从微观方面分析振动时效可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加动应力,众所周知工程上采用的材料都不是理想的弹性体,其内部存在着不同类型的微观缺陷,铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨。故而无论是钢、铸铁或其他金属,其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中,当受到振动时,施加于零件上的交变应力与零件中的余应力叠加。当应力叠加的结果到一定的数值时,在应力集中严重的部位就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形。这种塑性变形降低了该处余应力降值,并强化了金属基体,而后振动又在一些应力集中较严重的部位上产生同样作用,直至振动附加应力与余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止,此时振动便不再产生消除和均化余应力及强化金属的作用。
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优点:①机械性能显着提高,经过振动时效处理的构件其残余应力可以被消除20%—80%左右,高拉应力区消除的比例比低应力区大。因此可以提高使用强度和疲劳寿命,降低应力腐蚀。可以防止和减少由于热处理、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,从几十公斤到几十吨的构件都可以使用振动时效技术。特别是对于一些大型构件无法使用热时效时,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。而热时效至少需要一至两天以上,且需要大量的煤油、电等能源。因此,相对与热时效来说,振动时效可节省能源90%以上,可节省费用95%以上,特别是可以节省建造大型焖火窑的巨大投资。
缺点:相对于热时效消除残余应力比例小。
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振动时效重要的工艺参数为:激振频率、激振力、实效时间、激振器及拾振器的装夹位置。任何设备均不可预知构件的时效要求,更不可能判定构件的有效振型,从而确定合理的时效参数。只有操作人员根据时效要求,观察构件的各阶振型,选择有效的工艺参数。采用手动工作方式,可快速了解构件的特性,选取合理的激振及拾振位置,确定的激振频率和激振力。同时,为了满足批量构件及简单构件的时效要求,被系统增设了手动时效功能,可自动绘制时效曲线及相关数据,为产品检查提供宏观依据,时效时间可在线任意调整
振动处理是对构件施加一交变应力,而残余应力相当于平均应力而改变了总应力水平。但在交变应力作用下,残余应力是一个不稳定的力学量,在振动处理过程中逐渐下降,使总应力水平降低。从图23中可以看到在振动处理过程中残余应力的变化情况,当材料受到等幅交变作用(εc—εB)时,如果材料已经屈服,则残余应力下降。设处理前的残余应力为σA,回线ACB是次交变循环时的应力和应变曲线。当总应力超过A点后,材料进入塑性直到C点。而C B又平行于弹性线,CB末端却又偏离弹性线。这些现象都是由包辛格效应所致。经过一定次数的循环后应力和应变均处于稳定的回线上。如图中曲线所示,残余应力由σA下降到σE而不再变化。
图23和图21从原理上来说是相同的,都说明要使构件中的残余应力下降,必须使作用应力与残余应力叠加后大于材料的屈服极限,即: σ动+σ残>σs
如果残余应力下降后作用应力与残余应力之和小于屈服极限时,则构件保持稳定的应力状态。因此振动处理到一定周次后不提高作用应力的量值,则继续处理将不再起作用。
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尺寸精度稳定性是根据定期对构件尺寸精度的测量来实现的。它包括两方面内容:一方面是观测构件尺寸精度随时间而发生的变化量,与热时效或精度允差相比较;另一方面是要观察构件在静、动荷载作用后的尺寸精度变化量,同样与传统工艺(热时效)相比,以鉴定振动时效工艺的可行性。
如果残余应力消除和均化的效果好,那么工件中残余应力的再分布的可能性和程度就比较小,工件的尺寸精度稳定性就好。实践证明在保持工件尺寸精度稳定性方面振动时效技术比其它传统的时效方法更显优势
便携式振动时效系统技术参数
转数范围:2000 R/Min-10000 R/Min;
激振力调整范围:0-50KN;
电机额定功率:1200W;
适宜处理工件重量:≤10吨
稳速精度:±1R/Min;
加速度量程:0-50.0g;
电机额定电流:12A;
电机额定电压:100V;
供电电源电压:交流220V±10%,50HZ±4%;
绝缘等级:E级;
工作条件:环境温度:-10℃—+40℃;相对湿度:不大于80%(25℃);
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培训内容:
1、振动时效设备的原理;
2、振动时效设备的组成;
3、振动时效设备的使用及操作;
手动工作模式及操作方法、自动工作模式及操作方法、激振器档位的调节。
4、操作设备时的注意事项;
5、典型工件的装卡、支撑及拾振器的安装位置;
培训步骤:
1、 简单说明设备原理;
2、 介绍设备的组成:主控制箱、激振器、拾振器、打印系统、弹性胶垫、附属装卡工具及相关连接线,打印纸的安装。
3、 设备的操作步骤及注意事项;
⑴、振前准备;橡胶垫的支撑位置、激振器的卡位、拾振器的安放位置等。
⑵、自动及手动模式工作操作;
⑶、操作的注意事项及激振器档位的调节。
4、客户操作人员问题解答;
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,从几十公斤到几十吨的构件都可以使用振动时效技术。特别是对于一些大型构件无法使用热时效时,振动时效就具有更加突出的优越性。
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