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盘类铸件振动时效工艺研究

分类:消除残余应力    关键词:振动时效

工件形状不同,其振动时效工艺参数也不同。聚航科技以盘类铸件为试验对象,根据试件振动时效工艺参数与其结构振动模态和试件残余应力分布情况等关系进行理论分析和试验研究,提出合理有效地振动时效工艺参数优化方法,促进振动时效技术的推广应用。

振动形态的测试分析

利用实验模态分析技术可以准确、方便的测得构件的固有振动形态,我们使用MODAL4.1试验模态分析系统对3种典型盘类铸件进行模态分析实验,得到盘类零件的振动形态。其中c、d两个振型半径方向具有均匀分布的弯曲振动变形,类似于鼓型,我们称之为鼓型振型。而另两个a、b振型沿圆周方向具有均匀分布的弯曲振动变形,类似于马鞍形,故称其为鞍型振型。

振动形态的选择

测试圆盘形铸件由于功能和强度设计要求,圆盘表面有加强筋,这些加强筋使得铸件结构形状尺寸发生突变,必然造成残余应力在这些位置的集中,根据弹性力学理论可知,该铸件残余应力在半径方向σ较大,而周向应力σ较小,在进行振动时效工艺时,应该主要消除半径方向的残余应力。

上述所讲的盘类铸件的固有振动形态中a、c两种振型主要在轴向发生振动变形,则主要产生周向动应力,而b、d两种模态振型主要在半径方向发生振动变形,产生径向动应力,依据鼓型和鞍型两类振型,其振动时效方法可以定位为两类;①鼓型振动,将激振器夹持在圆盘中心孔的边缘,弹性支撑在圆周上的3个节点处,整个系统与敲击鼓面的振动方式相类似,其振动形态可以选择b、d模态振型;②鞍型振动,将激振器夹持在圆盘中心孔边缘或圆周的边缘,弹性支撑仍然在底面圆周上的3个节点处整个系统作马鞍形弯曲振动,其对应的振动形态为a、c模态振型。

对于测试圆盘铸件,应选择鼓型振动时效方式,以在径向产生较大的动应力,使半径方向的残余应力得到有效地消除和均化。

振动时效工艺参数确定

激振频率

激振频率的选择是产生共振的关键,由于低阶振型容易激发,各部位振动变形均匀且幅值较大,加之国产的振动时效设备大多采用偏心式激励结构,激励频率受限,因此在选择振动模态时,应选择满足振型要求的低阶动模态,同时,根据构件残余应力分布特点选择振型即所选振型,应使试件上应力较为集中的部位或方向都有均匀且幅值较大的振动变形,以产生足够的动应力,并以该阶振型对应的固有频率作为激振频率。

激振点

振动时效过程中,激振点也是影响时效效果的关键参数,研究表明,将激振点安置所选振型的波峰处可以产生较好的效果,且节省能源。

支撑点

支撑点位置应该放置在所选振型的节点位置,这样可以减少支撑对工件振动形态的影响,使试件充分自由的振动。

激振力

由于选定了试件的低阶固有频率激振,故较小的激振力即可激励起足量的振动,根据经验,一般取试件重量的1/10作为激振力幅值。

激振时间

试验表明,激振时间对振动时效技术效果的影响不很明显,根据经验,大件取30min,中小件取10min-20min。

总结

盘类铸件的振动时效工艺参数设计,根据试件的残余应力分布情况,可分别选择鼓型振型和鞍型振型作为参数设计的基本依据,即当残余应力以径向分别为主时,应采用鼓型振型;当残余应力以周向分布为主时,应选择鞍型振型。



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