振动处理技术又称做振动消除应力,在我国又称做振动时效,它是将一个具有偏心重块的电机系统(称做激振器)刚性固定在金属构件上,并将金属构件用橡胶垫等弹性物体支撑起来,通过控制系统启动电机,并调节其转数,使构件处于共振状态,经20分钟左右的振动处理即可达到调整残余应力的目的,可见,用振动调整残余应力技术是十分简单的。
振动时效之所以能够部分地取代热时效,是由于该项技术具有一些明显的特点。
(一)、金属构件机械性能显著提高
经过振动处理的构件其残余应力可以被消除20%-80%左右,高拉应力区消除的比例比低应力区大。因此可以提高使用强度和疲劳寿命,降低应力腐蚀;可以防止或减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的发生;可以提高构件抗变形的能力,稳定构件的精度,提高机械质量。
(二)、实用性强
由于设备简单,易于搬动,因此可以在任何场地进行现场处理,它不受构件大小和材料的限制,从几十公斤到上百吨的构件都可使用振动时效技术。特别是对于一些大型构件无法使用热时效处理时,振动时效就具有更加**的优越性。
(三)、节省时间、能源和费用,无污染。
振动时效只需20分钟左右即可转入下道工序,而热时效至少需一至二天以上,且需大量的煤油、电等能源。因此,相对于热时效而言,振动时效可节省能源95%以上,可节省费用90%以上,特别是可以节省建造大型焖火窑的巨大投资。同时,振动时效只消耗少量的电能,所以没有环境污染。
因此,振动时效可替代传统的自然时效和热时效,被广泛应用于铸件、锻件和焊接件等金属构件的时效处理。具有高效节能、无污染、设备投资少、操作简单、不受生产场地限制等显著特点。
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运用先进的数字信号处理技术,对拾振器采集的振动信号进行实时在线统计、分析,选取有效的激振频谱参数,可全自动完成频谱振动时效工艺过程,在同一坐标内自动绘制振动时效工艺曲线及工艺参数;
2、可预置局部扫频和频带扫频。
根据工件需要,系统可设有效频谱时效工作段为n转/分以内,n转/分以上为高频振峰区,为无效工作,那么在系统启动前,可设定频谱时效范围为n转/分,从而起到保护工件和提高效率的目的。根据工件需要,系统可设置有效工作频谱工作带为n-m /分之间,那么在系统启动前,可设定n转/分为频谱振动起始点,n-m /分为频谱振动区域,m转/分为终止频谱振动节点。从而实现频谱振动效果达到状态,提高工作效率。
3、多峰振动时效处理。
对系统扫频范围内的谐振峰按工艺要求,进行任意排序并预置,分别对各谐振峰进行振动时效处理,可设定扫频范围,对各谐振峰可任意设定和预置时间,并可根据工艺要求进行再现调整。
4、故障自动识别功能。
该系统配有故障自检程序,提供故障出现的原因及处理方法,对任何工件都能通过计算机优化选择5个谐振频率,2个备用谐振频率,自动控制激振器对工件进行时效处理
5、美国原装进口真彩液晶。
同时显示三个方向应变值及主应力、主方向,无须手动按键切换,可同时接应变片及加速度计两种传感器工作。
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尺寸精度稳定性是根据定期对构件尺寸精度的测量来实现的。它包括两方面内容:一方面是观测构件尺寸精度随时间而发生的变化量,与热时效或精度允差相比较;另一方面是要观察构件在静、动荷载作用后的尺寸精度变化量,同样与传统工艺(热时效)相比,以鉴定振动时效工艺的可行性。
如果残余应力消除和均化的效果好,那么工件中残余应力的再分布的可能性和程度就比较小,工件的尺寸精度稳定性就好。实践证明在保持工件尺寸精度稳定性方面振动时效技术比其它传统的时效方法更显优势
便携式振动时效系统技术参数
转数范围:2000 R/Min-10000 R/Min;
激振力调整范围:0-50KN;
电机额定功率:1200W;
适宜处理工件重量:≤10吨
稳速精度:±1R/Min;
加速度量程:0-50.0g;
电机额定电流:12A;
电机额定电压:100V;
供电电源电压:交流220V±10%,50HZ±4%;
绝缘等级:E级;
工作条件:环境温度:-10℃—+40℃;相对湿度:不大于80%(25℃);
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时效方法简介
构件在冷热加工过程中,必然产生残余应力,因此消除残余应力的时效工序就十分必要了,凡是能降低残余应力,使工件尺寸精度稳定的方法都叫“时效”。主要方法有热时效、自然时效、振动时效、静态过载时效、热冲击时效等。后两种方法应用少不再讲述。
§3.1自然时效
自然时效是较古老的时效方法。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.雨淋和季节温度的变化,给构件多次造成反复的温度应力。在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。
自然时效降低的残余应力不大,但对工件尺寸稳定性很好,原因是工件经过长时间的放置石墨及其它线缺陷附近产生应力集中,发生了塑性变松弛了应力,同时也强化了这部分基体,于是该处的松弛刚度也提高了,增加了这部分材质的抗变形能力,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。
§3.2热时效
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。
热时效工艺要求是严格的,如要求炉内温度差不大于±25℃,升温速度不大于50℃/小时,降温速度不大于20℃/小时。炉内温度不许**过570℃,保温时间也不易过长,如果温度**570℃,保温时间过长会引起石墨化使构件强度降低。如果升温速度过快,构件在升温中薄壁处升温速度比厚壁处快的多,构件各部分的温差急剧增会造成附加温度应力。如果附加应力与构件本身的残余应力叠加**过强度极限,就会造成构件开裂。热时效降温不当,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。
降温速度对消除残余应力的影响
降低温度速度 ℃/小时
残余应力消除的百分数(%)
130
6—27
50
40—50
30
60—85
注:炉内温度差不大于25℃
热时效存在的问题: 建窑占地面积大,费用高(每立方米1—1.2万元)。 热时效能耗高,生产成本高。热时效炉内温度不均匀,升降温速度无法严格控制。
热时效工件在炉内不同位置消除应力的测试结果
序号
工件在炉内的位置
残余应力的大小(kgf /mm²)
残余应力消除的百分比(%)
时效前
时效后
σ 1
σ 2
σ 1
σ 2
σ 1
σ 2
平 均
1
炉后端
10.4
7.9
6.6
6.2
36.7
21.4
29.1
2
炉中部
10.4
7.9
5.1
1.6
51.2
79.6
65.4
3
炉门处
10.4
7.9
9.1
8.1
12.6
-2.4
5.1
可见:同一炉内,热时效消除应力不均匀。
4)热时效劳动强度大,污染严重,目前大部已被振动时效代替。
§3.3振动时效:
3.振动时效,在国外称之为“VSR”技术,它是在激振器的周期性外力(激振力)的作用下,使被处理的工件产生共振,并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位,使工件内部发生微观的塑性变形—被歪曲的晶格逐渐恢复平衡状态。位错重新滑移并钉扎,从而使工件内部的残余应力得以消除和均化,终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂,保证工件尺寸精度的稳定性。
为了满足批量构件及简单构件的时效要求,被系统增设了手动时效功能,可自动绘制时效曲线及相关数据,为产品检查提供宏观依据,时效时间可在线任意调整。
设备故障自动提示功能
该系统设计有自动判断故障现象功能,当设备出现故障时,该功能可自动打印出故障发生的原因及处理方法。
系统保护程序
采用双保险及自我保护程序,在时效处理过程中系统参数振幅、电流等出现异常情况及过高或负载过大时,系统启动自我保护程序进入待机状态。有效避免了设备的损害。
(二)振动消除应力系统技术参数
转数范围:2000 R/Min-8000 R/Min;
激振力调整范围:0-50KN;
电机额定功率:2000W;
适宜处理工件重量:≤50吨
稳速精度:±1R/Min;
加速度量程:0-50.0g;
电机额定电流:13A;
电机额定电压:150V;
供电电源电压:交流220V±10%,50HZ±4%;
绝缘等级:E级;
工作条件:环境温度:-10℃—+40℃;相对湿度:不大于80%(25℃);