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    振動時效工藝時效性的分析,失效的原因可能有哪些
    發布時間:2018-11-12   點擊次數:3322次

      振動時效工藝時效性的分析,失效的原因可能有哪些
      
      振動時效振前工藝分析工件時效前需分析工件的殘余應力場分布,尺寸要求精度,以及以后的工作載荷,可能的失效原因,然后再決定工件的時效路線及時效重點部位。
      
      一.尺寸精度分析
      
      1.若要求直線度,或圓柱度,同軸度等,應重點消除中間部位的應力,因為相對端部,中間的應力在加工前后及工況下若有變化的話,從端面看,各方向都能產生彎曲振型
      
      2.若要求平面度,也是重點消除中間部位的應力,但除采用彎曲振型外,還必須采用扭轉振型。
      
      3.若要求同軸度,如箱型工件,應盡量用大激振力,選用彎曲和扭轉振型結合。
      
      二.工作載荷
      
      若以后工作載荷主要產生彎曲變形,則應采用彎曲振型;若以后工作載荷主要產生扭曲變形,則應采用扭轉振型。
      
      三.工況失效原因
      
      若以后可能出現的是變形問題,可以用大激振力進行振動;若以后出現的是開裂問題,則應盡可能選用小激振力,長時間振動。
      
      振動時效概述
      
      1.振動時效原理
      
      振動消除應力簡稱VSR(VibratoryStressRelief),它是利用受控振動能量對金屬工件進行處理,達到消除工件殘余應力的目的。
      
      國內外大量的應用實例證實,振動時效對穩定零件的尺寸精度具有良好的作用。
      
      從宏觀角度分析,振動時效使零件產生塑性變形,降低和均化殘余應力并進步材料的抗變形能力,無疑是導致零件尺寸精度穩定的基本原因。從分析殘余應力松弛和零件變形中可知,殘余應力的存在及其不穩定性造成了應力松弛和再分布,使零件發生塑性變形。故通常采用熱時效方法以消除和降低殘余應力,特別是危險的峰值應力。振動時效同樣可以降低殘余應力。零件在振動處理后殘余應力通??山档?0%~30%,有時可達50%~60%,同時也可使峰值應力降低,使應力分布均化。
      
      除殘余應力值外,決定零件尺寸穩定性的另一重要因素是松弛剛性,即零件抗變形能力。有時固然零件具有較大的殘余應力,但因其抗變形能力強,而不致造成大的變形。在這一方面,振動時效同樣表現出明顯的作用。由振動時效的加載試驗結果可知,振動時效件的抗變形能力不僅高于未經時效的零件,也高于經熱時效處理的零件。通過振動而使材料得到強化,使零件的尺寸精度達到穩定。
      
      從微觀方面分析,振動時效工藝可視為一種以循環載荷的形式施加于零件上的一種附加應力。眾所周知,工程上采用的材料都不是理想的彈性體,其內部存在著不同類型的微觀缺陷,無論是鋼、鑄鐵或其他金屬,其中的微觀缺陷四周都存在著不同程度的應力集中。當受到振動時,施加于零件上的交變應力與零件中的殘余應力疊加。當應力疊加的結果達到一定的數值后,在應力集中嚴重的部位就會超過材料的屈服極限而發生塑性變形,降低了該處殘余應力峰值,并強化了金屬基體。而后,振動又在另一些應力集中較嚴重的部位上產生同樣作用,直至振動附加應力與殘余應力疊加的代數和不能引起任何部位的塑性變形為止,此時,振動便不再產生消除均化殘余應力及強化金屬的作用。圖是振動時效工藝處理的現場,其中控制器是控制激振器產生所需振動能量、頻率;激振器是剛性連接在工件上,產生激振力,帶動工件產生振動的設備,由電機與偏心輪組成;通過傳感器,獲取工件受振能量信息。
      
      振動時效特點
      
      振動時效之所以得到各方面的普遍重視,是由于它具有如下特點:
      
     ?。?)投資少:與熱時效相比,它無需龐大的時效爐,可節省占地面積與昂貴的設備投資?,F代產業中的大型鑄件與焊接件,如采用熱時效消除應力需建造大型時效爐,不僅造價昂貴,利用率低,而且爐內溫度很難均勻,消除應力效果很差。采用振動時效可以完全避免這些題目。目前對長達幾米至幾十米的橋梁、船舶及化工器械的大型焊接件,多采用振動時效。
      
     ?。?)生產周期短:自然時效需經幾個月的長期放置,熱時效亦需經數十小時的周期方能完成,而振動時效一般只需振動數十分鐘即可完成。而且,振動時效不受場地限制,可減少工件在時效前后的往返運輸。如將振動設備安置在機械加工生產線上,不僅使生產安排更緊湊,而且可以消除加工過程中產生的應力。
      
     ?。?)使用方便:振動設備體積小,重量輕,便于攜帶。由于振動處理不受場地限制,振動裝置又可攜至現場,所以這種工藝與熱時效相比,使用簡便,適應性強。
      
     ?。?)節約能源,降低本錢:在工件的共振頻率下進行時效處理,耗能極小。實踐證實,功率為0.25~1馬力(1馬力=735.5W)的機械式激振器可振動150t以下的工件,故粗略計算其能源消耗僅為熱時效的3%~5%,本錢僅為熱時效的8%~10%。
      
     ?。?)其他:振動時效工藝操縱簡便,易于實現機械化自動化;可避免金屬零件在熱時效過程中產生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷,是目前唯一能進行二次時效的方法。

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