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振動時效技術(shù)的應(yīng)用
 
 
添加時間: 2013-12-3   點擊次數(shù):
 


一、振動時效技術(shù)應(yīng)用   
    振動時效技術(shù),國外稱之為“Vibrating Stress Relief”簡稱“VSR”,旨在 通過專業(yè)的振動時效設(shè)備,使被處理的工件產(chǎn)生共振,并通過這種共振方式將一定的振動能量傳遞到工件的所有部位,使工件內(nèi)部發(fā)生微觀的塑性變形――被歪曲的晶格逐漸 回復(fù)平衡狀態(tài)。位錯重新滑移并釘扎,從而使工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力得以消除和均化,最終防止工件在加工和使用過程中變形和開裂,保證工件尺寸精度的穩(wěn)定性。   
二、 振動時效的特點   
    1. 時效效果好   
    2. 靈活性強   
    3. 徹底解決了熱時效爐窯的環(huán)境污染問題   
    4. 投資少   
    5. 節(jié)能顯著   
    6. 效率高   
    7. 特別時候不宜高溫時效的材料和零件的消除應(yīng)力處理   
    表一 振動時效與熱時效特點比較   
   項目 熱時效 振動時效   
   應(yīng)力消除 40-80% 30-90%   
   能源消耗 高 比熱時效節(jié)能95%   
   環(huán)境保護 有煙氣粉塵廢渣排放 無污染   
   尺寸穩(wěn)定性 較好 比熱時效提高30%以上   
   生產(chǎn)費用 150-300元/噸 4-10元/噸   
   時效周期 20-60小時 20-50分鐘   
   抗變形 較差 比熱時效提高30-75%   
   時效氧化 較大 可忽略不計   
   時效變形 有 無   
   大型工件 無法進(jìn)爐處理 可方便就地處理   
三、 振動時效的由來及現(xiàn)狀   
  1. 由來及國外的應(yīng)用情況   
  在工件的鑄造、焊接、鍛造、機械加工、熱處理、校直等制造過程中在工件的內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力,而殘余應(yīng)力的存在 必然會導(dǎo)致一些不良的后果出現(xiàn)。   
  如:降低工件的實際承載能力而生裂紋;   
  易發(fā)生變形而影響工件的尺寸精度;   
  加速應(yīng)力腐蝕;   
  降低工件的疲勞壽命等。   
  消除應(yīng)力有:自然時效、熱時效、振動時效、靜態(tài)過載時效、爆炸時效、循環(huán)加載時效等,雖然都有有缺點,但都在一定程度上達(dá)到消除和均化的目的。   
  振動時效源自于敲擊時效,在焊接中,施焊一段時間后立即用小錘對焊縫及周邊進(jìn)行敲擊以防止裂紋產(chǎn)生,其原因就是隨時將焊接應(yīng)力消除一些,以免最終產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。   
  敲擊法能量有限,后來發(fā)現(xiàn)使工件產(chǎn)生共振時,可給工件出入最大的振動能力,從而于1915年在美國產(chǎn)生世界上第一臺關(guān)于振動消除殘余應(yīng)力的專利。直到五十年代后期,電動機制造水平的提高,輕巧的振動時效設(shè)備陸續(xù)在美國、德國、英國、法國、蘇聯(lián)等國家出現(xiàn),并不斷地被應(yīng)用到機械制造業(yè)中,大量的實際應(yīng)用證明這種方法比熱時效更能提高工件的尺寸穩(wěn)定性。   2. 國內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀   
  國內(nèi)發(fā)展較晚,首先由孫照清總工程師等老一輩技術(shù)專家于74年出國考察,把技術(shù)帶回國內(nèi),并開始在機械部、航空部研究移植,并在“六五”期間在機械部提出攻關(guān)課題―――提高機床鑄件產(chǎn)品質(zhì)量的大課題里面確定“振動時效可行性研究”。八五年機械部特批二萬五千美金與美國馬丁公司合作,引進(jìn)當(dāng)時世界上最先進(jìn)的VSR--790型振動時效設(shè)備及相關(guān)技術(shù)。   
  特別是九一年JB/T5926-91《振動時效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)時效設(shè)備要求》標(biāo)準(zhǔn)的誕生,使該技術(shù)得以較快的推廣和發(fā)展。   
 四、 振動時效的特點   
  振動時效的實質(zhì)是以共振的形式給工件施加附加動應(yīng)力,當(dāng)附加動應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后,達(dá)到或超過材料的屈服極限時,工件發(fā)生微觀或宏觀塑性變形,從而降低和均化工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力,并使其尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定。   
  其特點有:   
  1. 投資少   
  2. 生產(chǎn)周期短   
  3. 使用方便   
  4. 適應(yīng)性強   
  5. 節(jié)約能源,降低成本   
  6. 機械性能顯著提高   
  7. 符合環(huán)保要求   
  8. 操作簡單,易于實現(xiàn)機械自動化。   
  9. 可避免金屬零件在熱時效過程中產(chǎn)生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。   
五、 振動時效的機理   
  1. 從宏觀的角度分析,振動時效使零件產(chǎn)生塑性變形,降低和均化殘余應(yīng)力并提高材料的抗變形能力,無疑是導(dǎo)致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。由振動時效的加載試驗結(jié)果可知,振動時效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時效的零件,也高于經(jīng)熱時效處理的零件。   
  2. 從微觀方面分析,振動時效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于零件上的一種附加的動應(yīng)力。  3. 從錯位、晶格滑移等金屬學(xué)理論上解釋,其主要觀點是振動時效處理過程實際上是通過在工件的共振狀態(tài)下,給工件的每一部位(晶格)施加一定的動能量,如果施加的這個能量值與微觀組織本身原有的能量值之和,足以克服微觀組織周圍的井勢(恢復(fù)平衡的束縛力),則微觀區(qū)域必然會產(chǎn)生塑性變形,使產(chǎn)生殘余應(yīng)力的歪曲晶格得以慢慢地恢復(fù)平衡狀態(tài),使應(yīng)力集中處的錯位得以滑移并重新釘扎,達(dá)到消除和均化殘余應(yīng)力的目的。   
六、 振動時效工藝過程   
  A.振動工藝裝備如圖所示:它是將一個具有偏心重塊的電機系統(tǒng)(激振器)用卡具安放在工件上并將工件用膠墊等彈性物體支承。通過主機控制電機并調(diào)速,使工件處于共振狀態(tài)。一般工件經(jīng)30分鐘的振動處理即可達(dá)到調(diào)整均化殘余應(yīng)力的目的。   
  主機:控制電機的啟動及調(diào)速、信號的收集、處理、顯示及打印參數(shù)   激振器:強迫工件振動并將電機轉(zhuǎn)速及激振頻率反饋回主機   
  拾振器:把振動響應(yīng)如加速度幅值等反饋回主機   
  卡具:將激振器牢牢固定在工件正確位置上   
  膠墊:隔振、降噪,防跑件   
  B.工藝選擇   
  1、激振頻率:選擇共振區(qū)別明顯處,一般鑄件可以采用中頻大激振力,焊接件可分頻激振。   2、激振力:由構(gòu)件上最大的動應(yīng)力來確定,即應(yīng)保證 σd+σr≥[σ]。Σd與構(gòu)件的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān),一般鑄件為∓2kgf/mm2,軟鋼件為∓7kgf/mm2。   
  3、激振時間:振動的前10分鐘殘余應(yīng)力變化最快,20分鐘后趨于穩(wěn)定,一般認(rèn)為處理20-50分鐘即可。   
  工件重量(T) ﹤1 1-3 3-6 6-10 10-50 ﹥50   振動時間(min) 10 12 15 20 25 30-50   4、激振點和支撐點:支撐點應(yīng)該在工件振動節(jié)點上,激振點一般在兩點支撐點間剛性較大的位置上。(亞共振方式,或者傳統(tǒng)振動時效)   
  5、用振動時效過程中測出的動態(tài)參數(shù)曲線,根據(jù)曲線的變化、現(xiàn)場,及時判斷振動效果,是國內(nèi)外推薦認(rèn)可的方法。   
  振動時效最重要的幾個參數(shù)是:“支撐點、振型、激振點、拾振點、加速度、固有頻率、時間!逼渲姓駝蛹铀俣、共振頻率、共振時間是決定時效工藝效果的主要參數(shù)。   
  振動時效的實質(zhì),是在工件的低頻亞共振點,穩(wěn)定地亞共振振動15-30分鐘左右,使共振峰出現(xiàn)變化,內(nèi)部發(fā)生微觀的彈性塑性力學(xué)變化,從而實現(xiàn)時效目的。   
六,傳統(tǒng)振動時效設(shè)備在應(yīng)用中的問題有那些?    
  1 振動時效必須是受過專業(yè)培訓(xùn)的人員操作,一般的工人即使受過培訓(xùn)也很難掌握這項技術(shù);   2 有些復(fù)雜的工件必須是熟練的專業(yè)技術(shù)人員操作,一般工廠很難做到;   
  3 工件在單件生產(chǎn)時調(diào)整相當(dāng)繁瑣,拾振器支撐點和激振點很難調(diào)到最佳狀態(tài),一種工件就需要制訂一種工藝;   
  4 需要操作者確定處理參數(shù),對人的技能要求比較高   
  5 由于有效振型較少,經(jīng)振動時效處理后達(dá)不到較高精度要求,很難納入工藝   
  6 許多工件由于剛性和固有頻率太高,找不到共振峰無法振動;機械制造業(yè)覆蓋面僅為23%   
  7 噪聲過大也是難以推廣的主要原因。

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