曲柄铸件振动时效新工艺的应用

某工厂是生产石油机械和炼油化工设备的厂家，其中，生产抽油机所需的铸铁件，种类繁多，时效量大。例如灰铸件曲柄，就有50多个品种。由于在铸造生产过程中，曲柄件内部产生铸造应力，影响到曲柄的尺寸精度和使用性能，因此必须进行时效处理。

传统的铸铁件时效方法为热时效，但这种时效方式耗能大、成本高、污染环境，且炉温均匀性差，容易产生二次残余应力。为了节约能源，降低成本，厂家选择了振动时效新技术来代替热时效方法。

振动时效工艺操作定及结果判断

试验前的准备

首先，测试件选择了一个具有代表性的曲柄件。材质HT250，外形尺寸3385*800*230mm，重3440kg。设备采用南京聚航科技有限公司的JH-700A交流振动时效设备，采用高速变频伺服电机，激振力大、寿命长、时效效果好。

在初步确定工艺方案时，将曲柄用四个橡胶垫平稳地支撑在工作台上，激振点选在曲柄的一端，加速度传感器放在曲柄的另一端。 在曲柄表面散上沙粒，启动振动时效装置。偏心轮档位选择从1档开始，然后逐步递增1档，直至找到共振频率，并分别进行第一次扫描试验。

振动时效工艺参数的确定

振动时效工艺参数选择主要包括以下7个内容：①支撑点的选择，②激振点的选择，③偏心轮档位选择，④加速度传感器安放位置，⑤主振频率的确定，⑥振动时间的确定，⑦激振力的选择。

支撑点的选择

当偏心档选择7档时，曲柄出现共振现象，沙粒产生剧烈的跳动，沙粒聚拢外为波谷，反之为波峰。因此，根据第一次扫描结果，支撑点选在距曲柄两端大约800mm的位置，以便减小振动能量而获得较大的振动幅值。

激振点的选择

激振点选在共振的波峰处，即曲柄的右端，将激振器用C型夹具固定。

偏心轮档位选择

偏心轮档位选择7档最为合适。

加速度传感器安放位置

传感器拧上磁座，将其吸附在曲轴共振时的波峰处。

主振频率的确定

一般情况下，时效处理可在一阶亚共振区进行，亚共振区是指共振峰前沿，这样可以避免应变的硬化、软化和疲劳损坏，并且振动效果稳定。当偏心轮选择7档时，才能找到曲柄共振频率为3920rpm。其他档位由于电机过载而停机，因此，主振频率确定为3820rpm最为合乎要求。

振动时间的确定

据资料介绍，铸件重量在1-4.5吨时，振动时间为20-30分钟。在试验过程中，取振动时间为20、25和30分钟，分别进行振动时效处理，其结果见图1。

激振力的选择

激振力的选择应根据铸件的不同材质、几何形状以及重量等因素来确定所需要的激振力大小。转速为3820r/min，档位为7档时，激振力为700kgf。

时效结果判断

图1 曲柄特性曲线比较

从图1可以看出，当振动时间为20、25分钟时，时效效果不明显，而当时间为30分钟时，幅值升高、频率左移、频带变窄，判断为时效效果最佳。通过大量实验也证明，振动时间取30分钟最为合适，这样保证了曲柄的尺寸精度和使用性能。

另外，我们对多个不同规格的曲柄也进行了振动时效处理，结果达到了预期目的。通过长期的生产应用，我厂认为采用振动时效技术处理曲柄件是切实可行的。

结论

⑴应用振动时效技术和热时效相比较，耗能低、成本低、生产周期短、效率高、经济效益显著。

⑵振动时效技术，适用于我厂生产的各种曲柄件。