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振动时效工艺在榨辊修补上应用

分类:消除残余应力    关键词:振动时效

榨辊是榨糖生产中重要组成部分,在蔗糖产业发挥着重要作用。近几年来,随着钢铁工业原材料成本的不断上升,降低生产过程中的消耗成为决定企业生存不可忽略的一个因素。企业为了节约成本,会将生产中磨损的榨辊进行回收修补再重新利用。

常用的修补榨辊方法主要是对榨辊的磨损部位进行补焊和消除补焊及生产过程中由于受力问题产生的残余应力。如何更快更好的消除旧榨辊修补后由于焊接的残余应力就成为很重要的问题。

常用的消除应力方法有自然时效、热时效和振动时效。前两种方法费用高、能源消耗大、处理时效长,不利于节约成本。振动时效因无污染、效率高、成本低等特点被欢迎。然而,补焊维修后残余应力主要分布在榨辊两端,如何通过振动时效方式消除残余应力成为了研究重点。

支撑方式对振动时效影响的分析

对于榨辊这类的轴类零件,传统的振动时效方式大多采用简支梁支撑,激振力施放于中部。

采用这种激振方法,能获得较低的共振频率,加载单位力后,变形也是最大的。但这种时效方式产生的应力应变主要集中在榨辊中部,两端变形较小。而榨辊补焊位置主要位于榨辊的两端,这种振动时效方法效果并不明显。如果将支撑点移到中间,使得两端成为悬臂梁的形式,榨辊两端的应力应变情况会得到改善。

ANSYS分析可知,采用两端支撑时,系统共振频率为66HZ,左边补焊处有最大变形(0.018-0.008m),但右边补焊处最大变形量为0.006m,而大部分区域变形量低于0.002m,远远达不到振动时效要求。

当支撑点向内移动时,系统共振频率虽然上升到77Hz,两端补焊处获得的应变相对两端支撑而言较为均匀,变形量为0.01-0.02m。

特别是榨辊左端安装上啮合齿轮后,效果更为明显。虽然共振频率有所升高,但仍在激振器激振频率的范围内。所以上述分析可知,与第一种支撑方式相比,采用第二种支撑方式可以更好的消除榨辊补焊处的残余应力。

案例验证

某公司生产现场进行了振动时效,对工艺进行验证。榨辊轴母体材料为45钢,其支撑处采用自动埋弧焊接方法进行焊接修补,焊接后经车床加工到设计尺寸。采用JH-200A振动时效设备进行消除应力,使用JHMK残余应力检测系统对时效前后的残余应力进行测试。测点布置在榨辊轴支撑处焊接部位靠近过渡圆角处的1/4圆周上,均匀分布选取4个测试点,分别编号为1#2#3#4#,对2#4#进行振动前残余应力测试,对1#3#进行振动后残余应力测试。榨辊用该厂原有的轴承支架两点支撑,激振器固定在榨辊方头端部,激振器偏心角60°。

残余应力计算中,应力释放系数参考值取为;A=-0.097,B=-0.287。

时效振动前,榨辊轴上2#4#测点处残余应力值分别为270和237MPa,两测点的残余应力平均值为253MPa。两点处的应力状态和应力值接近,在一定程度上说明1#3#测点可分别作为2#4#测点的比较点,可以取两测点的平均值以考察时效振动的效果。

时效振动后,榨辊轴上1#3#测点处残余应力值分别为170和200MPa,两测点的残余应力平均值为185MPa。通过结果对比计算发现:振动时效后,1#3#测点的残余应力平均值较2#4#测点的残余应力平均值降低68MPa,下降率为36%。

结论

通过实验证明,振动时效工艺可降低榨辊轴焊接处的残余应力,能够改善和使局部残余应力重新分布,并能在一定程度上改变榨辊轴上残余应力的状态,即能使残余应力向残余压应力转变,可提高榨辊轴的承载能力和使用寿命。


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