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振动时效在机械加工领域中的应用

更新时间:2019/9/12  点击数:302


铸件很容易产生夹砂、缩松、裂纹等铸造缺陷, 所以人们常常会对低碳钢铸件采用补焊工艺, 以消除铸造缺陷。然而, 残余的焊接应力会降低零件疲劳强度, 产生应力腐蚀, 失却尺寸精度, 甚至导致变形、开裂等早期失效事故。
以铸钢25的支架为例探讨振动时效,在机械加工中的应用。由于壁厚不均匀、大面积的水平面、大量的加强筋等影响,在铸造生产中很容易产生夹砂、缩松、裂纹等铸造缺陷,从而造成铸件良品率低。传统工艺流程:“粗车-粗车-焊-半精车- 精车- 精车- 探伤- 划线- 钻- 钳- 检查- 防锈”。这种工艺在支架初加工后没有进行磁粉探伤, 因此往往在支架精加工后磁粉探伤中发现裂纹。由于经过了精加工,所以只能采用打磨的方式将焊缝区域打磨光滑,更不能进行时效处理。因此这样的处理方法会有以下几个不足之处:
(1)焊接产生的热变形, 会使加工到位的尺寸发生变化,降低尺寸精度;
(2)由于未采取措施消除焊接内应力,所以支架中的残余内应力高,同时被焊修部位又是疲劳性能最差的部位,不进行有效的时效处理,残余的焊接应力会降低疲劳强度,产生应力腐蚀,失却尺寸精度,甚至导致变形、开裂等早期失效事故。


通过支架的结构特征分析不难发现,大面积水平面表层、加强筋的根部易产生铸造缺陷。在实际生产过程中,经探伤发现的裂纹也往往出现在这些区域, 经开槽去除裂纹发现裂纹往往很浅。为了提高支架质量,减少报废量,本文对目前的工艺进行了改进: 在支架粗车工序结束后增加了磁粉探伤工序, 目的是在精加工前彻底消除裂纹等缺陷。但是绝大多数裂纹的位置都在大面积水平面表层, 因此在支架粗车工序结束后增加磁粉探伤工序, 是可以发现绝大多数的裂纹。然后进行“开槽消除裂纹—探伤无裂纹—焊接”等工序,这样可以明显减少报废量。

 


1、振动时效工艺的选择


在工件消除应力时, 为保持材料机械性能,尽量采用低温时效消除应力,而不采用热处理退火工艺方法, 但是低温时效中的自然时效,应力去除效果并不理想,而且周期长,所以笔者选择振动时效。
考虑到振动时效工件的尺寸稳定性与热时效工件相当, 且振动时效工件的材料机械性能高于热时效工件,同时振动时效还具有投资小, 生产周期短, 节约能源, 降低成本等优点,笔者认为用于消除焊接残余应力,振动时效完全可替代热处理方法。特别适合对机械零件局部焊接修复部位进行消除焊接应力的处理。


2、 振动时效机理简述

振动时效是将激振器所产生的周期性外力施加于工件,使工件产生振动,利用振动能量来降低残余应力。从微观上理解, 振动能量的输入提高了构件内部晶体的动能,加快了畸变晶格恢复平衡位置的速度,引起位错密度的增加,位错移动受阻从而强化了基体, 降低了构件的微观残余应力, 提高了工件的抗变形能力及尺寸稳定性。


3、 振动时效的处理过程
一般在对工件进行振动时效处理的具体过程如下:
(1)先把工件平稳地放在隔振橡胶垫块上, 再把激振电机和加速度计安装在工件。
(2)在一个适当的频率范围内开始第一次扫频, 控制器利用加速度计的输出信号,结合激振电机转数,确定出最佳工作频率。
(3)工件在选定的最佳工作频率下振动, 直到激振电机的电流减小到一个较低的水平,并且达到稳定。
(4)处理结束后,紧接着开始第二次扫频,其目的主要是控制器收集有关应力消除效果的信息;
(5)绘图。把处理前后的扫频曲线和电流曲线绘于同一张图上,这样就得到了一份可以说明处理效果的图形文件。


4、 振动时效消除焊接内应力的试验
为了验证振动时效工艺对于消除残余内应力的效果, 笔者对支架零件进行堆焊, 然后用振动时效设备对堆焊部位进行消除应力试验。


5、 结语
通过试验结果分析结果表明,振动时效可以取代热时效作为机加工前的时效处理,也可以作为焊接后的时效处理。总之,只要我们积极地、扎实地去推进振动时效这一高效节能的新工艺在机械加工中的应用,就能在生产中产生巨大的经济效益,同时对于提高生产效率和产品质量也有积极作用

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