机床铸件在铸造和加工过程中产生的残余应力如何影响精度？

在机床铸件的铸造过程中，残余应力主要源于不均匀的冷却和固态相变。当金属液浇入型腔后，铸件各部分的冷却速度存在差异。例如，铸件表面与模具接触，冷却速度较快，而内部冷却相对较慢。这种冷却速度的不一致会导致不同部位产生不同的收缩量，进而引发内应力。

此外，在固态相变过程中，铸件材料的晶体结构会发生变化，不同相的体积不同，也会产生相变应力。以铸铁为例，在冷却过程中，奥氏体转变为珠光体或铁素体时，体积会发生改变，若这种转变在不同部位不能同步进行，就会在铸件内部留下残余应力。

加工过程中的残余应力主要来自切削力、热变形和塑性变形。在切削加工时，刀具对铸件施加切削力，使铸件表面层产生塑性变形。这种塑性变形在加工完成后并不能全部恢复，从而在表面层留下残余应力。

同时，切削过程中会产生大量的切削热，使铸件表面温度升高。当切削结束后，表面温度不慢下降，而内部温度下降相对较慢，这种温度梯度会导致热应力。如果热应力超过了材料的屈服强度，就会产生塑性变形，进而形成残余应力。

残余应力对机床铸件精度的具体影响如下：

一、尺寸精度方面

1、尺寸变化：残余应力会使铸件在放置或使用过程中发生尺寸变化。例如，一个原本尺寸准确的机床床身铸件，如果内部存在大的残余拉应力，在长期放置后，由于应力的缓慢释放，铸件可能会发生微小的膨胀，导致尺寸超出设计公差范围。相反，若存在残余压应力，铸件则可能发生收缩，同样影响尺寸精度。

2、尺寸稳定性差：残余应力的存在使得铸件的尺寸稳定性变差。在机床工作过程中，由于温度变化、负载作用等因素的影响，残余应力可能会重新分布，导致铸件尺寸不断波动。这对于需要精度不错定位和加工的机床来说，会严重影响加工零件的质量。例如，在数控机床上，如果床身铸件的尺寸不稳定，会导致刀具与工件之间的相对位置发生变化，从而产生加工误差。

二、形状精度方面

1、变形：残余应力是导致机床铸件变形的主要原因之一。对于形状复杂的铸件，如机床立柱、横梁等，残余应力在不同部位的分布不均匀，会使铸件产生弯曲、扭曲等变形。例如，一个大型的机床立柱铸件，如果两侧的残余应力不同，在重力或其他外力作用下，就可能发生弯曲变形，导致立柱的垂直度不符合要求，影响机床的整体装配精度和使用性能。

2、平面度和平行度误差：残余应力还会影响铸件表面的平面度和平行度。在加工过程中，残余应力会使表面层产生不均匀的变形，导致表面不平整。例如，机床工作台铸件的表面如果存在残余应力，在加工后可能会出现波浪形或凹凸不平的情况，使工作台的平面度和平行度超出允许范围，影响工件的装夹和加工精度。

三、位置精度方面

1、装配困难：残余应力引起的铸件尺寸和形状变化会增加机床装配的难度。当各个铸件之间存在残余应力导致的尺寸偏差和变形时，很难确定它们之间的装配精度。例如，在机床的装配过程中，如果床身、立柱、工作台等主要铸件的装配面由于残余应力而发生变形，就会导致装配间隙不均匀，甚至无法正常装配。

2、运动精度降低：机床的运动部件，如导轨、丝杠等，其铸件中的残余应力会影响运动精度。残余应力会使导轨产生直线度误差，丝杠产生螺距误差，从而导致机床的运动部件在运动过程中出现卡滞、振动等现象，降低机床的运动精度和加工质量。例如，一台数控机床的导轨铸件如果存在残余应力，在机床运行一段时间后，导轨的直线度可能会发生变化，使刀具的运动轨迹偏离预定路径，影响加工零件的尺寸精度和表面质量。