概括起来讲振动时效的工艺过程分四步进行:
步:首先用弹性橡胶垫将要时效处理的工件在其节线附近支撑起来,并将激振器用弓形卡具卡紧在工件振动时的波峰处,将测试工件振动情况的传感器用磁坐吸紧在工件上,并用电缆线将激振器、传感器和控制器连接起来,这一步又称为准备过程。
第二步:振动时效设备以扫描的方式自动检测出被时效处理工件的固有共振频率和应该给工件振动能量的大小,这一步又称为振前扫描。
第三步:振动时效设备以第二步测得参数为依据自动确定出对工件进行振动处理的振动频率,并对工件进行振动时效处理,在处理过程中随时检测振动参数和工件残余应力的变化,而残余应力不再消除时即适时停止处理过程,这一步又称为振动处理过程。
第四步:振动处理完毕后,振动时效设备自动对被时效处理工件的参数进行再一次检测,以便依据JB/T5926-91或JB/T10375-2002标准,对振动时效进行判定。这一步又称为时效效果检测过程或振后扫描。
振动时效工艺实际上是指对工件的几个振动时效参数的确定,振动时效的几个主要参数是:振动频率、振动时间、动应力、工件的振型(用来确定工件的支撑位置,激振器和传感器的装夹位置),下面将对这几个参数进行较为详细的说明。
一、 振动频率的确定
在共振状态下,可用小的振动能量,使工件产生的振幅,得到的动应力和动能量,从而使工件中的残余应力消除的更彻底,工件获得的尺寸稳定性效果更好。
振动时效中的共振状态,是在外部激振器激振力的持续作用下,零件处于“受迫振动”时的一个特殊状态。它的条件是激振频率接近工件的固有频率,这时振动特性中的振幅—频率曲线出现一个峰值,振幅的陡然增大对振动时效产生附加动应力有利。
工件在振动时效时是一个振动体,它与其支撑用的弹性橡胶垫和激振器组成为一个振动系统,当该系统进行自由振动时,根据振动学原理,它的共振频率仅与系统本身的质量、刚度和阻尼有关。这个频率是由系统固有性质所决定的,称为固有频率。
振动时效技术具有高效节能、节省费用、方便简单、省时省力、减少污染等突出优点,因此受到国内外的广泛重视。生产办公室也将该项技术的推广应用列入了“八五规划”,“九五规划”列为重点新技术推广项目,二000年国家经贸委列出二十五项重点推广的典型案例之一。振动时效是对机械制造业传统的自然时效和热时效方法的革命。
“振动时效技术”,国外称“Vibratory Stress Relidf Method”简称“VSR”)。它包括振动消除应力技术,振动焊接技术,振动铸造技术及用振动提高焊接构件及轴类构件疲劳寿命技术等项内容。在调整构件残余应力的技术领域中,振动时效技术完全可以代替原有的热时效工艺,因其应用面广,技术潜力大,而具有重大的经济和社会效益。
近二十年来,振动消除应力技术的研究和应用,在我国取得了飞速的发展。在此期间,经国内许多单位的共同努力,在振动时效机理、振动时效工艺技术和应用研究方面,取得了突破性的成果,制定了我国关于振动时效方面的国家行业标准“*共和国机械行业标准JB/T5926-2005”,指导了该项技术的应用和设备的生产,推动了该项技术的广泛应用,为我国经济建设做出了较大的贡献。
振动时效在西方发达国家,由于基础工业比较成熟,运用比较成熟。国内是近二十年由于电机技术和控制技术的发展,振动时效设备才能够满足机械构件消除应力要求,但由于振动时效涉及材料力学、振动学、金属物理学等多学科,相对而言工艺上比热时效复杂的多,而国内专业的参考书较少,应广大从事时效技术工作人员的要求,编者结合国内外焊接、铸造、锻造、机械加工领域里专家学者的核心理论,注重于通俗易懂,简单实用原则,编写了本书,该书适用于从事残余应力消除工作的工程技术人员,对振动时效技术的了解和运用。也可作为大专院校相关专业的师生的教学参考教材
近十多年来,国内外使用振动处理方法消除金属构件内的残余应力,以代替热时效。这种新技术在国外被称做“Vibratory Stress Relief Method”(简称VSR)。由于这种方法可以降低或均化构件内的残余应力,因此可以提高构件的使用强度,可以减少变形。
图1.1振动处理构件设备布置图
稳定精度,可以防止或减少由于热时效和焊接产生的微观裂纹的发生。特别是在节省能源、缩短周期上具有明显的效果,因此被许多国家大量使用。我们在该项技术的机理和应用研究上,近些年来都取得了较大的进展。
§1—1 振动时效的特点及其发展概况
一、振动时效工艺的简单程序
振动处理技术又称做振动消除应力,在我国又称做振动时效。它是将一个具有偏心重块的电机系统(称做激振器)安放在构件上,并将构件用橡皮垫等弹性物体支承,如图2.1所示。通过控制器起动电机并调节其转速,使构件处于共振状态。约经20~30分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的。
可见,用振动时效技术是十分简单和可行的。
二、振动时效工艺特点
振动时效之所以能够部分地取代热时效,是由于该项技术具有一些明显的特点。
1.机械性能显着提高
经过振动处理的构件其残余应力可以被消除30%~80%左右,高拉应力区消除的比低应力区大。因此可以提高使用强度和疲劳寿命,降低应力腐蚀。
可以防止或减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的发生。
可以提高构件抗变形的能力,稳定构件的精度,提高机械质量。
2.适用性强
由于设备简单易于搬动,因此可以在任何场地上进行现场处理。它不受构件大小和材料的限制,从几十公斤到几百吨的构件都可使用振动时效技术。特别是对一些大型构件无法使用热时效处理时,振动时效就具有更加突出的优越性。
3.节省时间、能源和费用
振动时效只需30分钟即可进行下道工序。而热时效至少需一至二天以上,且需大量的煤油、电等能源。因此,相对于热时效来说,振动时效可节省能源90%以上,可节省费用90%以上,特别是可以节省建造大型焖火窑的巨大投资。
振动时效技术的原理及应用
近十多年来,国内外使用振动处理的方法消除金属构件内的残余应力,以防止构件变形和开裂,代替传统的热时效和自然时效。这种技术在国外称做”VSR”技术,它是”Vibratory Stress Relief”的缩写,由于这种方法可以降低和均化构件内的残余应力,因此可以提高构件的使用强度,可以减小变形而稳定构件的精度,可以防止或减少由于热时效和焊接产生的微观裂纹的发生。特别是在节省能源、缩短生产周期上具有明显的效果,因此被许多国家大量使用。我们在该项技术的机理研究和应用上取得了较大的进展。
一、振动时效工艺的简单程序
振动处理技术又称做振动消除应力法,在我国称做振动时效。它是将一个具有偏心重块的电机系统称做激振器安放在构件上,并将构件用橡胶垫等弹性物体做支撑,如图所示。
通过控制器启动电机并调节其转速,使构件处于共振状态,约经20—30分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的。图中的振动测试系统是用来监测动应力幅值及其变化的。实际生产上使用中不需要做动应力监测,振动时效设备本身具有模拟振幅监测系统。
可见,用振动调整残余应力的技术是十分简单和可行的。
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