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振动时效:
3.振动时效,在国外称之为“VSR”技术,它是在激振器的周期性外力(激振力 )的作用下,使被处理的工件产生共振,并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位,使工件内部发生微观的塑性变形—被歪曲的晶格逐渐恢复平衡状态。位错重新滑移并钉扎,从而使工件内部的残余应力得以消除和均化,终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂,保证工件尺寸精度的稳定性。
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.机械性能显著提高
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。
故障指南
1、开机后,液晶屏不亮,无提示音,此种现象可能为:
A、保险1烧断,更换保险管。
B、电源插头断路或接触不良。
2、开机后,完成时效程序,绘图仪不打印或乱打字符,此现象可能为:
A、热敏打印机指示灯不亮是电源接触不良。
B、热敏打印机指示灯亮,是打印机连线接触不良。
C、 热敏打印机指示灯闪动,是打印机缺纸。
3、开机后,进入操作界面,点击功能键,电机不启动,此现象可能为:
A、电机电枢引线断(用欧母表测量电机上的接线插座2.3断路)。
B、电机与控制器连接引线断(测量连线两端相对应点断路)。
C.保险2烧断,更换保险管。
4、开机后系统启动,电流显示大,电机转数较高,自动或手动升速均不起作用,此现象可能为:
A、电机转数反馈传感器断线;(电机上的接线插座1.4断路)
B、反馈信号线与控制器连接引线插座接触不良;
如上述问题排除后,系统仍不能正常工作,可判定故障出在控制器内部,此时,由有关技术人员或维修人员处理。
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。
主要技术参数
转数范围:2000 R/Min-8000 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:80A;
电机额定电压:2000V;
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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