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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/5,#,目录,案例介绍,残余应力基础知识,频谱谐波时效技术,频谱谐波时效工艺制定,频谱谐波定位时效,设备操作讲解,工装设计讲解,残余应力基础知识,1,、什么叫残余应力：,物体受外作用（主要是力和温度）等引起的变形（或者有变形的趋势），其内部各部分之间因相对位置改变而引起的相互作用力，称为内力，单位面积上的内力称应力。外力撤销后，存在于物体内部的应力，称为残余应力，残余应力是工艺过程的结果，主要有铸造应力，焊接应力，加工应力和热应力等。物体内部应力积累达到一定程度或局部应力急剧增大的现象，叫应力集中，应力集中是物体产生疲劳破坏的主要原因。,金属构件在锻压、切削、铸造、焊接等加工过程中,由于受力或受热不均匀,内部产生不均匀的塑性形变,加工完后,都存在残余应力。残余应力是金属构件开裂或变形的重要原因,极大地影响金属构件的疲劳强度和尺寸精度的稳定性。,从本质上讲产生残余应力的原因可以归结为：,a.,不均匀的塑性变形；,b.,不均匀的温度变化；,c.,不均匀的相变。,2,、残余应力的分类,按应力产生的原因分：,1,、有热应力,2,、相变应力,3,、收缩应力,按应力方向分：,1,、拉应力（力的方向向背的应力）,2,、压应力（力的方向相同的应力）,1,、热应力,2,、相变应力,3,、收缩应力（亦叫机械阻碍应力）,3,、残余应力的产生,铸造应力的产生,（,1,）热应力 铸件各部分的薄厚是不一样的，如机床床身导轨部分很厚，侧壁,.,筋板部分较薄，铸后，薄壁部分冷却速度快收缩大，而厚壁部分，冷却速度慢，收缩的小。薄壁部分的收缩受到厚壁部分的阻碍，所以薄壁部分受拉力，厚壁部分受压力。因纵向收缩差大，因而产生的拉压也大。这时铸件的温度高，薄厚壁都处于塑性状态，其压应力使厚壁部分变粗，拉应力使薄壁部分变薄，拉压应力，随塑性变形而消失。,铸件逐渐冷却，当薄壁部分进入弹性状态而厚壁部分仍处于塑性时，压应力使厚壁部分产生塑性变形，继续变粗，而薄壁部分只是弹性拉长，这时拉压应力随厚壁部分变粗而消失。铸件仍继续冷却，当薄厚壁部分进入弹性区时，由于厚壁部分温度高，收缩量大。但薄壁部分阻止厚壁部分收缩，故薄壁受压应力，厚壁受拉应力。应力方向发生了变化。这种作用一直持续到室温，结果在常温下厚壁部分受拉应力，薄壁部分受压应力。这个应力是由于各部分薄厚不同。冷却速度不同，塑性变形不均匀而产生的，叫热应力。,在导轨或侧壁的同一个截面内，表层与内心部，由于冷却快慢不同，也产生相互平衡拉压的应力，用类似与上述方法分析，可知在室温下表层受压应力，心部受拉应力，并且截面越大，应力越大，此应力也叫热应力。,(2),相变应力,相变应力是由于某些合金在凝固后冷却过程中产生相变，随之带来体积尺寸变化，或热处理过程中因工件不同部位组织转变不同步而产生的内应力，不同部位在不同时间内发生相变所致。,理论分析与实验结果都表明：残余应力的存在严重影响了结构的疲劳强度，尤其是焊缝处高达屈服强度的拉伸残余应力将大大降低焊接结构的疲劳强度。,图,5,是对表层分别为拉伸残余应力，压缩残余应力和无残余应力中心切口板试件的疲劳裂纹扩展试验结果,3,。,残余应力的危害,自然时效,振动时效,亚共振时效,频谱谐波时效,热时效,时效方式,消除残余应力的方法及优缺点,频谱谐波定位时效,自然时效是最古老的时效方法。它是把构件露天放置于室外，经过几个月至几年的风吹,.,日晒,.,雨淋,.,和季节的温度变化，给构件多次造成反复的温度应力。再温度应力形成的过载下，促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。自然时效降低了少量残余应力，却提高了构件的松弛刚度，对构件的尺寸稳定性较好，方法简单易行，但生产周期长,.,占用场地大，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷，已逐渐被淘汰。,自然时效,热时效是将构件由室温缓慢,.,均匀加热至,550,左右，保温,4-8,小时，再严格控制降温速度至,150,以下出炉。热时效如果降温不当，会使时效效果大为降低，甚至产生与原残余应力相同的温度应力（二次应力），并残留在构件中，从而破坏了已取得的热时效效果。,热时效,热时效存在的问题,热时效,1,2,3,占地面积大 费用高,能耗高 生产成本高,温度不均匀 升降温速度无法严控,4,5,6,去应力同时会降低其他性能,表面产生氧化皮,污染严重,英文叫做,Vibration Stress Relief,简称,VSR,。以振动的形式给工件施加附加应力，当附加应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化工件内的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定。,振动时效,振动时效技术起源与发展,起源：二战后欧美国家，,1850S,中国：,1974,年：北京机床研究所正式将列为研究课题,“六五”：“提高机床铸件质量的研究”,“七五”：消化吸收重大项目一条龙数控机床焊接件振动时效工艺研究,“八五”：国家科委、机电部、国务院生产办列为六大重点推广技术之一,2001,年：原国家经贸委立项支持标准制修订工作,亚共振时效方式,发现存在的问题：应用面窄、效果不好、操作难、无法工艺定型、噪音大,15,热时效,自然时效,频谱谐波时效,时效周期,一般在半年以上,8-48,小时以上,1-3,小时,能源消耗,无,大,工件体积,无限制,受尺寸限制,基本无限制,小,不改变,降低弹性模量,机械性能,提高弹性模量,环境污染,无污染,除锈工序,清理氧化皮,无需清理氧化皮,清理工序,废气排放，污染严重,无排放污染,时效方式,激振点：振动时效时给构件的施力点称为激振点。,支撑点：为了对工件进行振动时效而选择的支撑工件的位置。,拾振点：振动消除应力时效时，拾振器在工件上的安装位置。,动应力：激振力引起工件谐振响应时，在其内部产生的应力称为动,应力,谐 振：当激振器提供的周期性激振力的频率与系统谐振频率接近,或相等时，构件的振幅急剧增大的现象为谐振。,振 型：共振时构件表面上所有质点振动的包络线（面），即为振,型，包括弯曲、扭曲、扭转、钟振型和鼓振型。,节点（节线）：振动时效时，构件振幅最小处称为节点（节线）。,时效曲线：在确定的振动频率和激振力下，对工件进行振动处理所,得到的加速度,时间曲线，其标记为,a-t,。注：,a,表示加速,度；,t,表示时间。,振动时效基本术语,振动时效原理,以振动的形式给工件施加附加应力，当附加应力,动,与残余应力,残,叠加后，达到或超过材料的屈服极限,s,时，即,动,+,残,s,工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化工件内的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定,18,振动时效微观机理,实施振动,晶体,位错运动、增殖、塞积缠结,位错密度增加,提高抗变形能力，提高尺寸稳定性,振动时效前试样内部的位错组态呈线条状和轻微缠结状分布。,振动时效后位错组态的缠结和网状化程度明显增加。,振动时效后位错密度有所增加,振动时效的实质就是金属材料内部晶体错运动、增殖、塞积缠结过程。振动时效效果是由于位错组态变化和位错密度变化的结果,金属的强度与位错密度的关系,金属材料学表明：,在退火状态下，位错密度最低，材料的强度也最低,位错密度的增加，材料的强度也增大，从而抗变形能力提高,因此：,振动时效能够提高金属构件抗变形能力和尺寸稳定性,振动时效,内部晶体的位错组态发生变化,位错密度增加,延缓了疲劳裂纹的萌生寿命,降低了微观裂纹向宏观裂纹扩展的速率,裂纹萌生寿命增大,+,提高了裂纹扩展寿命,提高工件的疲劳寿命（疲劳寿命,=,裂纹萌生寿命,+,裂纹扩展寿命）,（,1,）,中华人民共和国兵器行业标准,WJ2696-2008,，装甲车辆振动消除应力技术要求；,参数曲线观测法：,根据振动消除应力过程中打印的,a-t,时效曲线的变化评定振动消除应力的实际效果，出现下列情况之一时，判定振动消除应力效果有效：,A,）,a-t,曲线上升后变平；,B)a-t,曲线上升后下降，最终变平；,C,）每个激振点至少应完成,40min,振动，且其中有两个频率最大加速度在,30m/s,-70m/s,。,效果判断方法,行业标准,（,2,）,中华人民共和国航天振动标准,QJ20254-2012,：,参数曲线观测法,根据振动时效过程打印的（,a-t,）时效曲线的变化评定振动时效的实际效果。,出现下列情况之一时，判定振动时效效果有效：,a,）,a-t,时效曲线上升后变平；,b,）,a-t,时效曲线上升后下降，最终变平；,c,）被处理筒体工件需正反掉头各进行一次振动时效，且时效处理的五个峰值中，有一至两个频率的加速度在,20 m/s,2,70 m/s,2,，每次五个振动峰值的处理时间之和为,40min,。,效果判断方法,行业标准,优点：能得到直接的应力值,缺点：钻孔会破坏被测工件的表面；如果测量时效处理前后的应力变 化，需要在相近部位分别钻孔,由于测量位置的变化，影响测量准确度；操作复杂，受到测量人水平及测量环境影响；测量范围小，只能对工件表面、局部进行测量。,效果判断方法,残余应力测试法,盲孔法,效果判断方法,残余应力测试法,测量原理基于,X,射线衍射理论。当一束具有一定波长,的,X,射线照射到多晶体上时，会在一定的角度,(2),上接收到反射的,X,射线衍射峰，这便是,X,射线衍射现象。,X,射线,优点：设备携带简便，可在生产环境进行测量能对工件整体进行,全面测量，反应工件整体的残余应力分布情况；能够通过时,效处理前，磁场峰值的变化 直观的判断时效处理的效果。,缺点：只适用于磁性材料的工件。,效果判断方法,残余应力测试法,金属磁记忆检测法,磁场强度三维分布效果图,振前 振后,磁应力梯度三维分布效果图,振前,振后,频谱谐波时效技术,美国,Bonal Technologies,Inc,产品品号：,Meta-Lax,用激振器对工件施加周期性外力，通常在,1000-10000rpm,范围内，从低速到高速扫频，当施加外力的频率与工件固有频率合拍时，产生共振，寻找能产生共振的固有频率，然后在共振频率的亚共振区对工件施加振动，产生动应力，与残余应力叠加，发生塑性屈服，从而降低峰值残余应力，使残余应力分布均化。,北京翔博科技有限责任公司,通过傅立叶分析，不需扫描，在,100HZ,内寻找低次谐波，施加合适的能量在多个谐波频率处振动，引起高次谐波累积振动产生多方向动应力，与多维分布的残余应力叠加，造成塑性变形，从而降低峰值残余应力，同时使残余应力分布均化。,亚共振时效,频谱谐波时效,技术,原理,频谱谐波时效,亚共振时效,频率寻找范围,对工件频率超出激振器转速范围的皆能找到谐波频率。,仅能对,23%,的工件找到频率，对工件频率超出激振器转速范围的,则无法找到共振频率。,处理范围,大于,90%,小于,23%,设备弃置率,0,90%,振型至少,5,种,在激振器转速范围内很少，超出范围就没有。,噪音,在谐振频率下振动，大部分能量被吸收用于克服工件内阻，宏观振动不强，且所选频率皆在,6000rpm,以下，噪音很小。,在共振频率下振动，大部分能量被用于工件宏观振动，振动强烈，噪音很大。,工艺制定,对激振点、支撑点、传感器位置无特殊要求，所有处理参数皆由设备自动选取，处理结果不受操作者影响，效果恒定。可纳入正式生产工艺。,操作者需现场多次调整激振点、支撑点、传感器位置，凭经验选取振动参数，效果受操作者技能影响,很难纳入正式生产工艺。,标准,国防科学技术工业委员会颁布的中华人民共和国兵器行业标准,-,装甲车辆振动消除应力技术要求,（,WJ2696-2008,）于,2008,年,10,月,1,日实施。,机械行业标准,JB/T 5926-2005,振动时效效果 评定方法,。,适用范围,需消除应力不需改变金相组织，尺寸精度要求高以及因残余应力引起变形开裂的工件。,需消除应力不需改变金相组织，尺寸精度要求不高，固有频率在设备转速范围内的工件。,振型以 振型为主，,最大,动应力出现在平板的,中心,位置左右,振型以,横向,振型为主，最大动应力出现在平板的,长边中心,位置左右,扭转,振型为,扭转,振型和,横、纵,振型的组合，最大动应力出现在平板的,长边中心,位置左右,振型以,纵向,振型为主，最大动应力出现在平板的,宽边中心,位置左右,频谱谐波时效,5,种以上振型，充分保证动应力与工件残余应力多方向叠加，效果很好。通常达到或超过热时效效果，对热时效效果欠佳的铝合金，效果尤其显著。,效果,频谱谐波时效应用材料领域,黑色金属：碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁；有色金属（铜、铝、锌、钛及其它合金）等材质构成的铸件、锻件、焊接件、机械加工件。,注：铁金属、非铁金属,传统时效工艺的局限性：,1.,必要性：残余应力不是变形开裂的唯一主因,2.,盲目性：事先未定位应力，事后不评估效果,3.,局限性：特殊材料、结构对时效方法的特殊要求,频谱谐波定位时效：,残应检测,/,预测,频谱谐波时效,定位时效,定位时效技术,航天,航空,兵器,机床,汽车模具,风电,船舶,铸造,水泥机械,木工机械,包装机械,工程机械,冶金机械,矿山机械,煤矿机械,纺织机械,重型机械,通用机械,电子生产设备,石油化工机械,客户案例,典型客户应用,机床行业,企业名称：齐重数控装备股份有限公司,处理工件：滑块，滑枕，工作台等铸件,应用时间：,2010,年,4,月,工艺流程,原工艺：,滑 板：毛坯,-,粗加工,-,亚共振,-,精加工,工作台：毛坯,-,粗加工,-,热时效,-,精加工,现工艺：,滑 板：毛坯,-,粗加工,-,频谱谐波时效,-,精加工,工作台：毛坯,-,粗加工,-,频谱谐波时效,-,精加工,应用价值,1,、替代以消除应力为目的的热时效,(,燃料：汽）,2生产效率大幅提升,3.,解决大型工件无法进炉难题,滑板 铸铁,HT300 2,吨,工作台,HT250 90,吨,立车滑枕 锻钢件,1,吨,企业名称：昆明机床厂,处理工件：立柱、床身、工作台等铸件,材 料：,HT250,应用时间：,2010,年,1,月,工艺流程：,原工艺：铸造,-,热时效,-,粗加,-,自然时效（至少,3,个月）,-,半精加,-,精加,现工艺：铸造,-,频谱谐波时效,-,粗加,-,频谱谐波时效,-,半精加,-,精加,滑 座,立柱 铸件,51,吨,效果判断：尺寸精度稳定性,应用价值：,1.,解决大型件无法进炉的难题,2.,大幅缩短生产周期,3.,能源成本的节约,数控卧式车床床身,企业名称：上海重型机床厂,处理工件：数控卧式车床床身；,龙门磨床床身 铸件,磨床床身,时效方式,加工完检测,落地检测,热时效,磨床床身,轨道面平面度,凸起,0.01,；,0.02,；,轨道扭曲,0.0175/500,侧面平面度,凸起,0.035,；,0.052,平面,凸起,0.16,侧面平行度,0.017,侧面平行度,0.015,检测间隔,20h,频谱时效,车床 床身,轨道面平面度,凹,0.01,；,0.01,轨道扭曲,0.02/500,侧面,凸,0.01,平面,凸起,0.06,侧面平行度,0.01,侧面平行度,0.019,检测间隔,22h,频谱时效,磨床床身,轨道面平面度,凹,0.01,0.01,扭曲,0.02/500,侧面平面度,凹,0.02,；,0.02,平面,凸起,0.037,侧面平行度,0,频谱谐波时效件的尺寸精度 热时效件精度,优于,企业名称：天津三达铸造有限公司,处理工件：美国,HAAS,机床床身铸件,材料：,HT250,、,HT300,重量：,700Kg-4T,应用时间：,2007,年,4,月,+2007,年,11,月再次增购,1,台,工艺流程：,原工艺：铸造,-,清理,-,热时效（燃料：重油，煤气）,现工艺：铸造,-,清理,-,频谱谐波时效,效果判断：尺寸精度稳定性,应用价值：,1.,节约巨额时效费用（节约年时效费用,400,多万人民币）,2.,环保,3.交货周期大幅缩短,床身 铸件,传动机械,企业名称：重庆齿轮箱有限责任公司,处理工件：建材行业立式磨机减速机、船用齿轮箱焊接件，风电齿轮箱、行星架铸件,应用时间：,2008,年,12,月,10,台（用于焊接件）,+2009,年,9,月,15,台（用于风电铸件）,工艺流程：焊接,频谱谐波时效,粗加工,频谱谐波时效,精加,立式磨机减速机 材料,:Q345 48,吨,水泥立磨下箱体 材料,:Q345 5,吨,GWC7085,型箱体，其变形量都在,允许,的公差之内。其中，,GWC7085,箱体先后两次的检测结果对比，,轴线平行度,最大相差值为,0.0304,；,同轴度,最大相差值为,0.0197,，,轴线直线度,最大相差值为,0.011,VBP1800,箱体检测结果对比,4,个平面平面度最大相差值分别为：,0.0123,；,0.017,；,0.0155,；,0.0136,；轴线对平面的垂直度最大相差值分别为：,0.129,；,0.0452,；,0.0264,GVA1050,箱体，从在机床上检测的情况来看，箱体加工后的精度稳定性还是比较好的，箱体的精度是能够,满足,齿轮啮合精度的要求,工艺推广批示,试验数据,风电项目,风电行星架，材料,:QT700 1,吨,齿轮箱箱体，材料,:QT400,2009,年,9,月采购,15,台,试验结论,2009,年,CO,2,排放减少,2.6,万吨，获得重庆市政府节能减排奖励：,350,万人民币,应用价值：工艺定型、提高质量、降低成本、节能减排,产品效益,企业效益,经济效益,社会效益,提高外协产品质量：通过工艺定型，所有配套外协厂全部采用，制订验收标准,大幅度提高生产效率：全面替代以消除应力为目的热时效,大幅度降低时效成本：外协时效费用,400,元,/,吨降至,100,元,/,吨，年时效费用节省,1000,多万人民币,企业名称：,南京高精齿轮集团有限公司,验证工件,:,轧机箱体、立磨,材质：钢，不锈钢,工艺流程：,原工艺：焊接,热时效,-,粗加,-,热时效,-,精加,现工艺：焊接,-,频谱谐波时效,-,粗加,-,频,谱谐波时效,-,精加,应用价值：1.,取代以消除应力为目的的热时效,经,3,个月定期测量，后续装配一次装配,成功，没有配磨,2.,能源，成本得到大幅节约,立磨箱体，重量：,17,吨,轧机下箱体，重量：,17,吨,企业名称：,南京高精齿轮集团有限公司,验证工件,:,立轧机齿轮轴轮,材质：,20CrNi2MoA,工艺流程：,原工艺：,锻热,时效,粗加工热,时效,精加工,现工艺：锻,热时效,粗加工,热,半精加工,频谱谐波时效,精加工,立轧机齿轮轴,电力行业,企业名称：东方电机有限公司,验证工件,:,水电密封环、支持环、轴承座；转轮室,材质：钢，不锈钢,类型：薄壁件,4,块组焊成圆形工件,应用时间：,2010,年,4,月,+2011,年,2,月,工艺流程：,原工艺：焊接,-,粗加,-,热时效（备注：不锈钢件采用自然时效,30-40,天）,-,精加工,现工艺：焊接,-,粗加,-,频谱谐波时效,-,精加工,应用价值：,1.,生产周期大大缩短,2.,原时效工艺加工后和加工后,48,小时，变形量,4-5mm,现时效工艺加工后和加工后,48,小时，最大变 形量,不到,1mm,3.,能源，成本得到大幅节约,轴承座 重量：,2,吨,机架中心体 重量：,139,吨,企业名称：国电联合动力技术（包头）有限公司,处理工件,:,风电箱体、行星架 铸件,材质：球墨铸铁,应用时间：,2010,年,8,月,工艺流程：,原工艺：铸造,-,热时效,-粗加,-,半精加,-,精加,现工艺：铸造,频谱谐波时效,-,粗加,频谱谐波时效,-,半精加,-,精加,应用价值：,1.,取代以消除应力为目的的热时效,2.,节能减排,箱体 材质：,HT250,行星架,兵器,127,247,248,282,52,所,447,107,152,394,568,524,617,674,5103,5137,5143,企业名称：内蒙古第一机械制造集团公司,处理工件：履带式和轮式装甲车及坦克车体焊接件,材质：装甲钢,应用时间：,2005,年,1,台,+2009,年,1,台,工艺流程：焊接,-,频谱谐波时效,-,机加,技术成果：,1,、后桥箱精度完全符合技术要求，解,决技术瓶颈,2,、工艺定型，并编制兵器行业标准,有效解决大型件、高强钢焊接变形与机加变形问题,引进背景,：三代主战坦克技术瓶颈,技术指标：后桥箱精度,材 料：装甲钢 屈服强度高,;,重 量：,5-7T,左右,技术瓶颈：采用复杂的装焊工艺和大量焊接夹具 焊接后增加热时,效 和水压机校正 变形超差严重（加工分,多次进行,反复精整研磨,),频谱谐波时效,工艺流程,:,焊接,-,频谱谐波时效,-,机加,技术成果,:,后桥箱精度完全符合技术要求，解决技术瓶颈,购买,1,台,用于验证,各型号履带式和轮式装甲车及坦克车体上,频谱谐波时效技术纳入正式生产工艺,2009,年进行,2,次采购,2005,年,5,月至,12,月期间,:40,套结构件和大型回转支撑上应用，,40,台车体精度均符合设计要求。,2008,年,3,月颁布、,10,月实施：,装甲车辆振动消除应力技术要求,（,WJ2696-2008),频谱谐波时效技术正式成为兵器的行业标准,企业名称：齐齐哈尔北方机器有限责任公司,应用时间：,2005,年,1,台,+2010,年,1,台,处理工件：炮塔,自行火炮油箱,其它小型焊接构件,技术难点：,、轴类筒形零件中间开半圈槽，,100%,变形 不合格,2,、结构件油箱：加工变形，油箱漏油,工艺流程：,粗加工频谱时效,半精加工频谱时效,-,精加,航空航天,211,239,283,529,3531,7102,621,企业名称：北京卫星制造厂,处理工件：铝合金圆环锻件、铸件、焊接件,技术难点：,1,、铝合金件,2,、高强度铸铝,3,、精度要求高,工艺流程：毛坯,-,频谱时效,-,粗加工,-,频谱时效,-,半精加工,-,频谱时效,精加,技术成果：,1,、尺寸精度完全达到要求,2,、工艺定型,3,、解决相关工艺难题,4.,应用于嫦娥,2,号、天宫一号、神州,8,号飞船（,6,个环形对接框）铝合金重要部件,引进背景：铝合金薄壁件变形超差严重,技术瓶颈：铝合金薄壁零部件,频谱谐波时效,工艺流程,:,毛坯件频谱谐波时效粗加工频谱谐波时效,-,半精加频谱谐波时效精加工,不能改变材料状态,不能降低材料性能,低温热时效,多工序小吃刀量加工,多次时效,但去应力效果仍不理想,变形超差严重,项目验证,问题,:,加工变形严重,材料：,2A12,状态：热轧，,T6,结构：薄壁盒形结构,数据,:,（,160mmX350mmX10mm,，壁厚,2mm,）,变形量,未时效,/mm,热时效,/mm,频谱谐波时效,/mm,粗加工,2.5,3.0,1.2,2.0,0.3,0.4,半精加,2.4,3.0,1.54,2.0,0.2,精加工,变形量太大，无法完成加工,1.45,2.0,0.7,1.0,高强铝合金小型薄壁结构件,企业名称：首都航天机械公司,处理工件：铝合金锻件,应用时间：,2008,年,商务模式：工业服务,引进背景：大型铝合金件由于结构和材料特性不宜采用热时效去应力,运输困难,大切削量,铝合金材料,结构特性,不宜采用热时效,+,+,+,=,频谱谐波时效,工艺流程,:,毛坯件频谱谐波时效粗加工频谱谐波时效半精加工频谱谐波时效精加工,项目验证,频谱谐波时效技术,2008,年正式纳入中国运载火箭制造工艺规程,69,企业名称：北京航空材料研究院,应用时间：,06.7.23,处理工件：铝合金端盖,技术难点：,1,、高强度铝合金锻件,2,、机械性能要求极严,3,、热时效合格率低（,60%,以上报废），成品率低,工艺流程：毛坯,频谱时,粗加工,频谱时效,半精加工,频谱时效,-,精加,技术成果：,1,、机械性能完全合格,2尺寸精度完全达到,3,、批量生产合格率达到,95%,以上,设备操作讲解,设备构成图,设备操作流程,工件的支撑,根据工件的结构、尺寸、重量通过减振垫用三点或四点的支撑方式将工件平稳的支撑起来，再将激振器刚性牢固地装夹到工件上，连接好控制器外部各连线，根据工件情况调节适当偏心,(,一般情况下将初始偏心调至,60%,左右,),？,开机,打开控制器电源，,WINDOWS XP,系统启动后，系统会自动进入主界面。,型号选择点击工具栏中“电机型号选择”选项，在下拉菜单中有六种型号的激振器可以选择，分别是：,LH2010,、,LH2508,、,LH3506,、,LH5006,、,LH6506,、,LH8045,，操作者根据所用激振器型号来进行选择。,频谱初值图中，频谱初值被选中，程序正常处理时不再进行频谱分析，而是直接按频谱初值中的频率进行处理。如工件已经进行过工艺定型，在处理过程中可直接选取“频谱初值”调用已保存频率组进行处理；如工件是第一次处理，在处理时，需 取消“频谱初值”的选取，要对工件进行频谱分析，选取有效的谐波频率。,频谱分析在主界面的右上角有三个按钮（如右图）。分别是：“开始,(Enter)”,；“结束,(F2)”,；“跳过,(ESC)”,。按回车键或鼠标点击“开始”按钮（在此之前确认频谱初值未选中），系统自动进行频谱分析。在运行过程中，按“,F2”,或鼠标点击“结束”按钮，系统停止分析。在处理某个频率时，按“,ESC”,或鼠标点击“跳过”按钮，系统自动跳到下一个频率。,点击“开始”按钮，系统开始运行，给工件施加间歇式振动，自动对工件进行频谱分析，寻找工件谐波频率。分析过程如下图所示：（分析过程大概,50s,左右时间。）,经频谱分析后将会自动优选出七种谐波频率，首先观察选出该组频率是否具备各频率段频率（如,3000,转每分、,4000,转每分、,5000,转每分左右的频率），如果不具备可以进行停机再次分析或挪动一下传感器位置进行分析。,频率保存频谱分析后的各频率组均可点击“结束”按钮，然后点击主菜单中“文件”，选择“保存”，在自动弹出的对话框中输入文件名，七个频率以SPE,作为文件后缀保存。,频率重组 点击工具栏“文件”下拉菜单中的“频率文件处理”命令，系统会自动弹出一对话框。,选取要重组的文件名称，该组频率会显示左侧的对话框中，用鼠标左键选取要进行重组的频率，点击按钮“”，所选取的频率就导入到右边的对话框中，如在选取时加入了不想要的频率，可用鼠标左键选取增加多余的那个频率，点击按钮“”，就会将此频率移除。组合好频率后，在“新频率文件名”下面的对话框中输入新的文件名称，点击保存即可。新保存为文件为,spe,格式。,时效处理频率重组完成后，选取“频谱初值”命令，如图一所示，系统会自动弹出如图二所示对话框，选取要进行处理的文件，点击“”按钮。系统会弹出如图三所示对话框，点击“”按钮，并点击开始按钮，系统调用保存的时效频率组进行处理。在以后处理相同工件时，可直接调取保存的该频率组进行时效处理，达到处理效果恒定，大大提高处理效率，起到工艺定型的目的。,一,二,三,调出频率组后可通过振动频率循环选择功能点击“跳过”按钮，依次观察每个谐波频率的振动加速度情况，要求工件振动最强处加速度满足两个或两个以上在,30m/s2,至,70 m/s2,之间，在进行加速度观察过程中可调整传感器位置、调整偏心大小、通过频率精调功能微调处理频率高低来实现符合要求的振动加速度。,通过以上调整，加速度不能满足要求时,可将偏心适当调大,直到找出满足要求的加速度为止，如果偏心调到最大仍无法满足振动强度要求，此时就需要更换更大激振力的激振器。如使用,LH2508,型激振器就可更换成,LH3506,型激振器。加速度过大时，可通过调整传感器位置、微调处理频率高低，减小偏心来满足处理要求。,文件保存通过调整，工件振动最强处加速度满足两个或两个以上在,30 m/s2,至,70 m/s2,之间要求时，选择符合要求的五个频率进行时效处理，整个时效处理过程自动进行，处理完后系统将自动停机，并弹出一个信息框“处理完毕！是否保存？”（如图一），点击“否”，不保存处理的曲线，点击“是”，将弹出保存对话框（如图二），操作者分别输入：工件编号，操作人员，激振力，文件名称，然后点击确认，系统自动以,FFT,作为文件的后缀保存该处理完毕的频率、时效曲线、处理电流及频谱分析过程。,二,一,修改文件名点击工具栏“文件”下拉菜单中的频率文件处理命令，系统会自动弹出如右图所示对话框。在对话框中输入要更改的名称，点击确定即可。,删除文件点击工具栏“文件”下拉菜单中的“频率文件处理”命令，系统会自动弹出如右图所示对话框。选取要删除的文件名称，点击“删除”按钮，系统会弹出是否删除对话框，点击确定即可删除。,备份文件点击工具栏“文件”下拉菜单中的“频率文件处理”命令，系统会自动弹出对话框。选取要备份的文件，可通过,Ctrl,键，一次选取多个文件，点击“备份”按钮，系统会弹出右图一所示对话框，点击按钮“进行确认。系统会自动弹出图二所示对话框，点击按钮“”，将,U,盘弹出，文件备份成功。,二,一,导入文件点击工具栏“文件”下拉菜单中的“导入文件”命令，系统会自动弹出如图一所示对话框。选取要导入的文件，点击“”按钮，会弹出如图二所示对话框，点击“”按钮，弹出,U,盘，文件导入成功。,二,一,处理过程演示点击工具栏“文件”下拉菜单中的“演示”命令系统会自动弹出如图一所示对话框。选取要进行演示的频率，点击“”按钮，系统将快速演示这组频率处理过程，演示完毕后，系统会自动弹出如图二所示对话框，点击“”按钮，完成演示过程。,二,一,文件打印将要打印的文件备份到,U,盘中，将,U,盘接入装有频率打印软件的计算机上，打开打印软件，点击工具栏中“文件”下拉菜单中的“打开”命令，选取要打印的文件，点击打印即可。如要将打印文件重组，点击工具栏中“文件”下拉菜单中的“文件编辑”命令，系统会自动弹出如图所示对话框，点击“”按钮，选取你要重新组合的文件，在文件中选取你要重新组合的频率，点击“”按钮，选取的频率就会添加到下面对话框中，在操作过程中如要删除添加的频率，用鼠标选取此频率，点击“”按钮即可将此频率删除。频率组合完毕后，输入工件编号、操作者姓名、文件名称，点击“”按钮即可。,设定时效点击工具栏“工具”下命令系统会自动弹出如下图所示对话框。操作者可拖动转速条控制激振器转速，点击“”按钮，电机启动，点击“按钮，激振器会升到操作者所设定的转速范围。操作者可随时按“”按钮，停止电机工作。“设定时效”功能主要用于测试激振器，及更换碳刷或激振器维修后进行磨合。,频谱谐波时效工艺制定,客户产品工艺信息表,客户产品工艺信息表,振动时效工艺方案设计,装夹方案,1,）、直接装夹,大型工件，有较好的装夹位置，,直接用弓形夹刚性地把激振器,装夹在工件上。,夹持位置要求材料比较厚，结,构刚性强，接触面平滑，利于,激振能量的传递。,2),辅助工装装夹时效处理,辅助工装装夹,辅助工装装夹,针对于较大型的轴类或圆管类工件或者不规则工件没有装夹位置，可采用上下压板式辅助工装。,图为轴类零件或筒形工件装夹示意图,直径较大的轴类零件，可制作两块压板，通过螺栓将压板固定在轴上，激振器装夹在压板上，通过压板传递时效能量。,2,）、直径较大的圆筒形工件须在筒壁内外放置与圆筒内外径相等的工装来进行时效。,图为筒形工件装夹示意图,3,）较小型的工件，激振器不能直接装夹在工件上，则需要通过时效平台装夹工件来进行时效。平台厚度一版不低于,30mm,，表面粗糙度要优于被时效工具。把工件放置在平台上，通过压板和螺杆紧固住工件，激振器装夹在平台上，通过平台把能量传递给工件。压板要有足够的强度，必须双边压实，不能采用单边压的形式。,图为平台装夹示意图,平台装夹示意图,短圆柱型工件装夹示意图,小型板状工件装夹示意图,4,）、大型圆环件装夹工装图,大型圆环件装夹工装图,频谱谐波时效与工艺的结合,目的,1,）、消除铸造应力，稳定尺寸精度要求。,2,）、消除加工应力,3,）、消除焊接应力，防止变形和开裂。,原则,根据工件精度要求和生产情况选择适当工序消除残余应力。,1,）、铸件,频谱谐波时效流程：毛坯,频谱谐波时效,粗加工,频谱谐波时 效,半精加工,频谱谐波时效,精加工,第一次频谱谐波时效是为了消除毛坯铸造产生的铸造残余应力,第二次频谱谐波时效是为了消除粗加工时产生的加工残余应力,第三次频谱谐波时效是为了消除半精加工是产生的加工残余应力,精加工后工件尺寸已达到图纸要求，不可再对其进行频谱谐波时效,2,）、焊接件,频谱谐波时效流程：下料,焊接,频谱谐波时效,机加工,工件在焊接后会产生较大的焊接应力，频谱谐波时效安排在焊接之后，消除焊接残余应力，为下一步的加工做准备。如果机加工分多次进行，在每次加工后进行一次频谱谐波时效消除加工残余应力，参看铸件频谱谐波时效工艺。,3,）、根据加工量制定时效工艺，如果加工量较大，需要在加工后进行一次频谱谐波时效如果加工量很小，则可省略。,4,）、对于大型工件，有可能采取两点时效方式，即在工件一端进行一次频谱谐波时效后，把激振器装夹到工件另一端再进行一次频谱谐波时效。在对工件进行频谱谐波时效时，须检测一下工件各部位的振动情况，尤其是离激振器最远端的振动情况，如果振动强度足够满足消除残余应力要求，则此工件进行一次频谱谐波时效即可，如果振动强度很弱，则需要进行两点时效。超大型工件可能需要进行三次四次或更多次时效。,工艺案例介绍,上海重型机床厂：,1,）、时效工件,产品型号,TQ2132,零件件号,10020,零件名称 床身中段 材料：,HT200,产品型号,SLZ1500,零件件号,10020C,零件名称 床身 材料：,HT250,实验工件数量：各,4,件，共,8,件（其中各,2,件按照原时效工艺流程进行，另外各,2,件按照频谱谐波时效工艺流程进行）。,2,）、工艺路线,(1),、原工艺路线：,TQ2132,：,1,清理,-2,划线,-3,粗刨,-4,热时效,-5,喷漆,-6,划线,7,半精刨,-8,检查,-9,划线,-10,钻孔,-11,粗铣,-12,精铣,-13,精刨,-14,检查,-15,划线,-16,钻孔,-17,磨,-18,铣,-19,钳,SLZ1500,：,1,清理,-2,划线,-3,粗铣,-4,检查,-5,热时效,-6,喷漆,-7,刨,-8,淬火,-9,检查,-10,粗磨,-11,刨,-12,钻孔,-13,精刨,-14,振动时效,-15,磨,-16,铣,-,检查,（,2,）、频谱谐波时效工艺路线：,TQ2132,：,1,清理,-,频谱谐波时效,-2,划线,-3,粗刨,-,频谱谐波时效,-5,喷漆,-6,划线,-7,半精刨,-8,检查,-,频谱谐波时效,-9划线,-10,钻孔,-11,粗铣,-,频谱谐波时效,-12,精铣,-13,精刨,-14,检查,-15,划线,-16,钻孔,-17,磨,-18,铣,-19,钳,SLZ1500,：,1,清理,-,频谱谐波时效,-2,划线,-3,粗铣,-4,检查,-,频谱谐波时效,-6,喷漆,-7,刨,-8,淬火,-,频谱谐波时效,-9,检查,-10,粗磨,-11,刨,-12,钻孔,-13,精刨,-,频谱谐波时效,-15,磨,-16,铣,-,检查,3,）时效处理过程：,（,1,）支撑,用,3-4,个橡胶垫将工件平稳的支撑起来。,（,2,）激振器装夹,对于该工件可以通过弓形夹直接进行装夹（要求紧固力在,130-150,公斤力，同时调整好激振器初始偏心），将激振器和工件刚性连接进行时效处理，,（,3,）时效处理,为保证内部残余应力充分释放和均化，分别对两种床身在每个工艺流程中采用两点进行时效处理（如图一、图二所示,A,激振点和,B,激振点），首先按图示位置将激振器装夹到,A,点后，连接好设备各连线，开启控制器采用频谱谐波模式进行频谱分析，设备自动优选出,7,个谐波频率，然后选择五种谐波频率进行时效处理，保证其中两种或两个以上振动加速度在,30m/s2,70m/s2,之间。,图为,SLZ1500,床身时效处理示意图,图为,TQ2132,床身时效处理示意图,（,4,）处理完成将工件作好标记，记录好各参数、时效