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振动时效基本工艺方法

绵阳市重力机电设备有限公司   -12-05 15:06:28 作者:SystemMaster 来源: 文字大小:[大][中][小]

                                                               振动时效基本工艺方法
       振动时效的效果是经过正确的工艺方法来实现的, 工艺方法包括振动频率的选择, 激振点及支承点和振动时间确定等。RSR ( G) 系列具备高度智能化的专家级软件系统, 能完全自动完成振动时效工艺的整个电控过程, 包括主振和副振频率的选择, 时效处理的时间确定和区分不同类型结构件的工艺过程等, 能提供相当准确的加工资料和符合标准的曲线。可完全消除人为误差和避免因操作疏忽而造成不可挽回的损失。
          由于在实际运用中, 不同的结构件有着不同的工艺方法, 经验的积累是完成工艺工作必不可少的事, 在本篇中介绍的基本工艺方法可供参考。但要提醒各位的是RSR ( G) 系列完善的软件控制系统具备在各种情况下( 包括外部工艺即激振点和支承点选择不适当) 可自动调节完成振动时效工艺过程的电控操作过程, 而且取得最佳的处理效果。以下就振动时效工艺的基本方法简要介绍, 供在实际操作中使用手动和半自动时的参考。
一、 基本工艺参数
1、 振动频率的选择
         振动时效是在激振器所产生的周期性外力——激振力的作用下在某一频率使金属结构件共振, 产生足够的动应力来致使内部残余应力消除或匀化来达到时效目的。每一种金属结构件均有几种不同振型的共振频率, 与结构件本身的形状、 重量、 材质和结构钢性等因素有关。振动时效设备在一定的频率范围内经过扫频可检测出不同振型的数个共振频率( 即出现振动最大的峰值频率) , 在正常情况下RSR ( G) 会自动选择最佳的共振频率为主振频率( 其振型称为主振振型) , 为补充主振振型的不足, 在5%的情况下还需选择与主振型不同的另一次低共振频率为附振频率( 其振型称为附振振型) 。RSR ( G) 系列设备对主振频率和附振频率的选择是由软件完成的, 其选择准确性高而且避免了人为因素造成的加工效果不佳等。
        对于某些特殊结构件, 可能其共振频率超出了设备的频率范围, 此时可选择大激振力的设备( 如3508) 采用”分频法”——即在一阶共振频率的对应1/3和1/5等频率上对工件进行时效处理。
2、 振动幅值的选择
       时效处理的振动一般选择在亚共振区, 亚共振区即共振峰值的前沿对应最大振动幅值的1/3-2/3处。选择亚共振区进行时效处理, 不会对结构件造成任何疲劳损伤, 相反还会提高工件的疲劳寿命( 具体见JB/T9526) 。RSR ( G) 经过自动分析软件自动选择振幅, 在时效加工过程中自动检测振幅的变化, 实现自动频率调节控制振幅。
3、 激振力的确定
       激振力的大小是经过工件承受动应力值大小来衡量的, 是振动时效工艺的一个重要参数, 直接影响振动时效的效果, RSR ( G) 系列经过改变偏心轮的偏心距即可调节激振力大小( 即施加于结构件的动应力的大小) 。
        RSR系列设备用加速度值间接反映动应力值的大小, 一般来说动应力大则相应的加速度大, 对于不同的结构件在时效处理时对动应力的要求不一样, 主要结构件的激振力可参照下表所列的主振频率和附振频率的加速度峰值来进行。
激振力调节对应加速度选择表:
选 项
最佳峰值
可选峰值
黑
色
金
属
焊接件
40-100
25-140
铸造件
40-80
25-140
平 台
40-80
25-140
铝
合
金
焊接件
40-80
25-100
铸造件
40-60
25-100
平 台
40-60
25-100
铜
合
金
焊接件
40-100
25-125
铸造件
40-80
25-125
平 台
40-80
25-125

       在有条件的情况下我们也可用动态电阻应变仪来实际测量动应力, 用以确定激振力的大小, 有关数据的表明, 在共振频率下, 最佳动应力为: 焊接结构件为0.07-0.10KN/mm2, 铸铁件不小于0.015KN/mm2。
     RSR ( G) 系列的激振力为轮式无级调节方式, 用户可根据实践来选择合适的激振力, 还可根据计算公式来确定激振力的大小:
F=(Q/G)ω2rsin(ωt)
F—激振力( KN)     Q—偏心环重( kg/100)
G—重力加速度     ω—角速度     r—偏心距( mm)
4、 激振点和支撑点的选择
        当金属结构件以某种振型的共振频率振动时, 其振动值最大处称为波峰, 最小处称为波节( 也称为节线或节点) 。
       正确的选择方法是以主振频率的振型为主, 兼顾辅振频率的振型, 激振器夹持在工件振峰处。支承点尽可能选择在振动的波节处, 传感器则应放在远离激振器的另一波峰处。下图为一梁形工件的工艺安装示例。

     注意: 工件放置于支承体上, 应保持水平稳定, 激振器夹持面应平整, 保证底部与工件可靠的面接触。支承体应选择有一定弹性的材料( 如橡胶、 轮胎、 泡沫塑料和木材等) , 超大型工件还能够选择较松软的土地, 以减少工件——支承——地基三者之间的刚性行击。

         如何寻找和确定工件的波峰和波节, 常见的方法是:
( 1) 撒沙法
工件在共振频率上激振时, 如果在工件平面的各部位撒一些干沙, 观察沙粒振动形成的状态: 沙子集聚在位置为波节, 跳动激烈点为波峰。
( 2) 传感器测试法
      将传感器依次放在工件不同的位置上, 观察加速度值的大小, 最大值处为波峰, 最小值处为波节。
     确定主振频率( 即主振振型) 的波峰和波节的位置后, 再按激振点及支承点的选择原则调整支承和激振器的位置, 这样可获得最佳的振动效果。
        RSR ( G) 系列由于具备高度智能化的专家级软件系统, 因此只要基本符合主振频率( 主振振型) 的工艺即可, 要求并不很高, 即使工艺准确性不够软件也会自动判断效正, 一般情况下, 可不必考虑作为补充的辅振频率( 辅振振型) 的激振点和支承点位置是否准确等情况, 即可完成多振型处理的全自动过程。
5、 激振时间的确定
        在振动时效的处理过程中, 随着残余应力的降低和匀化, 工件的共振频率及振幅( 或动应力) 等均随之变化当残余应力的降低和匀化过程完成后, 这些参数也随之稳定, 这样振动时效的时间可由这些参数的变化情况来确定。
       RSR ( G) 系列完全摒弃了手动操作, 而且其高度智能化的软件系统保证了全自动工艺过程的完成, 适应各种恶劣的工作环境, 因此完全避免了人为误差, 特别是杜绝了生产过程中弄虚作假的情况, 为产品的质量检验提供了可靠的依据。
二、 工艺操作和调试
1、 初调准备
       RSR ( G) 系列产品采用木箱包装, 控制器包装箱采用了防震措施, 但在经过长途运输后, 为防止意外, 设备开箱时需进行检查和试机。具体步骤如下:
( 1) 打开包装箱, 按装箱单检查是否成套齐全。
( 2) 取出配套件, 检查附件是否齐全。
( 3) 将激振器取出, 检查偏心轮是否紧固牢靠而且保证偏心距在最小位置。
( 4) 取出控制器, 检查外观是否变形损坏, 详细阅读操作说明, 作好控制器单独通电准备。
( 5) 在不接电机和传感器等的情况下, 将控制器单独通电, 并按键功能说明试按各功能键, 观察指示灯是否正确”亮  ”
2、 工艺安装操作
       在即将对某一工件进行振动时效处理时, 必须按照一般要求的工艺规范进行安装, 其步骤为:
    ( 1) 先将工件用弹性支撑水平支好, 首次支撑点可经过判断工件属于或类似哪种典型工件( 详见后述典型工件示范) 初步确定, 尽量采用三点支撑, 以将工件支撑平衡、 支撑物压紧牢靠为准。
( 2) 定好激振器位置。将激振器夹平夹牢, 如果工件面太粗糙, 可用砂轮机件将其打平再装。如合适的安装位置无法装夹, 可考虑换至较合适位置, 也能够制作专用夹具或其它工具来安装。
( 3) 传感器的安装一定要稳固牢靠, 安装处表面一定要光洁, 必要时可用砂轮或砂布打平打光, 以吸合后手感无晃动和不易取下为准。
3、 人工辅助工艺试调
      如果在进行时效的工件是未建有工艺卡或是以前从未试过的, 则首先能够先进行手动工艺试验和调节, 按以下步骤进行, 但这一般不是必须的, 也能够直接使用自动运行观察一次扫描过程进行:
( 1) 将激振器的偏心距调至最小, 在设备的扫频范围内逐渐升速经过观察加速度值的变化找寻共振峰, 发现峰值处后, 在峰值前后以”慢升速”观察加速度值的变化, 而且经过调整激振力的大小( 必须停机) 使最大加速度值基本符合范围要求。需要注意的是一个工件有几种振型的振峰, 对每一振型均同样处理, 应分别予以记录。
( 2) 在寻找振峰的同时, 应随时观察激振点和支撑点是否合适, 如不合适应作必要的调整。
( 3) 人工调试过程中, 应逐步加大激振力, 尽可能选择低频率的共振峰作为主振频率和辅振频率, 当确定主振频率和辅振频率后即完成了人工辅助工艺试调过程。
为避免振动强度过大而损伤工件, 最大加速度不允许过大, 除此之外还必须注意以下几点:
( 1) 尽量观察低转速时所激起的共振峰, 调整激振力使加速度值达到40m/s2以上, 以较大激振力激起低频率的共振峰作为主振频率和辅振频率, 这样使用自动运行能够获得较好的时效效果。
( 2) 最后确定的激振点和支持点以主振振型为主选择, 如能兼顾辅振振型更好。
( 3) 一般情况下RSR ( G) 只需完成主振频率的时效即可, 如果需要补充, 将软件系统自动进行。
4、 自动操作方式
       RSR ( G) 系列设备有较强的自动功能, 自动操作方式可适应全部类型的金属结构件的时效加工要求。
      自动方式加工过程包括一次扫频→主振频率时效→主振频率二次局部扫频→( 附振频率时效→辅振频率二次局部扫频) →精确资料和分析结果打印→曲线打印。
RSR ( G) 系列设备的自动方式可重复打印精确的资料及其分析结果, 同时打印曲线作为参考, 并用中文详细注释。
      注: 在时效过程中由于设备的自动频率跟踪功能的作用造成时效转速发生变化, 使曲线记录产生变化或突变, 有时可能会有几次, 但不影响时效效果。自动频率跟踪功能可避免时效过程中由于应力变化的作用而使加工点超出亚振区而对工件造成损害, 同时也可对外工艺方法( 如激振点和支承点的选择等) 等不是很合适或支承体与地基产生相对移动等造成的影响进行自动校正, 这也是RSR ( G) 系列的独特软件功能。
 6、 时效效果的分析和判断
         振动时效效果的判断依据中华人民共和国机构行业标准JB/T9526《振动时效工艺参数选择及技术要求》和振动时效工艺效果评定方法( 详见附录) 。RSR系列设备在自动处理过程中, 由微型计算机完成资料的分析过程, 其效果判断和时间的设定完全自动进行, 在完成加工后经过对资料的分析处理, 可给出时效工艺正确与否和按标准检验的结果。
a、 振幅时间( A-t) 曲线上升后变平
这是因为在时效过程中, 随着残余应力的释放或变化, 工件的材料钢性松弛, 物理性质发生改变, 使振幅不断变化, 一但这种变化停止, 说明残余应力不再释放或变化, 即已达到时效目的。残余应力的变化过程在曲线上反映为振幅上升段, 当振幅平稳后即表明时效过程已完成。 
b、 振幅时间( A-t) 曲线上升后下降后变平
       同a项所述过程原理一样, 不同的是下降是因为工件加工频率逐渐加大, 超过了亚共振区。为了不使加工中的工件疲劳和破坏, 时效设备所做出的保护调节。
c、 振幅频率( A-f) 曲线振后的比振前的峰值升高
在时效过程中由于残余应力的释放, 作为约束力的残余应力变化使工件刚性发生变化减小从而使振幅增大, 这说明在时效过程中残余应力是朝着消除的方向变化的。RSR ( G) 系列主参数是转速, 因此采用A-n曲线。 
d、 振幅频率( A-f) 曲线振后的比振前的峰值点左移
      同前项所述原理一样, 只是由于刚性降低而使共振频率降低。
e、 振幅频率( A-f) 曲线振后的比振前的带宽变窄
由于时效过程中残余应力变化使钢性降低, 工件的共振变得较容易, 直接反映就是频带变窄。 
        若时效过程结束后, 经过曲线和参数发现没有出现其中任何一种变化, 则说明: ㈠工艺方法需作进一步调整, 直到出现正常效果。㈡工件自身没有可释放应力。
三、 典型工件的工艺示范
        在实际加工中, 工件的重量、 体积、 结构和形状是千变万化的, 因此大部分情况下对某种工件没有进行振动时效之前是不可能准确地给出各种工艺参数。工件的主振频率、 辅振频率、 激振力的大小、 激振点和支承点的位置等各种工艺参数, 必须经过调整才能得出。但并不是说对各种各样的工件工艺毫无规律可言, 特别是对工件的激振点和支撑点的确定, 在一些典型工件上是有规律可循的, 其它形状的工件可参考这些典型工件来大致确定, 并逐步进行调整。
       在大量的振动时效加工实践中, 经过试验和总结, 对于一些典型工件, 如梁型, 环型和矩型工件等, 其激振点和支撑点位置是可基本确定的, 具体属于哪种类型, 以工件底部形状确定。
1、 梁型工件
        梁型工件是指长度大于宽度许多的工件, 如行车大梁等。这种工件的支撑一般为两点( 每一点用两个橡胶垫) 分别位于距两端( 2/9) L处, 激振器一般安装于中心位置处, 也可安装于两端, 传感器则位于远离激振器的波峰处。在主振频率上一般为弯曲振型, 其节线一般位于距两端( 2/9) L处, 因此支撑点位置是合适的, 激振器一般放在1处, 也可在2、 3处, 传感器则可放在1、 2、 3任何一处, 但应避开激振器.

2、 环形工件
        环形工件的主振振型一般是沿周边的环状波动弯曲振型, 其节线数量常为3的整数倍, 一般支撑点可按三点均匀( 1200) 分布, 激振器装在任意两点之间。有时根据节线数量的不同( 即不为三的整倍数) 时, 可使用四点十字形支撑或三点非均布支撑——即使其中两支撑点夹角为1500——1700之间, 激振器则位于这两点之间或稍偏, 另一支撑点则为于另一边两支撑点中间。传感器位于远离激振器的波峰处。 

3、 矩型工件
         矩型工件随着长宽比的不同。其主振振型有弯曲振型和扭曲振型两种。一般来说长宽比较小( 即接近正方形) 的工件主振振型一般为扭曲振型, 其支撑点为三点。而长宽比较大( 即长方形) 的工件主振振型一般为弯曲振型, 其支撑点为四点。激振器一般放置于1处, 也可在2、 3处, 传感器则必须避开激振器位置, 选择1、 2、 3任意一处。

4、 小型件的平台振动处理
       小型件一般指几公斤至几百斤的工件。这些工件较小, 若一件件地对其进行振动时效, 有着诸多方面的困难, 如共振频率高且超出设备的频率范围和激振器装夹不了等。还有一种工件( 如圆柱形) 因形状限制使激振器无法装卡。在这种情况下, 可采用平台振动时效法, 即将数个至数十个工件装在一特制平台上, 使平台与工件进行振动, 同样能够达到时效效果。

          平台的结构一般采用长矩形, 长宽比选择3-4左右比较好( 如长*宽=5000*1600mm2) ,厚度以30-50mm为宜, 激振器可采用夹持或螺孔安装。由于平台为长矩形, 主振型为弯曲振型, 因此采用四点支撑。注意工件安装尽量避开图中所示的虚线框即节线附近, 由于平台为控制振型, 一般为弯曲振型, 因此工件应纵向放置。采用平台处理能对工件进行批量加工, 能够同时加工不同的工件, 提高了工作效率, 一旦工艺确定后, 支撑点、 激振点和传感器安装均无需改变, 也简化了工艺操作。须要说明一点: 平台振动时效的效果等同于单件的振动时效的效果。