裝載機(jī)變速箱箱體毛坯重量約310kg，材質(zhì)為HT200，*件壁厚大多在10mm～20mm之間，局部厚度達(dá)到70mm，屬于中大型、薄壁鑄件，由于壁厚不均勻?qū)е妈T件在凝固收縮過(guò)程中產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力，為了消除殘余應(yīng)力，須進(jìn)行時(shí)效處理。目前，常用的時(shí)效方法有退火處理或自然時(shí)效處理，退火處理成本高、耗能、費(fèi)時(shí)且污染環(huán)境，某公司在使用JH振動(dòng)時(shí)效設(shè)備對(duì)工件進(jìn)行處理前，一直使用煤窯退火處理。JH振動(dòng)時(shí)效設(shè)備采用的是一種新型的時(shí)效處理技術(shù)，克服了上述的缺點(diǎn)，JH振動(dòng)時(shí)效設(shè)備已經(jīng)在裝載機(jī)變速箱箱體鑄件上得到成功應(yīng)用。
1 振動(dòng)時(shí)效技術(shù)簡(jiǎn)介
振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是采用機(jī)械共振的方法消除或均化鑄件、鍛件 、焊接件在熱加工或機(jī)械加工過(guò)程中所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，有效防止機(jī)械產(chǎn)品在使用過(guò)程中因殘余應(yīng)力釋放而造成的變形甚至開(kāi)裂的時(shí)效處理。
振動(dòng)時(shí)效比熱時(shí)效節(jié)能95％左右，處理時(shí)間需20min～30min，振動(dòng)時(shí)效設(shè)備便宜，投資少，不需要建大型的熱時(shí)效爐，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，沒(méi)有熱輻射，沒(méi)有煙塵，沒(méi)有煤渣等廢棄物，綜合成本是熱時(shí)效的2％～5％，是一種節(jié)能、省時(shí)、綠色環(huán)保的時(shí)效處理技術(shù)。
2 試驗(yàn)過(guò)程
2.1主要試驗(yàn)儀器
采用JH-200A全自動(dòng)液晶振動(dòng)時(shí)效設(shè)備、振動(dòng)臺(tái)、JH-80應(yīng)力磁測(cè)系統(tǒng)、三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等。
2.2試驗(yàn)方法
對(duì)箱體鑄件分別做振動(dòng)時(shí)效和退火處理兩種狀態(tài)下的殘余應(yīng)力消除率、尺寸變形量的對(duì)比試驗(yàn)。
退火處理采用煤窯退火。振動(dòng)時(shí)效根據(jù)*件結(jié)構(gòu)，選擇將激振器和*件固定在振動(dòng)臺(tái)上，選擇不同的激振器固定位置、*件夾持點(diǎn)、*件個(gè)數(shù)和振動(dòng)頻率，通過(guò)測(cè)量和比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇一種*佳的方法。
2.2.1振動(dòng)時(shí)效和退火處理兩種狀態(tài)下的殘余應(yīng)力消除率對(duì)比
殘余應(yīng)力測(cè)試原理及方法：由于此*件屬于鐵磁材料，應(yīng)力測(cè)試采用磁應(yīng)變法，此方法屬無(wú)損檢測(cè)，所用儀器JH-80應(yīng)力磁測(cè)系統(tǒng)輕巧、簡(jiǎn)單，測(cè)試方便。該方法的原理是利用鐵磁材料的磁致伸縮效應(yīng)來(lái)測(cè)定工件的內(nèi)應(yīng)力。某一頻率及強(qiáng)度的磁場(chǎng)通過(guò)金屬表面的一定深度時(shí)，其磁導(dǎo)率的大小依賴于應(yīng)力大小及方向。磁導(dǎo)率作為強(qiáng)量與應(yīng)力強(qiáng)量是相似是重合的。平面應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)力與磁導(dǎo)率或電流不存在單值的線性關(guān)系，但主應(yīng)力方向所輸出的電流差與主應(yīng)力差存在單值線性關(guān)系。敏系數(shù)K可通過(guò)單向拉壓實(shí)驗(yàn)確定。標(biāo)定試樣選擇與被測(cè)材料同樣化學(xué)成分和同一熱處理狀態(tài)的無(wú)內(nèi)應(yīng)力材料制成。本次應(yīng)力測(cè)試的深度為1.96mm，分別在兩個(gè)箱體毛坯上做退火處理和振動(dòng)時(shí)效在去應(yīng)力效果的比較試驗(yàn)。
測(cè)點(diǎn)的選擇：測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量選擇箱體鑄件應(yīng)力*大區(qū)域或鑄件主要部位，即一般在冷卻不均勻或*后冷卻的區(qū)域，本次試驗(yàn)在兩個(gè)箱體上的同一位置選擇了8個(gè)容易產(chǎn)生裂紋的點(diǎn)進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。
2.2.2鑄件在振動(dòng)時(shí)效和退火處理兩種狀態(tài)下的尺寸變形量對(duì)比
用三坐標(biāo)準(zhǔn)確測(cè)量了6件經(jīng)JH振動(dòng)時(shí)效設(shè)備和退火處理處各3件箱體*件的5個(gè)重要尺寸在三個(gè)月時(shí)間內(nèi)的變形量。
3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
3.1應(yīng)力消除率
經(jīng)過(guò)JH-200A全自動(dòng)液晶振動(dòng)時(shí)效設(shè)備處理的鑄件應(yīng)力消除率在31％～46之間，退火處理的應(yīng)力消除率在29％～43％之問(wèn)，從應(yīng)力消除率上比較，振動(dòng)時(shí)效效果稍好于退火處理。從應(yīng)力均化程度上比較，振動(dòng)時(shí)效效果也稍好于退火處理。
3.2鑄件尺寸變形量
在三個(gè)月內(nèi)，兩種時(shí)效處理的箱體的尺寸變形量各有不同，振動(dòng)時(shí)效在0.001mm～0.0183mm之間，退火處理在0.001～0.0116mm之間，采用振動(dòng)時(shí)效處理的箱體變形量與采用退火處理的箱體變形量都相當(dāng)小，與尺寸公差相比也是很小的。
4 成本、效率對(duì)比
經(jīng)過(guò)核算，煤窯退火處理每爐箱體毛坯大約需要8h，振動(dòng)時(shí)效處理一批箱體需要25min左右，大幅度提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本。
退火處理一個(gè)箱體的綜合成本包括能源、工時(shí)、設(shè)備等為61.60元，而采用振動(dòng)時(shí)效處理則需要0.75元，兩種成本比較，振動(dòng)時(shí)效比退火處理降成本為60.85元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
5 結(jié)論及推廣應(yīng)用
JH振動(dòng)時(shí)效設(shè)備在箱體*件上的應(yīng)用是成功的，此設(shè)備還可應(yīng)用在裝載機(jī)變矩器殼體上。JH振動(dòng)時(shí)效設(shè)備不僅在裝載機(jī)變速箱箱體鑄件上得到成功應(yīng)用，更廣泛應(yīng)用在航空航天、高速鐵路、土木工程、橋梁鋼構(gòu)、大型船舶、工程機(jī)械、冶金化工機(jī)械、吊裝起重設(shè)備、電力機(jī)械、大型泵閥、模具制造、汽車(chē)制造、機(jī)械加工等諸多領(lǐng)域。
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