应力状态,对于铸铁类脆性材料零件,拉应力容易对铸件产生不利的影响。在此基础上,本文将通过有限元模拟和振动时效试验得到床身铸件最佳的振动时效工艺参数,并采用盲孔法对时效前后残余应力进行检测。研究表明：根据机床床身的模态分析结果确定了振动时效工艺的支撑点和激振点的位置：支撑点的位置在距离头0.6m和距离床尾0.7m处。激振点位于床头位置。由谐响应分析结果可得：激振力为40KN,激振频率为55Hz；根据床身的质量大小选择激振时间为40分钟。应用该组时效参数对床身进行振动时效试验,由试验结果可知：振动时效后,导轨面上大部分测量点残余应力均减小了,整体应力水平的带宽变窄,振动时效后残余应力趋于均化。多数测量位置的应力状态由振动时效前的拉应力状态变为振动时效后的压应力状态,拉应力对铸铁等脆性材料零件是有害的,而压应力对铸铁材料零件是有利的,因此,振动时效后铸件的整体性能得到了提升。振动时效试验过程中,有三个加速度-时间曲线在(30-70)mm/s2。证明该组时效参数对残余应力消除有较好的效果。
【关键词】：铸造残余应力 盲孔法 释放系数 有限元 振动时效
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG502
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 课题背景及研究目的和意义12-14
• 1.1.1 课题背景12-13
• 1.1.2 课题研究意义13-14
• 1.2 铸造残余应力产生的原因及其影响14-17
• 1.2.1 铸造残余应力的产生原因及分类14-16
• 1.2.2 残余应力对机床性能与精度保持性的影响16-17
• 1.3 振动时效消除铸造残余应力方法概述17-18
• 1.4 振动时效技术的国内外研究现状18-21
• 1.4.1 振动时效技术的国外研究现状18-19
• 1.4.2 振动时效技术的国内研究现状19-21
• 1.5 本文的主要研究内容21
• 1.6 研究的技术路线21-24
• 第二章 残余应力的测量方法和振动时效工艺分析24-34
• 2.1 残余应力测量方法24-30
• 2.1.1 残余应力测量方法分类24
• 2.1.2 盲孔法测量残余应力原理24-28
• 2.1.3 盲孔法测量残余应力所用的仪器设备28-30
• 2.2 振动时效工艺参数30-32
• 2.2.1 激振力30
• 2.2.2 激振频率30-31
• 2.2.3 激振时间31
• 2.2.4 其它工艺参数31-32
• 2.3 振动时效效果的评价32-33
• 2.3.1 工件尺寸精度稳定性检测法32
• 2.3.2 参数曲线观测法32-33
• 2.3.3 残余应力测量法33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 HT300材料物性参数及应变释放系数的测定34-62
• 3.1 实验试件的制备34-36
• 3.1.1 试件的粗加工34-35
• 3.1.2 试件的去应力退火35-36
• 3.2 HT300材料弹性模量和泊松比的测定36-49
• 3.2.1 弹性模量和泊松比的测量原理36-38
• 3.2.2 测量应变ε电桥的组桥方式38-42
• 3.2.3 HT300材料拉伸应变ε测量电桥的组桥方式42-43
• 3.2.4 加载等级的确定43-44
• 3.2.5 试验仪器和步骤44-46
• 3.2.6 测量结果46-49
• 3.3 HT300应变释放系数A、B的标定49-60
• 3.3.1 应变释放系数的实验标定原理49
• 3.3.2 标定试样49-50
• 3.3.3 加载等级的确定50-51
• 3.3.4 试验所用仪器及检测设备的标定51
• 3.3.5 标定步骤51-53
• 3.3.6 实验结果53-60
• 3.4 本章小结60-62
• 第四章 机床床身铸件表面残余应力的测量试验研究62-74
• 4.1 床身铸件的制备62-63
• 4.2 盲孔法测量铸造残余应力的试验步骤63-65
• 4.3 床身铸件残余应力的测量结果及分析65-73
• 4.3.1 测量位置的选择65-66
• 4.3.2 测量结果的分析66-72
• 4.3.3 钻孔偏差对测量结果的影响72-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第五章 振动时效消除机床床身铸造残余应力的试验研究74-92
• 5.1 振动时效的数值模拟74-78
• 5.1.1 试件的模态分析74-77
• 5.1.2 试件的谐响应分析77-78
• 5.2 振动时效工艺参数的选择78
• 5.3 振动时效试验78-82
• 5.4 振动时效前后残余应力消除效果分析82-91
• 5.4.1 床身1#导轨表面残余应力的测量结果82-87
• 5.4.2 床身2#导轨表面残余应力的测量结果87-91
• 5.5 本章小结91-92
• 第六章 结论与展望92-94
• 6.1 结论92-93
• 6.2 展望93-94
• 致谢94-96
• 参考文献96-102
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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1 贺峗晖;盲孔法中弹性阶段释放系数的数值计算方法研究[D];合肥工业大学;2006年

本文编号：583430