机床零部件制造精度和尺寸稳定性直接决定机床的精度和质量。为了确保工件尺寸精度和尺寸稳定性,机床零部件必须采用时效工艺消除工件内部的残余应力,按工艺标准要求还需在粗加工后进行“二次时效”,目前时效工艺以热时效为主,自然时效和亚共振时效为辅。
一、机床行业时效存在的问题
(1) 传统热时效工艺能耗高、成本高、污染环境。且易产生新的热应力,导致时效处理效果不好。同时热时效会产生氧化皮,增加清理工作量。大吨位工件缺少合适的时效炉,无法进行时效,即使找到合适的时效炉,时效成本也非常高。
(2) 因为热时效高昂的费用,很多企业为了提高效益,在时效这一工艺环节“偷工减料”,没有按照标准的热时效工艺进行。如有的企业为了提高生产效益,缩短热时效工艺时间,有的企业竟然不时效而采用放置15-30天的方式来进行处理。在某知名铸造之乡,这里的铸造企业,对待机床铸件的时效方式,竟然采用了“烧稻草”熏黑工件的方式来进行,这已经演变成纯粹的时效工艺欺骗。这样的工艺如何能保证产品的质量,如何能保证机床的精度要求,如何能保证机床加工出来的零件有较高的精度。但这些做法实实在在的存在着,这一切的起因也是因为高昂的热时效费用,导致一些企业只顾眼前利益,而不管产品的质量,不管企业的长期发展。
(3) “二次时效”的缺失:机床工件毛坯在加工后,会导致应力重新分布,并产生新的机加应力,如果不进行应力消除工艺。同样会影响到最后的机床产品的精度与尺寸稳定行。但二次时效会导致产生新的时效费用,会降低企业的生产效率,而且有的工件不能够采用热时效的方式来进行二次时效。所以,很多的机床制造企业在二次时效方面是缺失的,这也是导致我国很多的机床制造企业,尤其是一些中小机床制造企业产品质量不高的原因之一。
随着中国制造业的蓬勃发展,传统的热时效工艺,因其高昂的时效费用,严重的环境污染已经成为制约企业再发展的重要原因,而自然时效周期长、资金占用大、生产效率低,无法满足现代化生产的要求。70年代引入中国的振动时效技术,因其高达90%以上的节能效果,零排放、无污染的特征,引起了很多机床制造企业的重视,也曾经在机床行业得到过广泛的试用,但传统的振动时效(亚共振时效)设备因其无法逾越的技术瓶颈最终仍被企业遗弃。
二、传统的振动时效(亚共振时效)技术在机床行业的应用
(1) 振动时效(VSR)七十年代引入中国以后首先被应用在机床铸件的研究上,七四年北京机床研究所正式将VSR工艺列为研究课题,开始进行机床铸铁件应用VSR工艺及设备的研究工作,经过几年的研究,确定了VSR的基本工艺方法,肯定了VSR效果。 在“六、五”期间VSR又被列为中国38项重点攻关任务分子项“提高机床铸件质量的研究”内容之中,由北京机床研究所负责进行VSR工艺实用性研究。按期完成研究任务,“六、五”总鉴定,VSR工艺研究已达到了世界先进水平。 “七、五” 北京机床研究所又承担国家重点课题“消化吸收重大项目一条龙数控机床焊接构件振动时效工艺研究”。 “七、五”后我国VSR工艺成熟、完备。VSR设备也达到世界先进水平,基本满足VSR工艺要求,“八、五”VSR被国家科委、机电部、国务院生产办列为108项节能技术之一而被广发的推广。2001年8月中国机械工业联合会发布文件,正式将振动消除应力技术纳入机床制造标准,接又将振动消除应力技术制修订到铸、锻、焊基础件以及各制造业制造标准。 随着振动时效技术的研究深入,在上世纪末,很多的机床制造企业将振动时效技术引入到生产中,并尝试应用到正式生产的应力消除工艺中。
(2) 传统振动时效存在的问题:
振动时效技术虽然在高效、节能、环保等方面有着非常明显的优势,但传统的振动时效设备经虽然历了几十年的发展,仍然存在着无法逾越的技术瓶颈,始终无法纳入正式生产工艺,没有得到企业的广泛认可,没有得到大规模的应用。传统的振动时效(亚共振时效)技术存在以下的问题:
1)对支撑点、激振点、拾振点及方向有严格要求,需要不断的扫频、调整位置,所以设备操作必须是受过专业培训的技术人员操作,一般的工人即使受过培训也很难掌握
这项技术;其次工件在单件生产时调整相当繁琐,拾振器、支撑点很难调到最佳状态,一种工件就需要制订一种工艺; 这对操作者的经验要求也比较高;
2)因为是通过扫频的方式寻找共振峰,而电机的转速是有限的,当工件共振频率超出激振器的频率范围时,通过扫描就无法找到工件共振频率,因而无法对工件进行有效的振动处理。国家数据统计亚共振技术可处理的工件在机械制造业覆盖面仅为23%。
3)有效振型较少,振动时效的应力消除不稳定,应力的消除不能得到最佳的结果;
4)噪声过大也是难以推广的主要原因。
三、频谱谐波时效技术在机床行业的应用前景
1. 什么是频谱谐波<