JH振动时效设备在装载机变速箱箱体铸件上的应用

装载机变速箱箱体毛坯重量约310kg，材质为HT200，*件壁厚大多在10mm～20mm之间，局部厚度达到70mm，属于中大型、薄壁铸件，由于壁厚不均匀导致铸件在凝固收缩过程中产生大量的残余应力，为了消除残余应力，须进行时效处理。目前，常用的时效方法有退火处理或自然时效处理，退火处理成本高、耗能、费时且污染环境，某公司在使用JH振动时效设备对工件进行处理前，一直使用煤窑退火处理。JH振动时效设备采用的是一种新型的时效处理技术，克服了上述的缺点，JH振动时效设备已经在装载机变速箱箱体铸件上得到成功应用。

1 振动时效技术简介

振动时效技术是采用机械共振的方法消除或均化铸件、锻件 、焊接件在热加工或机械加工过程中所产生的残余应力，有效防止机械产品在使用过程中因残余应力释放而造成的变形甚至开裂的时效处理。

振动时效比热时效节能95％左右，处理时间需20min～30min，振动时效设备便宜，投资少，不需要建大型的热时效炉，对环境没有任何污染，没有热辐射，没有烟尘，没有煤渣等废弃物，综合成本是热时效的2％～5％，是一种节能、省时、绿色环保的时效处理技术。

2 试验过程  

2.1主要试验仪器

采用JH-200A全自动液晶振动时效设备、振动台、JH-80应力磁测系统、三维坐标测量仪等。

2.2试验方法

对箱体铸件分别做振动时效和退火处理两种状态下的残余应力消除率、尺寸变形量的对比试验。

退火处理采用煤窑退火。振动时效根据*件结构，选择将激振器和*件固定在振动台上，选择不同的激振器固定位置、*件夹持点、*件个数和振动频率，通过测量和比较试验数据，选择一种*佳的方法。

2.2.1振动时效和退火处理两种状态下的残余应力消除率对比

残余应力测试原理及方法：由于此*件属于铁磁材料，应力测试采用磁应变法，此方法属无损检测，所用仪器JH-80应力磁测系统轻巧、简单，测试方便。该方法的原理是利用铁磁材料的磁致伸缩效应来测定工件的内应力。某一频率及强度的磁场通过金属表面的一定深度时，其磁导率的大小依赖于应力大小及方向。磁导率作为强量与应力强量是相似是重合的。平面应力状态下，应力与磁导率或电流不存在单值的线性关系，但主应力方向所输出的电流差与主应力差存在单值线性关系。敏系数K可通过单向拉压实验确定。标定试样选择与被测材料同样化学成分和同一热处理状态的无内应力材料制成。本次应力测试的深度为1.96mm，分别在两个箱体毛坯上做退火处理和振动时效在去应力效果的比较试验。

测点的选择：测点应尽量选择箱体铸件应力*大区域或铸件主要部位，即一般在冷却不均匀或*后冷却的区域，本次试验在两个箱体上的同一位置选择了8个容易产生裂纹的点进行残余应力测试，记录测试数据。

2.2.2铸件在振动时效和退火处理两种状态下的尺寸变形量对比

用三坐标准确测量了6件经JH振动时效设备和退火处理处各3件箱体*件的5个重要尺寸在三个月时间内的变形量。

3 试验数据分析

3.1应力消除率

经过JH-200A全自动液晶振动时效设备处理的铸件应力消除率在31％～46之间，退火处理的应力消除率在29％～43％之问，从应力消除率上比较，振动时效效果稍好于退火处理。从应力均化程度上比较，振动时效效果也稍好于退火处理。

3.2铸件尺寸变形量

在三个月内，两种时效处理的箱体的尺寸变形量各有不同，振动时效在0.001mm～0.0183mm之间，退火处理在0.001～0.0116mm之间，采用振动时效处理的箱体变形量与采用退火处理的箱体变形量都相当小，与尺寸公差相比也是很小的。

4 成本、效率对比

经过核算，煤窑退火处理每炉箱体毛坯大约需要8h，振动时效处理一批箱体需要25min左右，大幅度提高了生产效率和降低了生产成本。

退火处理一个箱体的综合成本包括能源、工时、设备等为61.60元，而采用振动时效处理则需要0.75元，两种成本比较，振动时效比退火处理降成本为60.85元，经济效益十分可观。

5 结论及推广应用

JH振动时效设备在箱体*件上的应用是成功的，此设备还可应用在装载机变矩器壳体上。JH振动时效设备不仅在装载机变速箱箱体铸件上得到成功应用，更广泛应用在航空航天、高速铁路、土木工程、桥梁钢构、大型船舶、工程机械、冶金化工机械、吊装起重设备、电力机械、大型泵阀、模具制造、汽车制造、机械加工等诸多领域。

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