近年來(lái)，焊接結(jié)構(gòu)機(jī)床取代鑄鐵件的趨勢(shì)不斷擴(kuò)大。然而，國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)制造過(guò)程中，仍存在著很多難題，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接工藝、應(yīng)力變形和時(shí)效處理等。而國(guó)外已大量采用焊接結(jié)構(gòu)床身，制造技術(shù)已經(jīng)成熟。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)國(guó)內(nèi)外不同結(jié)構(gòu)焊接機(jī)床件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)，對(duì)比分析其應(yīng)力水平，為突破焊接機(jī)床制造過(guò)程中的技術(shù)難題、研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力變形和時(shí)效處理技術(shù)提供依據(jù)。

焊接機(jī)床件的結(jié)構(gòu)分析

測(cè)試研究的焊接結(jié)構(gòu)機(jī)床件主要有床身、滑鞍和立柱，均采用Q235鋼板焊接而成。床身外形尺寸為1710mm*2780mm*580mm，主平板厚25mm、側(cè)壁板厚20mm、底板厚20mm、內(nèi)部筋板厚15mm，采用三根鋼管作為筋板支撐。滑鞍外形尺寸為620mm*2700mm*252mm，內(nèi)部設(shè)置交叉筋板，中間布置三根鋼管作為支撐，橫筋厚10mm，中間縱筋厚15mm，導(dǎo)軌底部的縱筋厚20mm。立柱外形尺寸為1110mm*2060mm*782mm，前壁板厚25mm，側(cè)壁板厚20mm，后壁板厚15mm，內(nèi)壁筋板厚15mm。

此外，還選擇了國(guó)外某滑鞍作為對(duì)比測(cè)試對(duì)象，并對(duì)滑鞍進(jìn)行解剖分析。該滑鞍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)良，筋板較少，板厚較薄，焊縫較少。

殘余應(yīng)力檢測(cè)方法及使用儀器

本次實(shí)驗(yàn)采用盲孔法檢測(cè)殘余應(yīng)力，即在被測(cè)材料表面粘貼應(yīng)變片，在應(yīng)變片中心鉆孔，鉆孔直徑1.5mm、深2mm，根據(jù)鉆孔后測(cè)得的釋放應(yīng)變計(jì)算出殘余應(yīng)力。設(shè)備采用聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。多點(diǎn)測(cè)量、實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。

殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果與分析

焊接床身、滑鞍和立柱的殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果及分析

表1-3是焊接床身、滑鞍和立柱的殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得出一下結(jié)論；

1.床身的筋板數(shù)量較多，底板和導(dǎo)軌處的焊縫較多，其*大殘余應(yīng)力為274.4MPa；由表1可知，床身應(yīng)力和變形*大的位置在四根導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)和外部導(dǎo)軌的外端部；由測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)：四根導(dǎo)軌處的殘余應(yīng)力整體較大，在115.6-274MPa之間。

2.滑鞍的結(jié)構(gòu)尺寸較長(zhǎng)，內(nèi)部筋板數(shù)量多，焊縫較長(zhǎng)，其*-大殘余應(yīng)力為300.6MPa，所剩位置除3、5點(diǎn)外，殘余應(yīng)力均在210MPa以上。

3.與床身和滑鞍相比，立柱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，筋板和焊縫數(shù)量相對(duì)較少，其*大殘余應(yīng)力為154.9MPa，明顯低于床身和滑鞍。

國(guó)外某滑鞍殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果及分析

由國(guó)外某滑鞍殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果（表4）可知，該滑鞍的*大殘余應(yīng)力為129.8MPa，位于底板上；兩根導(dǎo)軌處的殘余應(yīng)力為7.5-99.8MPa，整體處于較低的水平。

綜上所述，焊接機(jī)床件的初始?xì)堄鄳?yīng)力較高，達(dá)到240-300MPa；根據(jù)靜力學(xué)分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減少筋板和焊縫數(shù)量、縮短焊縫長(zhǎng)度均有利于減少焊接機(jī)床件的初始?xì)堄鄳?yīng)力。此外，實(shí)施熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效等時(shí)效處理以消除殘余應(yīng)力是提高焊接機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量和精度*不可少的技術(shù)措施。

結(jié)論

所測(cè)焊接床身的筋板和焊縫較多，滑鞍的結(jié)構(gòu)尺寸較長(zhǎng)，屬于矮長(zhǎng)件，焊縫較長(zhǎng)；立柱的焊縫和筋板相對(duì)較少，結(jié)構(gòu)尺寸差異較小；測(cè)得焊接床身、滑鞍和立柱的*大殘余應(yīng)力分別為274.4MPa，300.6MPa和154.9MPa；焊接機(jī)床件的初始?xì)堄鄳?yīng)力較高（240-300MPa），容易引起變形。

所測(cè)國(guó)外滑鞍的*大殘余應(yīng)力是129.8MPa，該滑鞍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)良，焊縫較少；優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝，減少筋板和焊縫數(shù)量，縮短焊縫長(zhǎng)度等，是降低焊接機(jī)床件初始應(yīng)力、獲得高精度機(jī)床產(chǎn)品的基礎(chǔ)。