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      振動時效技術應用

      日期:2009-11-23 | 來源:中國振動機械網
      振動時效技術,國外稱之為“Vibrating Stress Relief”簡稱“VSR”,旨在 通過專業的振動時效設備,使被處理的工件產生共振,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,使工件內部發生微觀的塑性變形――被歪曲的晶格逐漸 回復平衡狀態.

      一、振動時效技術應用
        振動時效技術,國外稱之為“Vibrating Stress Relief”簡稱“VSR”,旨在 通過專業的振動時效設備,使被處理的工件產生共振,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,使工件內部發生微觀的塑性變形――被歪曲的晶格逐漸 回復平衡狀態。位錯重新滑移并釘扎,從而使工件內部的殘余應力得以消除和均化,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境污染問題
        4. 投資少
        5. 節能顯著
        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
        應力消除 40-80% 30-90%
        能源消耗 高 比熱時效節能95%
        環境保護 有煙氣粉塵廢渣排放 無污染
        尺寸穩定性 較好 比熱時效提高30%以上
        生產費用 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 無法進爐處理 可方便就地處理
        三、 振動時效的由來及現狀
        1. 由來及國外的應用情況
        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部產生殘余應力,而殘余應力的存在 必然會導致一些不良的后果出現。
        如:降低工件的實際承載能力而生裂紋;
        易發生變形而影響工件的尺寸精度;
        加速應力腐蝕;
        降低工件的疲勞壽命等。
        消除應力有:自然時效、熱時效、振動時效、靜態過載時效、爆炸時效、循環加載時效等,雖然都有有缺點,但都在一定程度上達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行敲擊以防止裂紋產生,其原因就是隨時將焊接應力消除一些,以免最終產生較大的應力集中。
        敲擊法能量有限,后來發現使工件產生共振時,可給工件出入最大的振動能力,從而于1915年在美國產生世界上第一臺關于振動消除殘余應力的專利。直到五十年代后期,電動機制造水平的提高,輕巧的振動時效設備陸續在美國、德國、英國、法國、蘇聯等國家出現,并不斷地被應用到機械制造業中,大量的實際應用證明這種方法比熱時效更能提高工件的尺寸穩定性。
        2. 國內發展及現狀
        國內發展較晚,首先由孫照清總工程師等老一輩技術專家于74年出國考察,把技術帶回國內,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課題―――提高機床鑄件產品質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,引進當時世界上最先進的VSR--790型振動時效設備及相關技術。
        特別是九一年JB/T5926-91《振動時效工藝參數選擇及技術時效設備要求》標準的誕生,使該技術得以較快的推廣和發展。
        四、 振動時效的特點
        振動時效的實質是以共振的形式給工件施加附加動應力,當附加動應力與殘余應力疊加后,達到或超過材料的屈服極限時,工件發生微觀或宏觀塑性變形,從而降低和均化工件內部的殘余應力,并使其尺寸精度達到穩定。
        其特點有:
        1. 投資少
        2. 生產周期短
        3. 使用方便
        4. 適應性強
        5. 節約能源,降低成本
        6. 機械性能顯著提高
        7. 符合環保要求
        8. 操作簡單,易于實現機械自動化。
        9. 可避免金屬零件在熱時效過程中產生的翹曲變形、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,振動時效使零件產生塑性變形,降低和均化殘余應力并提高材料的抗變形能力,無疑是導致零件尺寸精度穩定的基本原因。由振動時效的加載試驗結果可知,振動時效件的抗變形能力不僅高于未經時效的零件,也高于經熱時效處理的零件。
        2. 從微觀方面分析,振動時效可視為一種以循環載荷的形式施加于零件上的一種附加的動應力。
        3. 從錯位、晶格滑移等金屬學理論上解釋,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(恢復平衡的束縛力),則微觀區域必然會產生塑性變形,使產生殘余應力的歪曲晶格得以慢慢地恢復平衡狀態,使應力集中處的錯位得以滑移并重新釘扎,達到消除和均化殘余應力的目的。
        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(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速,使工件處于共振狀態。一般工件經30分鐘的振動處理即可達到調整均化殘余應力的目的。
        主機:控制電機的啟動及調速、信號的收集、處理、顯示及打印參數
        激振器:強迫工件振動并將電機轉速及激振頻率反饋回主機
        拾振器:把振動響應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:由構件上最大的動應力來確定,即應保證 σd+σr≥[σ]。Σd與構件的材料和結構有關,一般鑄件為?2kgf/mm2,軟鋼件為?7kgf/mm2。
        3、激振時間:振動的前10分鐘殘余應力變化最快,20分鐘后趨于穩定,一般認為處理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:支撐點應該在工件振動節點上,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,或者傳統振動時效)
        5、用振動時效過程中測出的動態參數曲線,根據曲線的變化、現場,及時判斷振動效果,是國內外推薦認可的方法。
        振動時效最重要的幾個參數是:“支撐點、振型、激振點、拾振點、加速度、固有頻率、時間。”其中振動加速度、共振頻率、共振時間是決定時效工藝效果的主要參數。
        振動時效的實質,是在工件的低頻亞共振點,穩定地亞共振振動15-30分鐘左右,使共振峰出現變化,內部發生微觀的彈性塑性力學變化,從而實現時效目的。
        六,傳統振動時效設備在應用中的問題有那些?
        1 振動時效必須是受過專業培訓的人員操作,一般的工人即使受過培訓也很難掌握這項技術;
        2 有些復雜的工件必須是熟練的專業技術人員操作,一般工廠很難做到;
        3 工件在單件生產時調整相當繁瑣,拾振器支撐點和激振點很難調到最佳狀態,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,對人的技能要求比較高
        5 由于有效振型較少,經振動時效處理后達不到較高精度要求,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;機械制造業覆蓋面僅為23%
        7 噪聲過大也是難以推廣的主要原因。


      責任編輯:商永剛
      本文關鍵詞:振動時效 激振器
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