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振动时效技术应用案例

分类:消除残余应力    关键词:振动时效

振动时效技术是一种新型的消除应力方法,在国内已得到广泛的应用。在实际应用中也取得了理想的效果和显著的经济效益。某生产厂家在制作电炉水冷板、炼铁40吨料篮、80吨铁水罐、转炉水冷烟道时,就是采用振动时效工艺消除残余应力。下文就是用振动时效工艺消除活动烟罩残余应力案例讲解。

振动时效工艺过程

振动平台设计

本质上,振动平台的设计是为了大大降低工件的工作频率。设计要求平台的抗弯刚度(EI1)要大于工件的抗弯刚度(EI2),以确保平台将谐振传给工件,即EI.EI1/EI22;同时平台上装夹工件后的整体为一梁状系统,使工件的重要部位有计划的得到相应的弯曲,从而保证该部位获得适当的动应力,较好地降低和均匀化残余应力。支撑点应安装在工件的节线处,使工件处于良好的振动状态,激振点应位于工件刚度的最大振幅峰值处。根据活动烟罩的结构特点,我们采用了三点支撑法,即用三个专用橡胶垫构成一个振动平台;将激振器卡在刚性较强的位置,便于激振力的传输,使工件易于起振,工件采取立式,激振器装好,选定激振点。

动应力的选择

动应力是振动时效工艺主要参数之一。试验结果表明:在一定范围内动应力越大,被处理工件的应变释放量也越大,消除应力的效果就越好。但过大的动应力将可能导致工件损伤或降低疲劳寿命。因此,动应力应以工作应力来确定。即σ=(1/3-2/3)σ工作。活动烟罩的重量为4.3吨,参照扫频结果,选择15-20%Fmax的激振力。

时效频率选择

国内的研究表明,以共振峰处的频率作为时效频率,时效过程中,共振峰向低频移动,振动效果并不明显。因此,一般采用亚共振峰值的1/3作为激振频率,实践证明效果较好。在处理活动烟罩过程中,进行第一次扫频,在扫频过程中,检查确定支撑点位置及偏心档;然后根据扫频情况,从低阶到高阶,选一个低阶共振频率作为主振频率,另选1-2个作为辅振频率;由扫频曲线看,只有一个共振峰Nmax=5451rpm

激振时间的选择

振动时效是根据被振构件的材料、结构、重量来确定激振时间。从振动曲线可以看出;振动时效前五分钟残余应力变化最快。十五分钟后基本趋于稳定,说明残余应力降到一定程度后就不再发生变化。

振动时间选择

金属构件重量<1吨 ,10-15分钟;1-5 吨,15-25分钟; >5吨, 25-40分钟。

根据活动烟罩的重量(G重量=4.3吨),时间选择为16min。

激振过程

选取激振频率N=5464.2rpm,进行振动时效,在振动过程中密切观察并记录级速度G随时间的变化以及工件的响振情况。

振后扫频

振动结束后,对部分工作重新扫频,记录加速度及转速;根据振后扫频曲线来看,共振峰Nmax=5464.2rpm。

效果判断

根据JB/T5926-91标准4.1.2条,用幅频特性曲线判断振动时效效果,即在振动时效处理过程中,对工件进行振动时效处理前后的扫频对比及振动时效工艺过程G-t曲线变化,来判断工件的残余应力是否得以降低和均匀化,从而使工件尺寸稳定性得到提高,判据如下:

a. 振幅时间(G-t)曲线先上升后变平。

b. 振幅时间(G-t)曲线先上升后下降再变平。

c. 振幅频率(G-n)曲线振后峰值升高

d. 振幅频率(G-n)曲线振后峰值左移

e. 振幅频率(G-n)曲线振后峰值变窄

由振动时效处理前后的扫频对比可知,G-n曲线振后峰值左移,由振动时效工艺过程G-t曲线可知,G-t曲线先上升后变平,均符合标准,即工件的残余应力得以降低和均化,从而提高工作尺寸稳定性。

实际应用效果

将振动时效处理后的电炉水冷炉壁板应用于电炉生产中,单件使用寿命长达2000多个小时,正在使用的十多件水冷板,质量较好,满足使用要求,受到电炉厂的好评。通过几个月的观察,整个活动烟罩、料篮、水冷板等构件的外形尺寸精度变化较小,稳定性良好。按照机械行业标准和有关技术规范检验,说明应用振动时效工艺是可行的,有效的。


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