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振動(dòng)時(shí)效技術(shù)應(yīng)用

時(shí)間：2024-07-04 10:42:23 來源:網(wǎng)絡(luò) 點(diǎn)擊: 699次
一、振動(dòng)時(shí)效技術(shù)應(yīng)用
振動(dòng)時(shí)效技術(shù)，國(guó)外稱之為“Vibrating Stress Relief”簡(jiǎn)稱“VSR”,旨在 通過專業(yè)的振動(dòng)時(shí)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(dòng)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(cuò)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(dòng)時(shí)效的特點(diǎn)
1. 時(shí)效效果好
2. 靈活性強(qiáng)
3. 徹底解決了熱時(shí)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(shí)候不宜高溫時(shí)效的材料和零件的消除應(yīng)力處理
表一 振動(dòng)時(shí)效與熱時(shí)效特點(diǎn)比較
項(xiàng)目 熱時(shí)效 振動(dòng)時(shí)效
應(yīng)力消除 40－80％ 30－90％
能源消耗 高 比熱時(shí)效節(jié)能95％
環(huán)境保護(hù) 有煙氣粉塵廢渣排放 無污染
尺寸穩(wěn)定性 較好 比熱時(shí)效提高30％以上
生產(chǎn)費(fèi)用 150－300元/噸 4－10元/噸
時(shí)效周期 20－60小時(shí) 20－50分鐘
抗變形 較差 比熱時(shí)效提高30－75％
時(shí)效氧化 較大 可忽略不計(jì)
時(shí)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(dòng)時(shí)效的由來及現(xiàn)狀
1. 由來及國(guó)外的應(yīng)用情況
在工件的鑄造、焊接、鍛造、機(jī)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(huì)導(dǎo)致一些不良的后果出現(xiàn)。
如：降低工件的實(shí)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(shí)效、熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效、靜態(tài)過載時(shí)效、爆炸時(shí)效、循環(huán)加載時(shí)效等，雖然都有有缺點(diǎn)，但都在一定程度上達(dá)到消除和均化的目的。
振動(dòng)時(shí)效源自于敲擊時(shí)效，在焊接中，施焊一段時(shí)間后立即用小錘對(duì)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(shí)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(shí)，可給工件出入最大的振動(dòng)能力，從而于1915年在美國(guó)產(chǎn)生世界上第一臺(tái)關(guān)于振動(dòng)消除殘余應(yīng)力的專利。直到五十年代后期，電動(dòng)機(jī)制造水平的提高，輕巧的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備陸續(xù)在美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)家出現(xiàn)，并不斷地被應(yīng)用到機(jī)械制造業(yè)中，大量的實(shí)際應(yīng)用證明這種方法比熱時(shí)效更能提高工件的尺寸穩(wěn)定性。
2. 國(guó)內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀
國(guó)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(guó)考察，把技術(shù)帶回國(guó)內(nèi)，并開始在機(jī)械部、航空部研究移植，并在“六五”期間在機(jī)械部提出攻關(guān)課題―――提高機(jī)床鑄件產(chǎn)品質(zhì)量的大課題里面確定“振動(dòng)時(shí)效可行性研究”。八五年機(jī)械部特批二萬五千美金與美國(guó)馬丁公司合作，引進(jìn)當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的VSR－－790型振動(dòng)時(shí)效設(shè)備及相關(guān)技術(shù)。
特別是九一年JB/T5926-91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)時(shí)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(dòng)時(shí)效的特點(diǎn)
振動(dòng)時(shí)效的實(shí)質(zhì)是以共振的形式給工件施加附加動(dòng)應(yīng)力，當(dāng)附加動(dòng)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(shí)，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(diǎn)有：
1. 投資少
2. 生產(chǎn)周期短
3. 使用方便
4. 適應(yīng)性強(qiáng)
5. 節(jié)約能源，降低成本
6. 機(jī)械性能顯著提高
7. 符合環(huán)保要求
8. 操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化。
9. 可避免金屬零件在熱時(shí)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(dòng)時(shí)效的機(jī)理
1. 從宏觀的角度分析，振動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)效的加載試驗(yàn)結(jié)果可知，振動(dòng)時(shí)效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時(shí)效的零件，也高于經(jīng)熱時(shí)效處理的零件。
2. 從微觀方面分析，振動(dòng)時(shí)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(dòng)應(yīng)力。
3. 從錯(cuò)位、晶格滑移等金屬學(xué)理論上解釋，其主要觀點(diǎn)是振動(dòng)時(shí)效處理過程實(shí)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(dòng)能量，如果施加的這個(gè)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(shì)（恢復(fù)平衡的束縛力），則微觀區(qū)域必然會(huì)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(cuò)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(dòng)時(shí)效工藝過程
A.振動(dòng)工藝裝備如圖所示：它是將一個(gè)具有偏心重塊的電機(jī)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(jī)控制電機(jī)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(dòng)處理即可達(dá)到調(diào)整均化殘余應(yīng)力的目的。
主機(jī)：控制電機(jī)的啟動(dòng)及調(diào)速、信號(hào)的收集、處理、顯示及打印參數(shù)
激振器：強(qiáng)迫工件振動(dòng)并將電機(jī)轉(zhuǎn)速及激振頻率反饋回主機(jī)
拾振器：把振動(dòng)響應(yīng)如加速度幅值等反饋回主機(jī)
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(dòng)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(shí)間：振動(dòng)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(dòng)時(shí)間（min） 10 12 15 20 25 30-50
4、激振點(diǎn)和支撐點(diǎn)：支撐點(diǎn)應(yīng)該在工件振動(dòng)節(jié)點(diǎn)上，激振點(diǎn)一般在兩點(diǎn)支撐點(diǎn)間剛性較大的位置上。(亞共振方式，或者傳統(tǒng)振動(dòng)時(shí)效）
5、用振動(dòng)時(shí)效過程中測(cè)出的動(dòng)態(tài)參數(shù)曲線，根據(jù)曲線的變化、現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)判斷振動(dòng)效果，是國(guó)內(nèi)外推薦認(rèn)可的方法。
振動(dòng)時(shí)效最重要的幾個(gè)參數(shù)是：“支撐點(diǎn)、振型、激振點(diǎn)、拾振點(diǎn)、加速度、固有頻率、時(shí)間?！逼渲姓駝?dòng)加速度、共振頻率、共振時(shí)間是決定時(shí)效工藝效果的主要參數(shù)。
振動(dòng)時(shí)效的實(shí)質(zhì)，是在工件的低頻亞共振點(diǎn)，穩(wěn)定地亞共振振動(dòng)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(shí)現(xiàn)時(shí)效目的。
六，傳統(tǒng)振動(dòng)時(shí)效設(shè)備在應(yīng)用中的問題有那些？
1 振動(dòng)時(shí)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(xiàng)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(shí)調(diào)整相當(dāng)繁瑣，拾振器支撐點(diǎn)和激振點(diǎn)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(duì)人的技能要求比較高
5 由于有效振型較少，經(jīng)振動(dòng)時(shí)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(dòng)；機(jī)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。