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振動消除應力

深圳风采2019024:振動消除應力(振動時效簡介)

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振動時效工藝(Vibrationg Stress Relief 縮寫為 VSR)源于西德,已在美、英、俄、日、德、法等國得到普遍應用,自 1976 年引入我國后也已被幾乎所有機械行業采用,并被國家列為“七五”“八五”重點推廣項目。

振動時效主要用于降低和均化工件的殘余內應力,防止工件變形和開裂。

它是根據工藝要求控制激振器的轉速和偏心使工件發生共振,讓工件需時效部位產生一定幅度、一定周數的交變運動并吸收能量,以便讓工件內部發生一定的微觀粘彈塑性金屬力學變化,從而在一定程度上降低和均化工件內部的殘余應力,提高工件將來的尺寸穩定性及疲勞壽命等性能。它最后通過比較

時效前后及過程中工件的有效固有頻率及其加速度等參數的變化來定性地判斷時效效果。

振動時效適用于碳素結構鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬(銅、鋁、鋅及其合金)等材質的鑄件、煅件、焊接件及其機加工件。

振動時效相比熱時效節能 95%,處理時間只需二、三十分鐘,不占場地,便攜,工件不需運輸可就地處理,可插在任何工序之間多次處理,應力均化效果好,尺寸穩定性更好,工件表面無氧化,幾十米長、數百噸重、上千條焊縫的工件都可適用。

1、機理的力學描述

殘余應力σr 必須和動應力σd 疊加超過某一微觀極限[σ]才能得到降低或均化,即 σd+σr≥[σ].

振動時效機理的另一種描述是:通過模擬工況讓以后可能產生的變形與開裂提前釋放。所以,時效時也可先分析工件的工況再找出合適的振型及振幅去模擬工況。這樣,時效后時效參數若穩定下來,工件在該工況下就不會產生變形。

2、常規振動時效設備構成

主機:控制電機、識別、處理、顯示、打印參數

激振器及測速裝置:激振器強迫工件振動,測速裝置將電機轉速反饋回主機,作為受強迫振動的工件的振動頻率

加速傳感器:把加速度信號反饋到主機

卡具:把激振器固定在橫梁或滾輪架(即下圖中工件)上

膠墊:隔振、降噪

3、具體操作:

影響 VSR 效果的主要因素除時效時間、振幅外,更主要的是工件時效時的振型(也即與其一一對應的共振頻率)。因為振型決定了工件時效時的動應力場,而 VSR 的機理之一就是動應力與殘余應力疊加超過某一極限就會導致殘余應力降低,所以振型也決定了工件各點的殘余應力降低效果。

振型決定了工件各點的殘余應力降低效果,正確并完整的工藝如下:先分析工件的材質、結構、工藝要求、工況失敗原因、殘余應力分布,需重點去應力部位,預期動應力分布等,在振前對工件多點掃頻,在線打印有關曲線數據,綜合所有掃頻曲線對應的固有頻率,操作者一邊快速用??毓δ艿髡?,

一邊用手去快速判斷識別各頻率對應的振型,找出可有效消除工件關鍵部位應力的有效振型(及其對應的有效頻率),直接對這些有效頻率(或曰有效振型)時效,同時在線打印 g~t 曲線以觀察時效進程,以決定何時?;?,然后通過對該頻率(振型)局部掃頻,局部打?。ㄕ獾慵撲慊勺遠迪鄭?,以驗證

評價工件上對應該峰值(或振型)下的那些關鍵部位的時效效果。如果該振型不能覆蓋工件的所有關鍵部位,則應對其它關鍵部位對應的振型(或固頻)進行時效。

按照科學振動時效理論中有關振型分析的工藝原則去做,目前工藝人員已可準確預知去應力部位。若盲目振動時效則不然。

以起重機橫梁(見下圖 a)為例:

掃描得 a-n 曲線如圖(b),根據科學振動時效原理,進行振型分析后由圖(c)(d)顯然可見:共振頻率 n1 可重點消除 A 區應力,n2 可重點消除 B 區應力。

所以,以振型為核心的科學振動時效理論,結合以搖控識別振型、在線打印、多振型時效為基本功能的科學振動時效設備,可準確去除工件關鍵部位的殘余應力。

4、振動時效具有如下工藝效果:

1)可降低殘余應力峰值,均化殘余應力?。?/p>

以某焊接框架振動前后殘余應力分布圖為例:

2)可提高工件的疲勞壽命:

以某焊接框架為例:

時效類型開裂壽命(次)提高率總壽命(次)提高率
未時效143100 456000 
熱時效158000比未時效高10.4%497500比未時效高7.8%
振動時效362000比未時效高152.9%;
比熱時效高129%
934300比未時效高104.9%;
比熱時效高90.1%

3)可提高工件抗靜載變形能力:

以某灰鐵床身加載前后導軌垂直面內不直度變化量(μm)為例:

           抗應變能力
時效工藝
加靜載一噸加靜載4.5噸
 平均值最大值平均值最大值
振動時效件0.280.430.941.39
未振動時效件0.490.741.211.62
抗變形能力提高(%)75722917

4)可提高工件抗動載變形能力:振動時效比熱時效提高 70%,比不時效提高 1-3 倍

5)可提高工件的尺寸保持精度:

銑床工作臺 11 個月后變形分布如右圖: