技術(shù)胡女士
振動時效機(jī)消除應(yīng)力方案
一、關(guān)于振動時效消除應(yīng)力的原理
近二十多年來，國內(nèi)外出現(xiàn)了“振動處理技術(shù)”用來調(diào)整金屬構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力，以代替熱處理技術(shù)，它屬于機(jī)械作用法。這種新技術(shù)在國外被稱做“Vibratory Stress Relief Method”（簡稱VSR）。由于這種方法可以降低或均化金屬構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力，因此可以提高構(gòu)件的使用強(qiáng)度，減少變形，可以防止或減少由于熱處理和焊接產(chǎn)生的微觀裂紋。特別是在節(jié)省能源、處理時間上具有明顯效果，因此被許多國家大量使用。
振動消除應(yīng)力實(shí)際上就是用周期的動應(yīng)力疊加，使局部產(chǎn)生塑性變形而釋放應(yīng)力。振動處理時，通過激振器對被處理金屬構(gòu)件施加一動應(yīng)力，如果動應(yīng)力幅與被處理的金屬構(gòu)件上某些點(diǎn)所存在的殘余應(yīng)力之和達(dá)到或超過材料的屈服極*，這些點(diǎn)將產(chǎn)生晶格滑移，盡管宏觀上沒有達(dá)到屈服極限，也同樣會產(chǎn)生微觀的塑性變形，而且這種塑性變形往往是首先發(fā)生在殘余應(yīng)力zui大的點(diǎn)上，使這些點(diǎn)受約束的變形得以釋放從而降低了殘余應(yīng)力。這就是振動時效消除殘余應(yīng)力的機(jī)理。即
σ動+σ殘>σs
式中：σ動——施加在被處理件上的周期動應(yīng)力。
σ殘——被處理件中的殘余應(yīng)力。
σs ——被處理件材料的屈服極限。
根據(jù)上述機(jī)理和大量實(shí)踐，表明振動時效的一個突出特點(diǎn)是：高應(yīng)力降低的比例大，特別是應(yīng)力集中處，殘余應(yīng)力降低快。
由于振動時效的上述作用，使該項(xiàng)技術(shù)得到廠礦企業(yè)和國家的重視和認(rèn)可，1991年制定了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5928.91（現(xiàn)實(shí)行JB/T10375-2002），并在1993年被國家科委批準(zhǔn)為“*科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃”項(xiàng)目，在全國普遍推廣。有機(jī)床、重型機(jī)械、冶金設(shè)備、造船、鐵路、化工機(jī)械、汽車制造、核工業(yè)等機(jī)械構(gòu)件都可以采用振動時效來消除應(yīng)力，代替原熱時效工藝。特別是振動消除應(yīng)力近幾年運(yùn)用到國防、航空、航天等*中，其中高速鐵路，航天飛機(jī)發(fā)行架均采用了振動消除應(yīng)力技術(shù)。
二、振動時效處理對金屬構(gòu)件的作用
振動時效是對具有殘余應(yīng)力的金屬構(gòu)件進(jìn)行振動處理，使構(gòu)件在共振頻率下振動。由于在共振狀態(tài)下構(gòu)件按一定的振型產(chǎn)生彈性變形而產(chǎn)生動應(yīng)力，當(dāng)這個動應(yīng)力與構(gòu)件上各點(diǎn)的殘余應(yīng)力相疊加后，大于材料的屈服極限，則在該點(diǎn)出現(xiàn)局部的塑性變形，因而應(yīng)力得到釋放。所以振動時效從原理上來說，就是降低構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力。應(yīng)力降低的水平與構(gòu)件內(nèi)的動應(yīng)力大小有關(guān)，動應(yīng)力大則消除應(yīng)力的效果高，動應(yīng)力小，消除應(yīng)力的效果也低。
振動時效既然可以降低應(yīng)力，則必然可以消除或降低殘余應(yīng)力對構(gòu)件的影響。其作用有如下幾方面：
①降低和均化應(yīng)力，消除應(yīng)力集中，防止裂紋
因?yàn)檎駝舆^程中殘余應(yīng)力大的點(diǎn)首*入屈服，所以高應(yīng)力點(diǎn)下降的比例大，使應(yīng)力均化程度高，從而降低應(yīng)力集中而防止裂紋。
②減少或防止構(gòu)件變形
構(gòu)件的變形是由于殘余應(yīng)力特點(diǎn)造成的，因?yàn)闅堄鄳?yīng)力的分布和量值具有很大的隨機(jī)性，分布不均且量值差別太大，所以容易產(chǎn)生變化，即可變性。殘余應(yīng)力的變化，必然使構(gòu)件產(chǎn)生變形，因此在使用前或安裝前，通過振動時效使應(yīng)力降低和均化，必然防止或減少變形。
③提高焊接構(gòu)件的疲勞壽命，增加使用周期
通過大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，振動時效可提高焊件的疲勞壽命50%以上，提高使用壽命0.5~1倍。
由于振動時效的上述作用，使該項(xiàng)技術(shù)得到廠礦企業(yè)和國家的重視和認(rèn)可，1991年制定了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5926.91，并在1993年被國家科委批準(zhǔn)為“*科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃”項(xiàng)目，在全國普遍推廣。
三、振動時效具有的特點(diǎn)：
1）投資少，生產(chǎn)周期短
2）使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)
3）節(jié)約能源，降低成本
4）機(jī)械性能顯著提高
5）符合環(huán)保要求
6）操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化。
7）可避免金屬零件在熱時效過程中產(chǎn)生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。
四、一般構(gòu)件實(shí)施方案
振動時效的實(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)時效目的。
1、根據(jù)振動時效工藝標(biāo)準(zhǔn)，采取如下方案：
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zui大的動應(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）激振時間：振動的*分鐘殘余應(yīng)力變化zui快，20分鐘后趨于穩(wěn)定，一般認(rèn)為處理20-50分鐘即可。
4）激振點(diǎn)和支撐點(diǎn)：支撐點(diǎn)應(yīng)該在工件振動節(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。
5）根據(jù)振動實(shí)效設(shè)備打印出的手動模式曲線或自動模式曲線對照國家機(jī)械行業(yè) JB/T10375—2002標(biāo)準(zhǔn)中的相應(yīng)條款來看振動實(shí)效效果。
參照J(rèn)B/T10375-2002中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《焊接構(gòu)件振動時效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》
2、根據(jù)構(gòu)件的形狀及大小實(shí)際情況，選擇VSRZY-Ⅶ型振動時效消除應(yīng)力設(shè)備（詳細(xì)參數(shù)參考報(bào)價(jià)單）：
1）對于較大構(gòu)件采取直接振動時效處理方式，
2）對于小型構(gòu)件或剛度較強(qiáng)的構(gòu)件，其共振頻率較高，單件裝卡時激振器的激振參數(shù)滿足不了要求。因此根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理，可以采用組合振動法（其中包括串聯(lián)、并聯(lián)聯(lián)接）、懸臂法、振動臺法處理該類構(gòu)件。
五、針對構(gòu)件具體實(shí)施方案
該構(gòu)件板厚一般在2mm-3mm，經(jīng)過切割，折彎，焊接等工藝，在過程中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，對構(gòu)件會產(chǎn)生扭曲及變形等問題，針對這一情況我們具體實(shí)施方案如下：
針對構(gòu)件的特點(diǎn)，我們在整個構(gòu)件的加工過程中總共做3次振動時效處理。
1. 在原材料切割，折彎成C形時做*次振動時效處理。具體就是做一塊大概長2000mm寬1500mm厚35—40mm的平臺，把C形工件剛性的固定在平臺上，把激振器裝卡在平臺上，以平臺的振動來帶動工件的振動處理。
2. 在將2個C形工件焊接在一起，成一個方形管子做第二次振動時效處理。方法于*次相同，將工件剛性的固定在平臺上。
3. 在方管的側(cè)壁焊接大概8mm的板，在使用焊機(jī)的情況下焊接的。這次在焊機(jī)焊接好之后不要把控制構(gòu)件變形的工裝拆開，直接將工件和工裝整體剛性的固定在平臺上進(jìn)行振動時效處理。
整個振動時效處理過程需要注意就是一定要把工件剛性的固定在平臺上，在做第三次振動時效處理時一定不要拆開工裝，平臺的大小可以根據(jù)構(gòu)件一次性處理的工件數(shù)量可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，平臺厚度zui少也要35mm厚，太薄效果不會太好的。
福州震動時效機(jī)廠生產(chǎn)
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