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超精密机床需要久置以释放机械应力吗?

2017年06月30日 10:54:18来源:中国机床商务网点击:9391

  【中国机床商务网 本网原创】几年前,网络上曾经流传着一篇文章《科研经费滥用:某高校花6000万买设备放5年没拆包》,文章底部一众网友义愤填膺,纷纷留言指责该学校浪费国家科研经费!然而,就在大家吵嚷不休之际,突然有条神评论跃入了大家的眼帘:“目测是超精密机床,放七八年释放机械应力的。清华有台4纳米精度的超精密机床已经放了五年了,再过两三年就能用了。”大家纷纷恍然大悟,满意地含笑而去,朝向了另一个时事热点。而事情的真相如何,却已经没有人再关心。
 

  机床商务网作为行业的标杆媒体,为大家提供科学、真实的信息责无旁贷。小编不才,今日愿同大家一起探讨探讨,超精密机床需要久置以释放机械应力吗?
 
  首先,什么是机械应力?其实专业的说法应该是指机械的残余应力。残余应力是指金属构件(例如:铸件、锻件和焊接件等等)在加工过程中由于受到不均匀的应力场、应变场、温度场的组织不均匀性,在变形后的变形体内保留下来的应力。
 
  由于在冷热等不同地加工过程中,这些金属构件内部无法避免地会产生残余应力,使得构件的性能和寿命大打折扣,比如:使零件变形影响精度,引起零件断裂、失稳。因此,在精密仪器的制造中,控制和消除构件的残余应力是十分必要的步骤。
 
  既然在机械加工制造中,消除残余应力的工序是必要且无法省略的,那么开头评论中的做法似乎也无可厚非,毕竟是几千万的超精密顶级机床。
 
  小编也询问了一众行业内的好友,发现其他地方也有类似的做法以释放残余应力,比如小编的好友小刘曾经在上海机床铸造一厂实习期间见过已经放置了一年多的毛坯床身,长十几米的大件;曾在大连机床厂干过的张师傅也告诉小编以前的大连机床厂有将铸件堆放在海边,堆放个一年半载,彻底释放应力的做法。
 

  但是问题来了,以上案例中,都是毛坯工件久置释放残余应力,而超精密机床如果放置个七八年,里面的轴承、电机、光栅等等重要部件不维护保养,小编无论如何也实在不能相信这台机床还能打开使用。
 
  而且,机械残余应力的消除,并不是一定得通过久置释放啊。
 

  这里先引入一个概念,自然时效。久置工件处理残余应力的方法,标准的称谓叫自然时效,这是一种古老而有效地稳定化处理方法。
 
  由于在自然时效过程中,露天放置的铸件在经过许多个昼夜交替的过程中,温差变化大,再加上酷暑严寒、剧烈的季节温度变化,会给铸件造成多次反复的温度应力。而且风吹、雨淋也会使铸件不同部位中温度发生急速的不均匀的变化。这种条件下放置的铸铁,在温度应力形成的过载下,就促使残余应力发生松弛,从而使其尺寸精度稳定化。这里所指的铸件一般皆属于壁厚差别较大、结构比较复杂的铸件。对于这类铸件,温度变化会引起相当大的温度应力。而对于形状简单、壁厚均匀的铸件,露天时效或在室内进行自然时效,差别就不那么明显。
 
  尽管自然时效是一种释放残余应力的方法,但是它并不适用于超精密机床的应力释放。在几乎所有使用自然时效释放残余应力的案例中,都是粗加工的构件。
 
  所以,正确的解释是:超精密机床释放残余应力的过程,是在机床组装出厂前就已经完成了,所以我们也就理解了为什么大连光洋投入了巨资要建立亚洲最大的全年恒温恒湿厂房。不言而喻,就是为了在组装高档精密机床过程中不产生新的残余应力。
 
  而且,据小编的调查,发现目前绝大多数机密机床都已经放弃采用铸造床身,而是采用更加稳定,受温度影响更小的大理石、花岗岩等床身。不采用铸造床身,不需要热成形,那么这么长时间的自然时效也就无从谈起。
 
  所以结论是,超精密机床出厂后是可以直接使用的,不需要放置七八年来消除自然应力。
 
  最后附带说一句,据小编了解,在国际市场上,二手机床特别是5年以上的二手机床,由于应力趋于稳定,保养好的话,非常抢手,而且往往精度很好,经过电气系统和驱动系统的改造能焕然一新。
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