振動時效技術(shù)應(yīng)用案例

振動時效技術(shù)是一種新型的消除應(yīng)力方法，在國內(nèi)已得到廣泛的應(yīng)用。在實際應(yīng)用中也取得了理想的效果和顯著的經(jīng)濟效益。某生產(chǎn)廠家在制作電爐水冷板、煉鐵40噸料籃、80噸鐵水罐、轉(zhuǎn)爐水冷煙道時，就是采用振動時效工藝消除殘余應(yīng)力。下文就是用振動時效工藝消除活動煙罩殘余應(yīng)力案例講解。

振動時效工藝過程

振動平臺設(shè)計

本質(zhì)上，振動平臺的設(shè)計是為了大大降低工件的工作頻率。設(shè)計要求平臺的抗彎剛度（EI₁）要大于工件的抗彎剛度（EI₂），以確保平臺將諧振傳給工件，即EI.EI₁/EI₂＞2；同時平臺上裝夾工件后的整體為一梁狀系統(tǒng)，使工件的重要部位有計劃的得到相應(yīng)的彎曲，從而保證該部位獲得適當(dāng)?shù)膭討?yīng)力，較好地降低和均勻化殘余應(yīng)力。支撐點應(yīng)安裝在工件的節(jié)線處，使工件處于良好的振動狀態(tài)，激振點應(yīng)位于工件剛度的最大振幅峰值處。根據(jù)活動煙罩的結(jié)構(gòu)特點，我們采用了三點支撐法，即用三個專用橡膠墊構(gòu)成一個振動平臺；將激振器卡在剛性較強的位置，便于激振力的傳輸，使工件易于起振，工件采取立式，激振器裝好，選定激振點。

動應(yīng)力的選擇

動應(yīng)力是振動時效工藝主要參數(shù)之一。試驗結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)動應(yīng)力越大，被處理工件的應(yīng)變釋放量也越大，消除應(yīng)力的效果就越好。但過大的動應(yīng)力將可能導(dǎo)致工件損傷或降低疲勞壽命。因此，動應(yīng)力應(yīng)以工作應(yīng)力來確定。即σ_動=（1/3-2/3）σ_工作?；顒訜熣值闹亓繛?/span>4.3噸，參照掃頻結(jié)果，選擇15-20%F_max的激振力。

時效頻率選擇

國內(nèi)的研究表明，以共振峰處的頻率作為時效頻率，時效過程中，共振峰向低頻移動，振動效果并不明顯。因此，一般采用亞共振峰值的1/3作為激振頻率，實踐證明效果較好。在處理活動煙罩過程中，進行第一次掃頻，在掃頻過程中，檢查確定支撐點位置及偏心檔；然后根據(jù)掃頻情況，從低階到高階，選一個低階共振頻率作為主振頻率，另選1-2個作為輔振頻率；由掃頻曲線看，只有一個共振峰N_max=5451rpm

激振時間的選擇

振動時效是根據(jù)被振構(gòu)件的材料、結(jié)構(gòu)、重量來確定激振時間。從振動曲線可以看出；振動時效前五分鐘殘余應(yīng)力變化最快。十五分鐘后基本趨于穩(wěn)定，說明殘余應(yīng)力降到一定程度后就不再發(fā)生變化。

振動時間選擇

金屬構(gòu)件重量＜1噸 ，10-15分鐘；1-5 噸，15-25分鐘； ＞5噸， 25-40分鐘。

根據(jù)活動煙罩的重量（G重量=4.3噸），時間選擇為16min。

激振過程

選取激振頻率N=5464.2rpm，進行振動時效，在振動過程中密切觀察并記錄級速度G隨時間的變化以及工件的響振情況。

振后掃頻

振動結(jié)束后，對部分工作重新掃頻，記錄加速度及轉(zhuǎn)速；根據(jù)振后掃頻曲線來看，共振峰N_max=5464.2rpm。

效果判斷

根據(jù)JB/T5926-91標準4.1.2條，用幅頻特性曲線判斷振動時效效果，即在振動時效處理過程中，對工件進行振動時效處理前后的掃頻對比及振動時效工藝過程G-t曲線變化，來判斷工件的殘余應(yīng)力是否得以降低和均勻化，從而使工件尺寸穩(wěn)定性得到提高，判據(jù)如下：

a. 振幅時間（G-t）曲線先上升后變平。

b. 振幅時間（G-t）曲線先上升后下降再變平。

c. 振幅頻率（G-n）曲線振后峰值升高

d. 振幅頻率（G-n）曲線振后峰值左移

e. 振幅頻率（G-n）曲線振后峰值變窄

由振動時效處理前后的掃頻對比可知，G-n曲線振后峰值左移，由振動時效工藝過程G-t曲線可知，G-t曲線先上升后變平，均符合標準，即工件的殘余應(yīng)力得以降低和均化，從而提高工作尺寸穩(wěn)定性。

實際應(yīng)用效果

將振動時效處理后的電爐水冷爐壁板應(yīng)用于電爐生產(chǎn)中，單件使用壽命長達2000多個小時，正在使用的十多件水冷板，質(zhì)量較好，滿足使用要求，受到電爐廠的好評。通過幾個月的觀察，整個活動煙罩、料籃、水冷板等構(gòu)件的外形尺寸精度變化較小，穩(wěn)定性良好。按照機械行業(yè)標準和有關(guān)技術(shù)規(guī)范檢驗，說明應(yīng)用振動時效工藝是可行的，有效的。