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技術(shù)胡女士
振動(dòng)時(shí)效機(jī)消除應(yīng)力方案
一、關(guān)于振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力的原理
近二十多年來，國內(nèi)外出現(xiàn)了“振動(dòng)處理技術(shù)”用來調(diào)整金屬構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力，以代替熱處理技術(shù)，它屬于機(jī)械作用法。這種新技術(shù)在國外被稱做“Vibratory Stress Relief Method”（簡稱VSR）。由于這種方法可以降低或均化金屬構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力，因此可以提高構(gòu)件的使用強(qiáng)度，減少變形，可以防止或減少由于熱處理和焊接產(chǎn)生的微觀裂紋。特別是在節(jié)省能源、處理時(shí)間上具有明顯效果，因此被許多國家大量使用。
振動(dòng)消除應(yīng)力實(shí)際上就是用周期的動(dòng)應(yīng)力疊加，使局部產(chǎn)生塑性變形而釋放應(yīng)力。振動(dòng)處理時(shí)，通過激振器對被處理金屬構(gòu)件施加一動(dòng)應(yīng)力，如果動(dòng)應(yīng)力幅與被處理的金屬構(gòu)件上某些點(diǎn)所存在的殘余應(yīng)力之和達(dá)到或超過材料的屈服極*，這些點(diǎn)將產(chǎn)生晶格滑移，盡管宏觀上沒有達(dá)到屈服極限，也同樣會(huì)產(chǎn)生微觀的塑性變形，而且這種塑性變形往往是首先發(fā)生在殘余應(yīng)力zui大的點(diǎn)上，使這些點(diǎn)受約束的變形得以釋放從而降低了殘余應(yīng)力。這就是振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力的機(jī)理。即
σ動(dòng)+σ殘>σs
式中：σ動(dòng)——施加在被處理件上的周期動(dòng)應(yīng)力。
σ殘——被處理件中的殘余應(yīng)力。
σs ——被處理件材料的屈服極限。
根據(jù)上述機(jī)理和大量實(shí)踐，表明振動(dòng)時(shí)效的一個(gè)突出特點(diǎn)是：高應(yīng)力降低的比例大，特別是應(yīng)力集中處，殘余應(yīng)力降低快。
由于振動(dòng)時(shí)效的上述作用，使該項(xiàng)技術(shù)得到廠礦企業(yè)和國家的重視和認(rèn)可，1991年制定了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5928.91（現(xiàn)實(shí)行JB/T10375-2002），并在1993年被國家科委批準(zhǔn)為“*科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃”項(xiàng)目，在全國普遍推廣。有機(jī)床、重型機(jī)械、冶金設(shè)備、造船、鐵路、化工機(jī)械、汽車制造、核工業(yè)等機(jī)械構(gòu)件都可以采用振動(dòng)時(shí)效來消除應(yīng)力，代替原熱時(shí)效工藝。特別是振動(dòng)消除應(yīng)力近幾年運(yùn)用到國防、航空、航天等*中，其中高速鐵路，航天飛機(jī)發(fā)行架均采用了振動(dòng)消除應(yīng)力技術(shù)。
二、振動(dòng)時(shí)效處理對金屬構(gòu)件的作用
振動(dòng)時(shí)效是對具有殘余應(yīng)力的金屬構(gòu)件進(jìn)行振動(dòng)處理，使構(gòu)件在共振頻率下振動(dòng)。由于在共振狀態(tài)下構(gòu)件按一定的振型產(chǎn)生彈性變形而產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力，當(dāng)這個(gè)動(dòng)應(yīng)力與構(gòu)件上各點(diǎn)的殘余應(yīng)力相疊加后，大于材料的屈服極限，則在該點(diǎn)出現(xiàn)局部的塑性變形，因而應(yīng)力得到釋放。所以振動(dòng)時(shí)效從原理上來說，就是降低構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力。應(yīng)力降低的水平與構(gòu)件內(nèi)的動(dòng)應(yīng)力大小有關(guān)，動(dòng)應(yīng)力大則消除應(yīng)力的效果高，動(dòng)應(yīng)力小，消除應(yīng)力的效果也低。
振動(dòng)時(shí)效既然可以降低應(yīng)力，則必然可以消除或降低殘余應(yīng)力對構(gòu)件的影響。其作用有如下幾方面：
①降低和均化應(yīng)力，消除應(yīng)力集中，防止裂紋
因?yàn)檎駝?dòng)過程中殘余應(yīng)力大的點(diǎn)首*入屈服，所以高應(yīng)力點(diǎn)下降的比例大，使應(yīng)力均化程度高，從而降低應(yīng)力集中而防止裂紋。
②減少或防止構(gòu)件變形
構(gòu)件的變形是由于殘余應(yīng)力特點(diǎn)造成的，因?yàn)闅堄鄳?yīng)力的分布和量值具有很大的隨機(jī)性，分布不均且量值差別太大，所以容易產(chǎn)生變化，即可變性。殘余應(yīng)力的變化，必然使構(gòu)件產(chǎn)生變形，因此在使用前或安裝前，通過振動(dòng)時(shí)效使應(yīng)力降低和均化，必然防止或減少變形。
③提高焊接構(gòu)件的疲勞壽命，增加使用周期
通過大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，振動(dòng)時(shí)效可提高焊件的疲勞壽命50%以上，提高使用壽命0.5~1倍。
由于振動(dòng)時(shí)效的上述作用，使該項(xiàng)技術(shù)得到廠礦企業(yè)和國家的重視和認(rèn)可，1991年制定了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5926.91，并在1993年被國家科委批準(zhǔn)為“*科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃”項(xiàng)目，在全國普遍推廣。
三、振動(dòng)時(shí)效具有的特點(diǎn)：
1）投資少，生產(chǎn)周期短
2）使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)
3）節(jié)約能源，降低成本
4）機(jī)械性能顯著提高
5）符合環(huán)保要求
6）操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化。
7）可避免金屬零件在熱時(shí)效過程中產(chǎn)生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。
四、一般構(gòu)件實(shí)施方案
振動(dòng)時(shí)效的實(shí)質(zhì)，是在工件的低頻亞共振點(diǎn)，穩(wěn)定地亞共振振動(dòng)15-30分鐘左右，使共振峰出現(xiàn)變化，內(nèi)部發(fā)生微觀的彈性塑性力學(xué)變化，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)效目的。
1、根據(jù)振動(dòng)時(shí)效工藝標(biāo)準(zhǔn)，采取如下方案：
1）激振頻率：選擇共振區(qū)別明顯處，一般鑄件可以采用中頻大激振力，焊接件可分頻激振。
2）激振力：由構(gòu)件上zui大的動(dòng)應(yīng)力來確定，即應(yīng)保證 σd+σr≥[σ]。Σd與構(gòu)件的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般鑄件為?2kgf/mm2,軟鋼件為?7kgf/mm2。
3）激振時(shí)間：振動(dòng)的*分鐘殘余應(yīng)力變化zui快，20分鐘后趨于穩(wěn)定，一般認(rèn)為處理20-50分鐘即可。
4）激振點(diǎn)和支撐點(diǎn)：支撐點(diǎn)應(yīng)該在工件振動(dòng)節(jié)點(diǎn)上，激振點(diǎn)一般在兩點(diǎn)支撐點(diǎn)間剛性較大的位置上。
5）根據(jù)振動(dòng)實(shí)效設(shè)備打印出的手動(dòng)模式曲線或自動(dòng)模式曲線對照國家機(jī)械行業(yè) JB/T10375—2002標(biāo)準(zhǔn)中的相應(yīng)條款來看振動(dòng)實(shí)效效果。
參照J(rèn)B/T10375-2002中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》
2、根據(jù)構(gòu)件的形狀及大小實(shí)際情況，選擇VSRZY-Ⅶ型振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力設(shè)備（詳細(xì)參數(shù)參考報(bào)價(jià)單）：
1）對于較大構(gòu)件采取直接振動(dòng)時(shí)效處理方式，
2）對于小型構(gòu)件或剛度較強(qiáng)的構(gòu)件，其共振頻率較高，單件裝卡時(shí)激振器的激振參數(shù)滿足不了要求。因此根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理，可以采用組合振動(dòng)法（其中包括串聯(lián)、并聯(lián)聯(lián)接）、懸臂法、振動(dòng)臺(tái)法處理該類構(gòu)件。
五、針對構(gòu)件具體實(shí)施方案
該構(gòu)件板厚一般在2mm-3mm，經(jīng)過切割，折彎，焊接等工藝，在過程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，對構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生扭曲及變形等問題，針對這一情況我們具體實(shí)施方案如下：
針對構(gòu)件的特點(diǎn)，我們在整個(gè)構(gòu)件的加工過程中總共做3次振動(dòng)時(shí)效處理。
1. 在原材料切割，折彎成C形時(shí)做*次振動(dòng)時(shí)效處理。具體就是做一塊大概長2000mm寬1500mm厚35—40mm的平臺(tái)，把C形工件剛性的固定在平臺(tái)上，把激振器裝卡在平臺(tái)上，以平臺(tái)的振動(dòng)來帶動(dòng)工件的振動(dòng)處理。
2. 在將2個(gè)C形工件焊接在一起，成一個(gè)方形管子做第二次振動(dòng)時(shí)效處理。方法于*次相同，將工件剛性的固定在平臺(tái)上。
3. 在方管的側(cè)壁焊接大概8mm的板，在使用焊機(jī)的情況下焊接的。這次在焊機(jī)焊接好之后不要把控制構(gòu)件變形的工裝拆開，直接將工件和工裝整體剛性的固定在平臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理。
整個(gè)振動(dòng)時(shí)效處理過程需要注意就是一定要把工件剛性的固定在平臺(tái)上，在做第三次振動(dòng)時(shí)效處理時(shí)一定不要拆開工裝，平臺(tái)的大小可以根據(jù)構(gòu)件一次性處理的工件數(shù)量可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，平臺(tái)厚度zui少也要35mm厚，太薄效果不會(huì)太好的。
福州震動(dòng)時(shí)效機(jī)廠生產(chǎn)
